VDI 3720 Blatt 4-1984 Noise abatement by design rotary machine-elements and their bearing.pdf

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1、DK 658.512.2:534.833:628.517.2621.822 : 621.824 : 531.38 (083.132) VDI-RICHTLINIEN Januar 1984VEREINDEUTSCHERINGENIEURELrmarm KonstruierenRotierende Bauteile und deren LagerungVDI 3720Blatt 4Noise abatement by designRotary machine-elementsand their bearingDer Entwurf der Richtlinie wurde mit Ankndig

2、ungim Bundesanzeiger 32 (1980) Nr. 223, S. 4, vom29. 11. 1980 einem ffentlichen Einspruchsverfahrenunterworfen.Inhalt SeiteVorbemerkung 21 Einfhrung 22 Geruschmechanismen 32.1 Schallentstehung 32.2 Schallbertragung 52.3 Schallabstrahlung 63 Geruschminderung 63.1 Beeinflussen der Schallentstehung 63.

3、2 Beeinflussen der Schallbertragung 163.3 Beeinflussen der Schallabstrahlung 173.4 Schalltechnisch optimiertes Gestalten durch kombinierte Manahmen 18Schrifttum 19Hinweis: in der Richtlinenreihe VDI 3720 wurden bisher verffentlicht:Bl. 1 Lrmarm Konstruieren - Allgemeine GrundlagenBl. 2 Lrmarm Konstr

4、uieren - BeispielsammlungBl. 3 Lrmarm Konstruieren - Systematisches VorgehenBl. 5 Lrmarm Konstruieren - Hydrokomponenten und -systemeDas vorliegende Blatt 4 ergnzt die vorgenannten Bltter;eine gemeinsame Anwendung wird empfohlen.Weitere Folgebltter sind in Vorbereitung.VDI-Kommission LrmminderungVDI

5、-Gesellschaft Konstruktion und EntwicklungGemeinschaftsausschu Lrmarm Konstruieren -Rotierende Bauteile und deren Lagerung -VDI-Handbuch LrmminderungVDI-Handbuch Konstrui(tionPreisgr. 11Vertr.-Nr.0911Inhaltlich berprftweiterhin gltigund unverndert2010OktoberB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0

6、D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 2 - VDI 3720 Blatt 4VorbemerkungRotierende Bauteile und deren Lagerungen sind wichtige Maschinenelemente, die praktisch in allen Branchendes Maschinenbaues zum Einsatz kommen. Fr dasabgestrahlte Maschine

7、ngerusch ist der von diesenMaschinenelementen ausgehende Schall in den einzelnen Branchen bzw. bei den verschiedenen Maschinenarten von unterschiedlicher Bedeutung. Besonders geruschrelevant knnen rotierende Bauteile und derenLagerung beispielsweise bei Elektromaschinen undWerkzeugmaschinen sein.Sow

8、ohl unmittelbar aus der Rotation als auch ausextern auf Rotationskrper einwirkenden Wechselkrften entsteht Luft- und Krperschall. Der ber die Lagerweitergeleitete Krperschall, der anschlieende Strukturen, wie z.B. Lagergehuse und Lagerschilde, zurSchallemission anregt, kann wesentliche Anteile amabg

9、estrahlten Gesamtgerusch ergeben. Das von denLagern selbst verursachte Laufgerusch kann ebenfallsfr die Geruscherzeugung spezieller Maschinenartenmageblich sein. Bei der Konstruktion lrmarmerMaschinen bestimmter Bauarten kommt deshalb demschalltechnisch richtigen Gestalten rotierender Bauteileund de

10、ren Lagerung besondere Bedeutung zu.Um den Konstrukteuren unter den vorgenanntenAspekten gezielte Hinweise zur Lrmminderung zugeben, hat der Gemeinschaftsausschu LrmarmKonstruieren - Rotierende Bauteile und deren Lagerung“ (Obmann: Dipl.-Ing. G. Brggen, Gerlingen) derVDI-Kommission Lrmminderung und

11、der VDI-Ge-sellschaft Konstruktion und Entwicklung diese Richtlinie erarbeitet. Sie ergnzt die allgemeingltigen Empfehlungen der Bltter 1 bis 3 fr einen wichtigenTeilbereich des Maschinenbaues.1 EinfhrungVon entscheidender Bedeutung fr die Schallemissionsind bei vielen Maschinenarten die durch die d

12、ynamischen Strkrfte der rotierenden Bauteile an diesenselbst und an den Lagerumbauteilen hervorgerufenenschallerzeugenden Schwingungen. Vorrangige Beachtung verdienen die hierdurch verursachten Gerusche,da sie wegen ihrer hheren Intensitt meistens dieLaufgerusche der Lager berdecken, so da letzteref

13、r die Gesamtemission in vielen Fllen ohne Bedeutung sind. Nur bei Maschinen mit hohem Gleichfrmigkeitsgrad, der u. a. durch hohe Wuchtgte der rotierenden Massen und durch schwingungsstabile Konstruktion der tragenden Elemente gewhrleistet wird, werdendie dynamischen Strkrfte und damit auch die vondi

14、esen verursachten Gerusche so gering, da dieLaufgerusche der Lager hrbar werden oder sogareinen wesentlichen Anteil am Gesamtgerusch ausmachen. Geruscherhhend knnen Lager wirken, wenndie von den umlaufenden Lagerteilen ausgehendenSchwingungen andere Bauteile, wie z. B. Gehuse oderDeckel, in deren Ei

15、genfrequenzen anregen und dadurchzur verstrkten Schallabstrahlung bringen.Die von rotierenden Bauteilen ausgehenden schallerzeugenden Schwingungen knnen verursacht werdenentwederdurch von auen angreifende Wechselkrfte (z.B.mechanische, elektromagnetische oder hydraulischeAntriebskrfte),oderaufgrund

16、der durch ihre Rotation entstehendenWechselkrfte (z. B. infolge von Unwuchten, Lagefehlern und/oder Verformungen).Ein Teil der erzeugten Schallenergie wird von denrotierenden Bauteilen unmittelbar als Luftschall abgestrahlt, der andere, im allgemeinen grere Teil wird alsKrperschall auf andere abstra

17、hlfhige Strukturenbertragen.Rotierende und ruhende Bauteile sind durch Lagermiteinander verbunden. Die Kraft- und Krperschallbertragung zwischen den bewegten, schallerzeugendenund den ruhenden, ebenfalls zur Schallabstrahlungangeregten Bauteilen erfolgt zwangslufig ber dieLager. Lager haben somit sc

18、halltechnisch eine Doppelfunktion als Koppelelemente und als Schallerzeuger.Bauart, Dimensionierung, Anordnung, Einbauverhltnisse, Betriebszustand und spezifische Eigenschaftender Lager knnen Einflu auf die schalltechnischeQualitt einer Maschine haben.Um bei der Konstruktion lrmarmer Maschinen dievo

19、n den rotierenden Bauteilen und deren Lagernausgehenden oder beeinfluten Gerusche mglichstgering zu halten, sind die Mechanismen der Schallentstehung, -bertragung und -abstrahlung sowie die verschiedenartigen Mglichkeiten der Beeinflussung dieser Vorgnge zu untersuchen. Bei allen in Erwgung zuziehen

20、den Lrmminderungsmanahmen ist aber stetszu beachten, da wegen der logarithmischen Additionder Schallpegel der verschiedenen Einzelschallquellenin jedem Fall zuerst bei den Ursachen fr die schallei-stungsstrksten Komponenten am Gesamtgerusch anzusetzen ist (vgl. Blatt 1); nur dadurch ist eine sprbare

21、Senkung der Gesamtemission zu erzielen. Unter ganzheitlicher Beachtung aller technischen und wirtschaftlichen Aspekte (vgl. Blatt 3) sind deshalb diejenigenaufeinander abgestimmten und miteinander kombiniertenManahmen zur Geruschminderung zu verwirklichen.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2

22、BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 3720 Blatt 4 - 3 -die in ihrem gemeinsamen Effekt einer schalltechnischenOptimierung mglichst nahe kommen. Da quantitativeVorausberechnungen der Schallemission von neu zukonstruierenden Maschinen meisten

23、s nicht mglichsind, werden fr den Konstrukteur im allgemeinenqualitative schalltechnische berlegungen vorrangigsein, wie z.B. die Krperschallentkopplung zwischenschallerzeugenden und schallabstrahlenden Bauteilen.2 QeruschmechanismenRotierende Bauteile knnen geruscherzeugendeSchwingungen sowohl durc

24、h Eigenerregung als auchdurch Krfte, die durch die Arbeitsweise der Maschinebedingt sind, verursachen. Besonders kritisch sind dieFlle, in denen Resonanz auftritt.2.1 SchallentstehungDie in der Praxis hauptschlich in Erscheinung tretenden Gerusche und deren Ursachen sind folgende:2.1 .1 Arbeitsgerus

25、cheUnter Arbeitsgeruschen ollen in dieser Richtliniesolche verstanden werden, die durch von auen amrotierenden Bauteil in axialer, radialer und tangentialerRichtung angreifende Wechselkrfte und Momente erzeugt werden, wie z. B.pulsierende mechanische und elektromagnetischeAntriebskrfte,Krfte aus Ver

26、zahnungen und Kupplungen,ungleichfrmige Belastungen.Anmerkung: Arbeitsgerusche im Sinne dieser Richtlinie sindnicht:aerodynamisch erzeugte Gerusche von Lftern,Gerusche aufgrund von Druckschwankungen in Rohrleitungen,Werkzeuggerusche.2.1.2 EigengeruscheIn Rotationskrpern und ihren Lagern knnen allein

27、aufgrund ihrer Drehbewegung geruscherzeugendeSchwingungen entstehen. Einen berblick berSchwingungsarten von einfachen Rotationskrperngibt Bild 1 1.2.1.2.1 Laufgerusche von RotationskrpernUrsache fr derartige Gerusche knnen sein:Unwuchten der Rotationskrper; fr diese Unwuchtschwingungen ist die Rotat

28、ionsgeschwindigkeit von grundstzlicher Bedeutung, da die Schwingungskrfte proportional nut dem Quadrat derGeschwindigkeit wachsen 2.Lagefehler der Wellenachse zur Drehachse; sie sindbedingt durch Einbauungenauigkeiten und fhrenzu zustzlichen Wechselkrften. Fertigungstoleranzen knnen sich summieren u

29、nd zu Lagefehlern derrotierenden relativ zu den feststehenden BauteUenfhren. Fertigungsbedingte Abweichungen von derIdealform im Rahmen der zulssigen Fertigungstoleranzen knnen beispielsweise sein:Fluchtungs- und Winkelfehler, Mittenabweichungen, Axialschlag, Rundlauf- und Planparallelittsfehler, Un

30、rundheiten sowie Abweichungen vor derzylindrischen Form.In Bild 2 werden derartige Form- und Lagefehlermittels Skizzen erlutert. Zugehrige Genauigkeitsangaben sind in Tabelle 1 enthalten.Verformungen der Rotationskrper; sie knnen entstehen:Infolge Erwrmung sowohl der rotierenden als auchder benachba

31、rten Bauteile (Lager, Gehuse) unterBetriebsbedingungen (Unwuchtschwingungen !);Bild 1 . Arten der selbsterregten Schwingungen bei rotierenden Bauteilen fr horizontale und vertikale Lagerung 1F Kraftm MasseX Schwingweg(p Winkel der TorsionsschwingungB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C

32、461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 4 - VDI 3720 Blatt 4FormfehlerUrrd d 0 Dd-d-dD-D-i#Dkm.UnrundheitOvalittGieichdicksphrische VieleckeAbweichung von derzylindrischen Form beiWellen- und GehusesitzenSchiefstellung der LagerungRundlauffehler der An

33、lageflchefr Innen- und Auenring Distanzringe mitPlanparallel itts- AxialschlagfehlerLagefehlerEinzelheit ZII Gehusesitze WellensitzeFluchtungs- und Winkelfehler Gut ausgerundeter Freistichzwischen Weilensitz und -schulterBild 2. Zusammenstellung von zu vermeidenden Fertigungsfehlern (Einzelheit Z ze

34、igt einen Sollzustand) 1.PlanparallelittsfehlerFlansche des Flansche derStatorgehuses LagerschildeWinkelfehler Lageabweichungder Lagerschildbohrungend; d; r Wellendurchmesserbzw. -radiusD; D; R Bohrungsdurchmesser bzw. -radiusAd; AD DurchmesserabweichungenAs Maabweichungenin axialer RichtungAe Maabw

35、eichungenvon der Achsmitte1 LagermittenabstandTabelle 1 . Richtwerte fr die Bearbeitungsqualitt und Formgenauigkeit bei der Bearbeitung von Lagersitzstellen,deren Einhaltung fr geruscharme Lagerungen empfohlen wird (s. hierzu auch Bild 2)Toleranzklasse Sitzstelle Bearbeitungs Zulssige Abweichung Zul

36、ssige Zulssigeder Lager qualitt von der Kreisform bei Abweichung von der PlanlaufabweichungZylinderform der AnlageschulterUmfangslast PunktlastWelle IT 5 IT 3 IT 4 IT 3 IT 3IT 6 IT 4 IT 5 IT 4 IT 4Normal (PO) Gehuse IT 6 IT 3/IT 4 IT 4/IT 5* IT 3/IT 4* IT 3/IT 4*0 1 50 mm IT 7 IT 4 IT 5 IT 4 IT 4Geh

37、use IT 6 IT 4 IT 4 IT 4 IT 4 1 50 mm IT 7 IT 5 It5 IT 5 IT 5Welle IT 5 IT 2/IT 3* IT 3/IT 4* IT 2/IT 3* IT 2/IT 3*P6Gehuse IT 6 IT 3/IT 4 IT 4/IT 5* IT 3/IT 4* IT 3/IT 4*Welle IT 5 IT 2 IT 3 IT 2 IT 2P5Gehuse IT 6 IT 3 IT 4 IT 3 IT 3 Arithmetisches Mittel beider Qualitteninfolge zu geringer Steifigk

38、eit; dabei knnen Rotationskrper trotz hoher Einbaugenauigkeit mit Lagefehlern umlaufen, die unter Betriebslast durchelastische Verformungen entstehen 3.Thermische Verformungen Verursachen im allgemeinen wesentlich grere Lagefehler als elastische.2.1.2.2 Laufgerusche von LagernIn Systemen rotierender

39、 Bauteile knnen auch dieLager als zustzliche Geruschquellen von schalltechnischer Bedeutung sein. Whrend ein Teil der von denLagern selbst erzeugten Schallenergie als Luftschallunmittelbar abstrahlt, wird in der Regel der weitausB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0

40、686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 3720 Blatt 4 - 5 -grere Energieanteil als Krperschall zu anderenabstrahlfhigen Strukturen weitergeleitet.Bestimmend fr das Gesamtgerusch einer Maschinesind die Lagergerusche im allgemeinen nur bei relativschnellaufenden Maschinen

41、mit nur unbedeutendenzeitlich vernderlichen Krften.Gleitlager liefern im Regelfall berwiegend tieffrequenteAnteile zum Gesamtgerusch, die wegen ihrer Frequenzlage subjektiv weniger strend empfunden werden als die von Wlzlagern erzeugten berwiegendhherfrequenten Geruschanteile. Andererseits fhrenGlei

42、tlager weniger genau als Wlzlager und ermglichen dadurch grere Schwingungen der Rotationskrper relativ zu den Gehuseteilen 4.Geruschlos laufende PFlzlager gibt es nicht, da auchgeometrisch ideale Lager ohne Fertigungsfehler undunter idealen Einbaubedingungen infolge elastischerVerformungen der Rotat

43、ionskrper beim Lauf geruscherzeugende Schwingungen verursachen, in denenaber Einzeltne verursachende Frequenzen nicht hervortreten. Bei Laufgeruschen von Wlzlagern liegenfr geometrisch ideale Lager die geruschbestimmendenAnteile bei Frequenzen oberhalb 1000 Hz). Die Erregerfrequenzen der Laufgerusch

44、e werden durch geometrische Ungenauigkeiten bestimmt. Dazu gehrenvor allem Abweichungen von der Kreisform der Laufbahnoberflchen eingebauter Lager und die vielzahligen Laufbahnwelligkeiten mit Wellentiefen in der Grenordnung von 100 nm und darunter.Die einzelnen Wlzlag erteile sind am Laufgeruschunt

45、erschiedlich stark beteiligt: am meisten die Wlzkrper, dann der jeweils umlaufende Lagerring (in derRegel der Innenring) und am wenigsten der stillstehende Lagerring (in der Regel der Auenring). Der auf denKfig entfallende Geruschanteil ist normalerweisevernachlssigbar, wenn keine groben Fertigungsf

46、ehlervorliegen.Diese funktionstechnisch bedingten Wlzlagergeruschesind in ihrer Pegelhhe in besonderem Mae von derLagergre und den jeweiligen Betriebszustnden abhngig. Starke Temperaturunterschiede whrend desBetriebsablaufs knnen zu unterschiedlichen Dehnungen der benachbarten Bauteile (Wellen, Gehu

47、se) fhren, die das Lagerspiel verndern und bei einer darausresultierenden Verspannung der Lager starke Laufgerusche verursachen). Die bei der Fertigung vonWlzlagern zwangslufig im Rahmen der zulssigenEvtl. in der Praxis vorhandene strkere Frequenzanteile unterhalb1000 Hz, verursacht z. B. durch berr

48、ollgerusche, sind im allgemeinen wegen der sich in diesem Frequenzbereich stark pegelsenkendauswirkenden A-Bewertung nicht geruschbestinmiend.Durch eine Verspannung im Lager kann das Laufgerusch inSonderfllen auch reduziert werden; dieses tritt dann ein, wenninfolge der Verspannung ein Verringern von vorher zu groenLagerspielen bewirkt wird.Toleranzen entstehenden Abweichungen von der geometrischen Idealform knnen einen weiteren Teil derLaufgerusche bewirken. Darber hinaus knnen auchfolgende Ursachen zu verstrkten La