VDI 3832-2013 Measurement of structure-borne sound of rolling element bearings in machines and plants for evaluation of condition.pdf

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1、VDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2013Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedICS 17.140.20, 21.100.20

2、 April 2013FrhereAusgaben: 01.07; 01.08 Berichtigung Formereditions: 01/07; 01/08CorrigendumVEREIN DEUTSCHERINGENIEUREKrperschallmessungen zur Zustandsbeurteilung von Wlzlagern in Maschinen und AnlagenMeasurement of structure-borne sound of rolling element bearings in machines and plants for evaluat

3、ion of conditionVDI 3832Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch SchwingungstechnikDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt Se

4、iteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Betrieb von Wlzlagern in Maschin

5、en. . . . . 9 4.1 Allgemeines Betriebsverhalten von Wlzlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.2 Auslegungs-, Montage- und Betriebsfehler von Wlzlagerungen . . . . . . . . . . . . 134.3 Maschinenfehler als Ursache von Wlzlagerfehlern . . . . . . . . . . . . . . 134.4 Schadensarten an Wlzlagern .

6、 . . . . . . . 14 5 Krperschallanregung und Krperschallbertragung . . . . . . . . . . . 155.1 Wlzlagerinduzierte Krperschallanregung. . . . . . . . . . . . 155.2 Wlzlagerfremde Krperschallanregung . . 18 5.3 Krperschallbertragung bis zum Aufnehmer am Messort . . . . . . . . . . . 18 6 Wlzlagerkinema

7、tik . . . . . . . . . . . . . . . 206.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 206.2 Exakte Berechnung mit genauen Ausgangsdaten . . . . . . . . . . . . . . . 206.3 Vereinfachte Berechnung mit messbaren geometrischen Abmessungen . . . . . . . . 226.4 Abschtzung ohne geometrische Abmessungen .

8、 . . . . . . . . . . . . . . . 22Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 53 Symbols. . . . . . . . . . . . . . . . .

9、 . . . . 84 Operation of rolling element bearings in machines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.1 General operational characteristics of rolling element bearings . . . . . . . . . . 94.2 Design, installation, and operational faults in rolling element bearing systems . . . . . 134.3 Machine fau

10、lts as cause of rolling element bearing faults . . . . . . . . . . . . . . . . 134.4 Types of damage in rolling element bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Excitation and transmission of structure-borne sound . . . . . . . . . . . . . 155.1 Rolling element bearing-induced structure-bo

11、rne sound excitation . . . . . . 155.2 Structure-borne sound excitation originating outside the rolling element bearing. . . . . 185.3 Transmission of structure-borne sound as far as the transducer at the measuring position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Kinematics of rolling element bear

12、ings. . . . 206.1 General comments . . . . . . . . . . . . . 206.2 Exact calculation with precise starting data. . . . . . . . . . . . . 206.3 Simplified calculation using measurable geometrical dimensions. . . . . . . . . . . 226.4 Estimation without geometrical dimensions . . . . . . . . . . . . .

13、 . . . . 22VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP)Fachbereich SchwingungstechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04 2 VDI 3832 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013Seite7 Krperschallmessung und Signalverarbeitung . . .

14、 . . . . . . . . . . . . 237.1 bersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237.2 Auswahl der Aufnehmer und der Aufnehmerankopplung . . . . . . . . . . . 247.3 Einfluss- und Strgren bei der Messung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.4 Bildung des Krperschallsignals . . . . . . 26 7.5 Signalanal

15、yse und Signaldarstellung . . . . 287.6 Mittelung von breitbandigen Kennwerten . 287.7 Mittelung von Spektren. . . . . . . . . . . 297.8 Hllkurvenbildung und Hllkurvenspektren . . . . . . . . . . . . . 307.9 Interpretation von Zeitsignalen und Spektren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Kenngr

16、en zur Zustandsbeurteilung . . . . 40 8.1 bersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408.2 Breitbandig diagnostizierbare Kenngren. 41 8.3 Schmalbandig diagnostizierbare (frequenzselektive) Kennwerte . . . . . . . 509 Allgemeine Empfehlungen zur Signalgewinnung und Signalbewertung . . 5110 Bewertun

17、gsstufen Schadensausma . . . 5311 Trendberwachung . . . . . . . . . . . . . . 5611.1 berwachungskenngren. . . . . . . . 5611.2 berwachungsintervalle . . . . . . . . . 5811.3 Trendberwachungssysteme . . . . . . . 5811.4 Einstellung von Alarmgrenzen . . . . . 60Anhang A Hufig auftretende Fehler bei Wl

18、zlagerungen . . . . . . . . . . . . 62Anhang B Gebrauchsspuren und Schadensarten an Wlzlagern . . . . . . . . . . . . . 64Anhang C Diagnose einfacher und komplexer Wlzlagerungen . . . . . . . . . . . . 66Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Benennungsindex englisch/deutsch . . . .

19、. . . . 68Page7 Structure-borne sound measurement and signal processing . . . . . . . . . . . . . . . 237.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237.2 Selection of transducers and transducer coupling . . . . . . . . . . . . 247.3 Influencing and disturbing variables in measurement . . . . .

20、. . . . . . . . . . . 257.4 Formation of the structure-borne sound signal . . . . . . . . . . . . . . . . 267.5 Signal analysis and signal plot . . . . . . . 287.6 Averaging broadband characteristic values 287.7 Averaging spectra . . . . . . . . . . . . . 297.8 Envelope curve formation and envelope

21、curve spectra . . . . . . . . . . . 307.9 Interpretation of time signals and spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Characteristic variables for condition assessment . . . . . . . . . . . . . 408.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408.2 Characteristic variables capable of broa

22、dband diagnosis . . . . . . . . . . . . 418.3 (Frequency-selective) characteristic values capable of narrowband diagnosis . . . . . 509 General recommendations on signal capture and signal evaluation . . . . 5110 Evaluation stages: extent of damage . . . . 5311 Trend monitoring . . . . . . . . . . .

23、 . . . . 5611.1 Monitoring characteristic values . . . . 5611.2 Monitoring intervals. . . . . . . . . . . 5811.3 Trend monitoring systems. . . . . . . . 5811.4 Setting alarm limits . . . . . . . . . . . 60Annex A Frequently occurring faults in rolling element bearings . . . . . . . . 63Annex B Signs

24、 of wear and types of damages in rolling element bearings . . . . . . . 65Annex C Diagnosis of simple and complex rolling element bearing systems . . . . 66Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Term index English/German. . . . . . . . . . . . 68B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCD

25、B7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04VDI 3832 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, de

26、r elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, di

27、e ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungIn dieser Richtlinie werden Hinweise und Empfeh-lungen zur Ausfhrung, Auswertung und Bewertung von Krperschallmessungen gegeben, die zur Diag-nose des Betriebszustands von Wlzlagern in laufen-den Maschine

28、n von Anlagen dienen sollen. Sie wen-det sich in erster Linie an die Hersteller und an die Betreiber von wlzgelagerten Maschinen, an deren Montage-, Wartungs- und Betriebspersonal. Die Empfehlungen grnden sich auf langjhrige Erfah-rungen eines breiten Kreises von Fachleuten auf dem Gebiet der Wlzlag

29、erdiagnose. In der Richtlinie wer-den die vielfach eingesetzten und anerkannten Ver-fahren zur Krperschallmessung und Zustandsdiag-nose behandelt. Fr spezielle und besonders fr die hier nicht behandelten Einsatzflle und Betriebsbe-dingungen knnen aber auch andere, hier nicht be-handelte Verfahren ei

30、ngesetzt werden. 1 AnwendungsbereichWlzlager sind hochbelastete Bauteile in Maschinen, die beim Auftreten von Fehlern oder Schden im Lager zum vorzeitigen Ausfall der Maschine und zu kostspieligen Folgeschden fhren knnen. Ziel der in dieser Richtlinie behandelten Diagnosetechniken ist das frhzeitige

31、 Erkennen von Zustnden im Wlz-lager, die zu Funktionsstrungen bis hin zum Ausfall des Wlzlagers vor dem Erreichen der projektierten Lebensdauer fhren knnen. Diese Richtlinie beschftigt sich mit den Wlzlagern fr die rotierenden Bauteile in Kraft- und Arbeitsma-schinen und fr Kraftbertragungselemente

32、von Ma-schinenstzen und Aggregaten. Sie gilt vorwiegend Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro

33、 copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude

34、to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThis guideline provides information and recommen-dations about carrying out, analyzing and evaluating structure-borne sound measurements which are in-tended to be useful in the diagnosis of the operating condition of rolling element bearing

35、s in running ma-chines in plants. It is primarily directed at the manu-facturers and operators of machinery equipped with rolling element bearings and also at installation, maintenance and operating personnel. Our recom-mendations are based on the many years of experi-ence accumulated by a wide circ

36、le of specialists in the field of rolling element bearings diagnostics. The guideline will deal with the wide variety of applied and recognized methods commonly used for measur-ing structure-borne sound and for condition diagnos-tics. For special cases and especially for those cases and operating co

37、nditions not covered here it is how-ever also possible to employ methods and techniques not dealt with in this guideline.1 ScopeRolling element bearings are highly loaded compo-nents in machines which, if faults or damages occur in the bearing, could result in premature failure of the machine and ex

38、pensive consequential damage. The diagnostic techniques which form the subject of this guideline aim at detecting at any early stage those states of the rolling element bearings which could re-sult in functional problems up to and including failure of the rolling element bearing before it comes to t

39、he end of its planned life time duration.This guideline is concerned with rolling element bearings not only for rotating components in driving and driven machines but also for power transmission elements in machine sets and power units. It applies B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD

40、 - Stand 2013-04 4 VDI 3832 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013fr Wlzlagerungen in stationren Anlagen und fr die im Betrieb und die an Wlzlagern auftretenden Fehler und Schden. Bei Wlzlagerungen in Fahrzeu-gen und fahrenden Anlagen knnen zustzliche Schwingungs- u

41、nd Krperschalleinwirkungen von auen auftreten. Diese werden hier nicht behandelt. Ausgeschlossen sind auch Messungen in Prfstnden zur Untersuchung von Wlzlagern. Hierzu finden sich ausfhrliche Anleitungen in DIN 5426-1 und DIN ISO 15 242-1 und DIN ISO 15 242-2. Die darin beschriebenen Messverfahren

42、setzen definierte Last- und Einspannbedingungen der Wlzlager voraus. Die Prfanordnung, die Messbedingungen und die Art der Ankopplung der Aufnehmer wird vorgeschrieben und entspricht nicht den Anforderungen, die sich fr die in Maschinen eingebaute Wlzlager ergeben. Diese Richtlinie ergnzt die bliche

43、n Schwingungs-messungen an Maschinen nach denjenigen Verfah-ren, die in den Normen der Serie DIN ISO 10 816 be-schrieben sind und den Zustand der gesamten Ma-schine und deren Bauteile im Frequenzbereich bis ca. 1 kHz erfassen. In einem informativen Anhang E empfiehlt DIN ISO 10 816-1 auch Krperschal

44、lmes-sungen zur Zustandstandsberwachung und -diag-nose der Wlzlager. Diese sollten nach der vorliegen-den Richtlinie durchgefhrt, ausgewertet und beur-teilt werden. Derartige Krperschallmessungen wer-den sowohl bei Abnahmemessungen nach Fertigung und Montage von Maschinen und Aggregaten als auch vor

45、 oder nach Reparaturen ausgefhrt. Die hier beschriebene Wlzlagerdiagnose erfasst den bei Ab-roll-, Reib- und Stovorgngen an Bauteilen des Wlzlagers erzeugten Krperschall bis in den Fre-quenzbereich von 20 kHz und mehr. Diese Richtlinie gilt fr Wlzlagerungen mit Dreh-zahlen ber 120 Umdrehungen pro Mi

46、nute. Sie gilt fr ein- und mehrreihige Kugel-, Rollen- und Pendel-rollenlager. Fr Nadellager sind aufgrund des niedri-gen Krperschallpegels besondere Erfahrungen fr die Messung und Beurteilung erforderlich. Fr Lagerungen mit niedrigeren Drehzahlen (Lang-samstlufer) sind zustzliche, weitergehende Mes

47、s-verfahren und spezielle Erfahrungen ntig, auf die hier nicht eingegangen wird.Bei der Diagnose wird im Folgenden prinzipiell zwi-schen einfachen und komplexen Wlzlagerungen un-terschieden. Eine bersicht der Merkmale dieser primarily to rolling element bearing applications in stationary plants and

48、to those causes of damage which occur during normal operation. As regards rolling el-ement bearing applications in vehicles and mobile in-stallations, there can occur additional effects from vi-bration and structure-borne sound entering from the outside. This guideline will not deal with these ef-fe

49、cts nor with measurements taken at test rigs for ex-amining rolling element bearings. Detailed informa-tion about the latter may be found in DIN 5426-1 and DIN ISO 15 242-1 and DIN ISO 15 242-2. The meas-urement procedures they described call for the rolling element bearings to be loaded and clamped under de-fined conditions. The test arrangement, measurement conditions and the way transducers are connected are defined req