Физикоматематическая модель процесса измерений крутящего момента силы

Проанализировано состояние эталонной базы, предназначенной для воспроизведения единицы крутящего момента силы в области больших значений. Анализ публикаций о эталонных установках подтвердил актуальность разработки и внедрения высокоточных эталонных установок, воспроизводящих единицу крутящего момента силы в диапазоне более 20 кН·м. Для достижения высокой точности воспроизведения единицы крутящего момента силы в установках применяют специальные конструктивные решения, исключающие влияние паразитных компонент вектор а силы и радиус-вектора плеча на измеряемую (воспроизводимую) величину – модуль вектора крутящего момента силы. Кроме того, используют дорогостоящие материалы и предъявляют высокие требования к точности изготовления деталей. Для успешного решения задач по созданию эталонных установок, воспроизводящих единицу крутящего момента силы в диапазоне более 20 кН·м, в условиях ограниченных финансовых возможностей разработана обобщённая физикоматематическая модель процесса измерений крутящего момента силы на основе классического определения крутящего момента силы как векторного произведения вектора силы и радиус-вектора плеча. Разработанная обобщённая физикоматематическая модель учитывает влияние на результаты измерений конструктивных особенностей измерительных установок, методических и инструментальных факторов, связанных с методиками измерений векторов силы и радиусвектора плеча, а также технических средств, применяемых при воспроизведении и передаче единицы крутящего момента силы в соответствии с методиками измерений. Проведено предварительное математическое моделирование процесса воспроизведения единицы крутящего момента силы, дана оценка влияния погрешности измерений радиуса вектора плеча и точности расположения оси вращения на неопределённость измерений крутящего момента силы. В результате показана применимость разработанной обобщённой физико-математической модели процесса измерений крутящего момента силы для оценки неопределённости измерений методом Монте-Карло и определения требований к компонентампроектируемой установки. Полученные результаты позволяют проектировать установки для воспроизведения единицы крутящего момента силы в области больших значений с помощью цифрового моделирования.

1. Черепанов Б. А., Мигаль П. В., Хорьков Г. В. Государственный первичный эталон единицы крутящего момента силы ГЭТ 149-2023. Измерительная техника, 73(1), 19–25 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-1-19-25 ; https://www.elibrary.ru/rjrtxu

2. Li T., Wu H., Zhao D., Lin J. 200 kN⋅m torque standard machine. 9th International Symposium on Test Automation & Instrumentation (ISTAI 2022), Online Conference, Beijing, China, 2022, pp. 390–394. https://doi.org/10.1049/icp.2022.3255 ; https://elibrary.ru/piccdg

3. Tao L., Shanjian L., Dingding Z., Xianglong M., Honglei J., Jinquan N., Min Z. Design technology and evaluation of high precision and large torque standard machine. Measurement: Sensors, 38, 101386 (2025). https://doi.org/10.1016/j.measen.2024.101386

4. Cheng H., Yao J. Z. , Wen W. B., Ma B. H., Huang W. J. Study on reference torque wrench tested by deadweight torque standard machine. IMEKO 24th TC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference, 11–13 October 2022, CavtatDubrovnik, Croatia. https://www.imeko.org/publications/tc3-2022/IMEKO-TC3-2022-060.pdf

5. Khaled K. M., Abdulhakim M. Design and evaluation of a 100 kN⋅m multi-function torque standard machine. MAPAN, 39, 243–252 (2024). https://doi.org/10.1007/s12647-023-00675-5 ; https://elibrary.ru/tftluh

6. Song Z., Weidinger P., Yogal N., Oliveira R. S., Lehrmann C., Kumme R. Applicability of torque calibration on test benches for electrical machines. IMEKO 24th TC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference, 11–13 October 2022, Cavtat-Dubrovnik, Croatia, (2022). https://doi.org/10.21014/tc3-2022.068

7. Wei Yi, Dongli Qiu, Ying Liu, Guihong Yuan, Hua Dai and Shiqian Li. A multifunctional reference torque standard machine. Journal of Physics: Conference Series, 2724, 012048 (2023). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2724/1/012048

8. Kim M. Design of a New Dual-Mode Torque Standard Machine Using the Principle of the Kibble Balance. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 70, 1–7, 1005207 (2021). https://doi.org/10.1109/TIM.2021.3060574.