Нормативные, правовые и технические основы методов и средств контроля механических параметров двигателей и приводов вращательного действия

А. В. Егоров
А. А. Спиридонов

НОРМАТИВНЫЕ, ПРАВОВЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ 

ОСНОВЫ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ 

МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ 

И ПРИВОДОВ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

Учебное пособие

Йошкар-Ола

2021

УДК 621.8:681.2(075.8)
ББК 34.445я73

Е 30

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой машиностроения 
и материаловедения ФГБОУ ВО "ПГТУ"
С. Я. Алибеков

доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой транспортно-
технологических машин ФГБОУ ВО "ПГТУ"                       А. И. Павлов

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ

Егоров, А. В.

Е 30
Нормативные, правовые и технические основы методов и средств 

контроля механических параметров двигателей и приводов вращательного 
действия: учебное пособие / А. В. Егоров, А. А. Спиридонов. – 
Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический 
университет, 2021. – 146 с.

ISBN 978-5-8158-2259-7

Изложены нормативные правовые и технические основы методов и 

средств контроля механических параметров двигателей и приводов вращательного 
действия.
Сформулированы недостатки
существующего 

уровня развития и представлены основы как имеющихся динамических 
методов и средств контроля механических параметров двигателей и приводов 
вращательного действия, так и новых, устраняющих их недостатки. 

Для обучающихся по направлениям 12.06.01 Приборостроение, 

15.04.01 Машиностроение, 15.04.02 Технологические машины и оборудование, 
а также специалистов и научных работников, занимающихся разработкой 
и применением методов и средств контроля механических параметров 
двигателей вращательного действия и приводов на их основе.

УДК 621.8:681.2(075.8)

ББК 34.445я73

ISBN 978-5-8158-2259-7
© Егоров А. В., Спиридонов А. А., 2021
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.......................................................................................... 5 

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 7 

1. Нормативные основы применения методов и средств контроля 
механических параметров двигателей вращательного действия 
и приводов на их основе ........................................................................... 9 

2. Метод контроля механических параметров электрических 
вращающихся машин ............................................................................. 15 

2.1. Определение вращающих моментов электрических 
вращающихся машин........................................................................... 16 
2.2. Определение момента инерции вращающейся части ................ 26

2.2.1. Метод крутильных колебаний........................................... 27
2.2.2. Метод вспомогательного маятника ................................ 30
2.2.3. Метод самоторможения................................................... 31

3. Методы контроля механических параметров судовых, 
тепловозных и промышленных поршневых двигателей 
внутреннего сгорания ............................................................................. 35 

4. Методы контроля механических параметров автомобильных 
поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего 
сгорания..................................................................................................... 41 

5. Методы контроля механических параметров тракторных 
и комбайновых двигателей внутреннего сгорания........................... 47 

6. Методы контроля механических параметров газотурбинных 
установок................................................................................................... 53 

7. Методы контроля механических параметров механических 
передач....................................................................................................... 58 

8. Недостатки методов контроля механических параметров 
двигателей вращательного действия, регламентируемых 
действующими и утратившими силу ГОСТами................................ 61 

9. Динамические методы и средства контроля механических 
параметров поршневых двигателей внутреннего сгорания 
вращательного действия........................................................................ 67 

9.1. Развитие методов контроля механических параметров 
поршневых и комбинированных двигателей 
внутреннего сгорания .......................................................................... 67 
9.2. Момент инерции кривошипно-шатунного механизма рядных 
поршневых двигателей внутреннего сгорания.................................. 68 
9.3. Момент инерции кривошипно-шатунного механизма 
V-образных поршневых двигателей внутреннего сгорания............. 78 
9.4. Стендовый динамический метод контроля механических 
параметров поршневых и комбинированных двигателей 
внутреннего сгорания .......................................................................... 84 

10. Динамические методы контроля механических параметров 
асинхронных электрических двигателей и их подшипниковых 
узлов ........................................................................................................... 87 

10.1. Энергетический баланс в асинхронных электрических 
двигателях............................................................................................. 87 
10.2. Динамический метод контроля механических параметров 
асинхронных электрических двигателей ........................................... 89 
10.3. Момент инерции подшипников трения-качения...................... 92 

11. Динамические методы контроля механических параметров 
механических передач вращательного действия .............................. 96 

11.1. Динамический метод контроля механических параметров 
зубчатых передач вращательного действия....................................... 96 
11.2. Динамический метод контроля механических параметров 
ременных передач вращательного действия.................................... 105 
11.3. Динамический метод контроля механических параметров 
цепных передач на базе асинхронных электрических двигателей 116 
11.4. Динамический метод контроля механических параметров  
червячных передач вращательного действия .................................. 127 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................ 138 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................... 139

Приложение. Список основных сокращений........................................ 143

Информация об авторах .......................................................................... 144

ПРЕДИСЛОВИЕ

Обеспечение максимально возможных показателей работы дви-

гателей и приводов вращательного действия во всех доступных диа-
пазонах режимов работы в течение полного жизненного цикла явля-
ется наиважнейшей комплексной задачей вновь создаваемых и нахо-
дящихся в эксплуатации объектов техники.

Знание действующих нормативных, правовых и технических ос-

нов использования существующих и разработки новых методов и 
средств контроля механических параметров двигателей и приводов 
вращательного действия является одной из основ развития таких 
отраслей, как приборостроение и машиностроение.

Для целей контроля параметров двигателей и приводов враща-

тельного действия в Российской Федерации действует целый ряд 
ГОСТов, которые часто выполняются на основе международных 
стандартов. 

В настоящей работе рассмотрены основные положения ГОСТ 

11828, ГОСТ 7217, ГОСТ 25941,  ГОСТ 5616, ГОСТ 533, ГОСТ Р 
53639, ГОСТ Р 52517, ГОСТ 14846, ГОСТ 18509, ГОСТ Р 52782, 
ГОСТ 29285-92 в разрезе методов и средств контроля механических 
параметров двигателей и приводов вращательного действия.

Изложение материала построено в определенной логической по-

следовательности.  Сначала рассмотрены методы контроля механи-
ческих параметров электрических вращающихся машин как одной 
из основ общего машиностроения. Далее – методы контроля порш-
невых двигателей внутреннего сгорания вращательного действия 
общепромышленного, судового, железнодорожного, автомобильно-
го, тракторного и комбайнового назначения как одной из основ 
транспортного машиностроения. Затем – методы контроля механи-
ческих параметров газотурбинных установок как одной из основ 
энергетического машиностроения.

На основании рассмотренных методов контроля механических 

параметров сформулированы имеющиеся в соответствующих нор-
мативных документах недостатки используемых методов контроля 
механических параметров.

Завершающий учебное пособие раздел посвящен рассмотрению 

научно-технических основ новых динамических методов и средств 
контроля механических параметров двигателей вращательного дей-
ствия и последующего применения новых методов для контроля ме-
ханических параметров приводов вращательного действия, выпол-
ненных на основе асинхронных электрических двигателей.

ВВЕДЕНИЕ

В сфере государственного регулирования единства измерений к 

применению допускаются средства измерений утвержденного типа, 
прошедшие поверку в соответствии с положениями Федерального 
закона об обеспечении единства измерений, обеспечивающие со-
блюдение установленных законодательством Российской Федерации 
о соблюдении единства измерений обязательных требований (вклю-
чая обязательные метрологические требования к измерениям, обяза-
тельные метрологические и технические требования к средствам 
измерений), а также установленных законодательством Российской 
Федерации о техническом регулировании обязательных требований. 
В состав обязательных требований к средствам измерений в необхо-
димых случаях включаются, кроме того, требования к их составным 
частям, программному обеспечению и условиям эксплуатации 
средств измерений. При применении средств измерений должны 
соблюдаться обязательные требования к условиям их эксплуатации.

Конструкция средств измерений должна способствовать ограни-

чению доступа к определенным частям средств измерений (включая 
программное обеспечение) в целях предотвращения несанкциониро-
ванных настройки и вмешательства, которые могут привести к ис-
кажениям результатов измерений.

Государственное регулирование в области обеспечения единства 

измерений осуществляется в следующих формах:

1) утверждение типа стандартных образцов или типа средств 

измерений;

2) поверка средств измерений;
3) метрологическая экспертиза;
4) федеральный государственный метрологический надзор;
5) аттестация методик (методов) измерений;
6) аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпри-

нимателей на выполнение работ и (или) оказание услуг в области 
обеспечения единства измерений.

Действующие в настоящий момент нормативные документы, 

определяющие весь комплекс методов и методик контроля парамет-
ров двигателей вращательного действия и приводов на их основе, 
рассчитаны на контроль механических параметров работы на уста-
новившихся режимах, в то время как реальные условия эксплуата-
ции двигателей и приводов вращательного действия характеризуют-
ся значительным количеством переходных режимов работы. 

Кроме того, те же действующие нормативные документы никак 

не регламентируют методы и методики контроля параметров двигателей 
и приводов вращательного действия в течение одного оборота 
вала отбора мощности.

Формулирование недостатков существующих методов контроля 

механических параметров двигателей вращательного действия, в том 
числе регламентируемых нормативными документами, и изучение 
научно-технических основ новых, более совершенных методов контроля 
механических параметров, устраняющих и минимизирующих
недостатки существующих, в рамках программ обучения по направлениям 
подготовки магистратуры позволяет создать надежный кадровый 
базис развития приборостроения, направленного на решение 
задач современного машиностроения, энергетики и транспорта.

Отсутствие в нормативных документах рекомендаций по контролю 
параметров (в том числе механических ) на переходных режимах 
работы, а также в течение одного оборота вала отбора мощности 
несет в себе значительные риски не учета этих параметров в 
методиках расчета механических передач, что весьма негативно сказывается 
на их энергоэффективности, надежности и долговечности и 
в конечном итоге приводит к значительному сокращению конкурен-
тоспособности объектов отечественного общего, транспортного и 
энергетического машиностроения.

В настоящем издании, помимо анализа действующих норматив-

но-правовых документов, регламентирующих контроль механиче-
ских параметров двигателей вращательного действия, рассмотрено 
комплексное научно-техническое обоснование новых, более совер-
шенных методов и средств контроля механических параметров дви-
гателей и приводов вращательного действия.

1

Нормативные основы применения методов 
и средств контроля механических параметров 
двигателей вращательного действия 
и приводов на их основе

На сегодняшний день на законодательном уровне единство из-

мерений в нашей стране обеспечивается действием Федерального 
закона № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» в редакции 
от 13.07.2015, согласно которому [1]:

•
устанавливаются правовые основы обеспечения единства 

измерений в Российской Федерации;

•
обеспечивается защита прав и законных интересов граждан, 

общества и государства от отрицательных последствий недостовер-
ных результатов измерений;

•
удовлетворяются потребности граждан, общества и государ-

ства в получении объективных, достоверных и сопоставимых ре-
зультатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоро-
вья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительно-
го мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том 
числе экономической безопасности;

•
оказывается содействие развитию экономики Российской 

Федерации и научно-техническому прогрессу.

Стратегия обеспечения единства измерений в Российской Феде-

рации – один из приоритетов деятельности Правительства Россий-
ской Федерации [2]. 

Стратегия обеспечения единства измерений в Российской Феде-

рации до 2025 года (далее – Стратегия) является документом страте-
гического планирования, содержащим систему долгосрочных прио-
ритетов, целей и задач развития системы обеспечения единства из-
мерений.

Развитие экономики промышленно развитых стран, к которым 

относится Российская Федерация, невозможно без повышения эф-
фективности производства и производительности труда. Важнейшим 
направлением для обеспечения этих факторов является переход к 

инновационной экономике, основанной на развитии науки и широ-
ком внедрении ее достижений в производство. Современная наука и 
производство насыщены средствами измерений, показатели точно-
сти которых характеризуют уровень развития науки и производства. 
То же можно сказать о таких высокотехнологичных видах деятель-
ности, как транспорт, энергетика, медицина, сфера обеспечения обо-
роноспособности и безопасности государства.

При этом задачи обеспечения широкой производственной ко-

операции, оценки соответствия параметров высокотехнологичной 
продукции на всех стадиях жизненного цикла требуют обеспечения 
единства измерений, в том числе в международном масштабе.

Таким образом, развитие системы обеспечения единства изме-

рений направлено на достижение устойчивого и сбалансированного 
социально-экономического развития и обеспечения обороноспособ-
ности и национальной безопасности Российской Федерации, а также 
в соответствии с Договором о Евразийском экономическом союзе от 
29 мая 2014 г. на решение стоящих перед государствами - членами 
Евразийского экономического союза общих задач по устойчивому 
экономическому развитию, всесторонней модернизации и усилению 
конкурентоспособности национальных экономик в рамках глобаль-
ной экономики.

Достижение указанных целей в части развития системы обеспе-

чения единства измерений обеспечивается путем повышения точно-
сти, объективности, достоверности и сопоставимости результатов 
измерений, применяемых в различных отраслях экономики и госу-
дарственного управления.

В основу разработки Стратегии положена концепция, заключа-

ющаяся в том, что система обеспечения единства измерений являет-
ся элементом государственной инфраструктуры, без которого произ-
водство материальных благ невозможно.

Система обеспечения единства измерений аналогична таким 

элементам инфраструктуры экономики, как, например, транспорт, 
электроэнергетика, связь, которые необходимы для производства 
промышленной продукции, товарообмена, а также при реализации 

таких государственных функций, как налогообложение, оборона и 
безопасность.

При этом в соответствии со статьей 1 Федерального закона 

«Об обеспечении единства измерений» сфера государственного ре-
гулирования обеспечения единства измерений распространяется на 
измерения, выполняемые при осуществлении многих видов деятель-
ности, относящихся к инфраструктурным элементам экономики.

Опыт стран-лидеров в области промышленного развития пока-

зывает, что высокий уровень развития экономики может быть до-
стигнут только путем внедрения в важнейшие сферы деятельности 
государства передовых технологий, основанных на современных 
достижениях науки, техники, информатизации, неотъемлемой ча-
стью которых являются точные измерения. В настоящее время нет 
ни одной высокотехнологичной и наукоемкой сферы деятельности, в 
которой не использовались бы результаты высокоточных измерений.

Поэтому современная развитая система обеспечения единства 

измерений необходима для реализации стратегической цели соци-
ально-экономического развития Российской Федерации – достиже-
ния уровня экономического и социального развития, соответствую-
щего статусу России как ведущей мировой державы XXI века, зани-
мающей передовые позиции в глобальной экономической конкурен-
ции и надежно обеспечивающей обороноспособность и националь-
ную безопасность государства, а также реализацию конституцион-
ных прав граждан.

Сфера влияния системы обеспечения единства измерений рас-

пространяется на достижение таких целевых ориентиров долгосроч-
ного социально-экономического развития, как 

•
экономика лидерства и инноваций;

•
экономика, конкурентоспособная на мировом уровне;

•
безопасность граждан и общества;

•
взаимодействие государства, частного бизнеса и общества 

как субъектов инновационного развития.

В Стратегии представлены общая характеристика системы обес-

печения единства измерений и ее место в экономике страны. Прове-
дена оценка состояния системы обеспечения единства измерений и 

определены ее основные системные проблемы. В соответствии с 
предложенной концепцией сформулирована цель Стратегии.

Проведен анализ задач и приоритетов в области развития эконо-

мики и обеспечения обороноспособности и безопасности Россий-
ской Федерации, решение которых невозможно без развития систе-
мы обеспечения единства измерений. По результатам анализа сфор-
мулированы приоритеты и задачи развития системы обеспечения 
единства измерений в Российской Федерации до 2025 года.

Для мониторинга реализации Стратегии установлены 4 группы 

целевых показателей, характеризующих состояние системы обеспе-
чения единства измерений, уровень ее развития. Первая группа пока-
зателей характеризует степень удовлетворенности граждан, эконо-
мики и государства уровнем развития и функционирования системы 
обеспечения единства измерений. Вторая группа показателей опре-
деляет общий уровень развития системы обеспечения единства из-
мерений. Третья группа показателей характеризует решение важ-
нейшей системной проблемы – импортозамещения в области эта-
лонной базы и средств измерений. Четвертая группа показателей 
определяет уровень развития системы обеспечения единства изме-
рений в области обороны и безопасности государства.

С целью реализации стратегии утвержден план мероприятий по 

реализации Стратегии обеспечения единства измерений в Россий-
ской Федерации до 2025 года [3].

Согласно плану [3], Министерством промышленности и тор-

говли Российской Федерации осуществляется регулярный монито-
ринг и выполнен прогноз потребностей экономики и общества в 
измерениях [4], согласно которому развитие системы обеспечения 
единства измерений в интересах экономики и общества должно 
основываться на достоверных знаниях потребностей государства, 
бизнеса и общества в измерениях. В качестве исходных данных 
прогноза потребностей экономики и общества в измерениях в пе-
риод до 2025 года использованы: результаты опроса федеральных 
органов исполнительной власти, предприятий и организаций про-
мышленности, государственных региональных центров метроло-
гии, государственных научных метрологических институтов; ре-