對機械振動的相關(guān)參數(shù)位移、速度和加速度作了介紹，說明了機械設(shè)備振動的3個參數(shù)的相互關(guān)系。指出了如何在故障診斷中識別各參數(shù)所反映的不同信息，提出針對不同情況下設(shè)備振動測量參數(shù)的選擇方法。

轉(zhuǎn)動機械的振動監(jiān)測是轉(zhuǎn)動設(shè)備的日常監(jiān)測項目之一。一般企業(yè)的設(shè)備管理模式是運行人員日常巡檢、專業(yè)技術(shù)人員精密點檢。而精密點檢需要昂貴的精密儀器，如頻譜分析儀、油樣分析儀等；并且需要由專業(yè)技術(shù)人員實施。在一般企業(yè)只有遇到疑難問題時才實施精密點檢。一般人員使用的儀器是簡易的測振儀。經(jīng)常困惑檢查人員的是在設(shè)備振動位移并未超標的情況下，常常發(fā)生軸承振動突然超標，或軸承損壞現(xiàn)象，之前的振動位移并未有任何征兆。在監(jiān)測設(shè)備振動時如何選用振動位移、速度和加速度參數(shù)，即哪種參數(shù)更具有參考價值。以下結(jié)合實際對3種參數(shù)的使用作簡單的說明。

一、簡諧振動相關(guān)知識簡述

簡諧振動是機械振動中最具有代表性的振動形式。一般地，任何機械振動都可近似地認為是簡諧振動或是由幾種簡諧振動的合成。任何簡諧振動都同時具有振動位移、速度和加速度這3個特征值。因此就機械振動的測量目的來說，為了描述轉(zhuǎn)動機械的工作狀態(tài)有振動位移(振幅)、速度和加速度3個應(yīng)測物理量。但長期以來一直沿用振動位移(振幅)作為監(jiān)測機械設(shè)備的主要參數(shù)，這是因為大多數(shù)工作人員在實際的工作過程中的振動故障診斷經(jīng)驗證明，采用振動位移描述故障的特征和現(xiàn)象，較采用速度和加速度容易和直觀。另外以前振動測量技術(shù)中測量位移較測量振動速度、加速度容易實現(xiàn)，由此人們對振動位移建立了明確的直觀概念。雖然目前的技術(shù)手段測量振動速度較測量振動位移更容易實現(xiàn)，在實際應(yīng)用中，由于歷史的原因振動速度和振動加速度的使用沒有采用振動位移那么廣泛。

簡諧振動的位移、速度和加速度三者的頻率相同，不同之處在于幅值和相位。

三者的幅值分別為：Xmas=A；Vmas=wA；amas=w2A

即振動速度幅值是位移幅值的w倍，加速度幅值是位移幅值的w2倍，振動頻率越高，三者之間的判別就越大。

速度超前位移的相位角為丌／2，加速度超前速度的相位角也是丌／2，而超前位移的相位角為丌，即加速度與位移的方向相反。由以上分析可知：簡諧振動的位移、速度和加速度三者只要測出其中的1個量和頻率，其他2個量就可以通過簡單的計算得到

二、機械設(shè)備的振動位移、速度和加速度相互關(guān)系探討

任何1臺機械設(shè)備在運行時都會產(chǎn)生振動，只要振動在一定范圍內(nèi)都是允許的。從物理意義上說，位移反映質(zhì)點偏移平衡位置的程度，位移越大，質(zhì)點所具有的位能越大，即位移反映質(zhì)點的位能，可監(jiān)測位能對設(shè)備部件的破壞。速度反映質(zhì)點的運動快慢，速度越高，質(zhì)點動能越大，即速度反映質(zhì)點的動能，可監(jiān)測動能對設(shè)備部件的破壞。加速度是質(zhì)點受力情況的反映，受力越大，加速度值越高，即可監(jiān)測振源的沖擊力對設(shè)備的破壞程度。因此，3個參量反映不同設(shè)備部件損壞或失效的成因，這些導(dǎo)致零部件故障的主要成因也是監(jiān)測中選取振動參量的主要依據(jù)。

對機械振動而言，無論是振動的位移、速度還是加速度，都是不斷變化的時間函數(shù)。如何用某一具體的量值衡量這3個振動參量的大小，這就是振動參量的選取。因為質(zhì)點位能和沖擊力對設(shè)備部件的破壞，與其最大值密切相關(guān)，因此對振動位移和加速度，一般不關(guān)心其時間歷程，而僅關(guān)心其最大值。對這2個振動參量，一般選取峰值或峰峰值作為表征參數(shù)。工程上，位移參量常以峰一峰作為表征參數(shù)，而加速度參量常以峰值作為表征參數(shù)。質(zhì)點動能的大小與速度的有效值密切相關(guān)，即質(zhì)點動能的大小與時間歷程有關(guān)。因此，振動速度參量工程上常以其有效值作為表征參數(shù)。

表1為在理想狀況下，在不同轉(zhuǎn)速下簡諧振動位移、速度和加速度的對應(yīng)值，需要說明的是這只是在理想狀況下根據(jù)理想簡諧振動的理論計算所得到的計算值，在現(xiàn)場的實際測量中由于機械振動的復(fù)雜性與現(xiàn)場實測值有一定的差距。盡管如此表1仍具有參考價值，它能體現(xiàn)在理想狀況下機械振動各參數(shù)的相對關(guān)系，仍具有普遍意義。比如當轉(zhuǎn)動機械運轉(zhuǎn)時(假定其轉(zhuǎn)速為1 000 r／min)，若因不平衡而導(dǎo)致振動值增加，則其振動幅值與振動速度的數(shù)值的比值大約是27。若因其他原因所致的高頻振動則其比值要遠遠大于27。當然實際運行中由于其他干擾因素的存在，其比值可能在一定的范圍內(nèi)波動。通常情況下可據(jù)此，利用簡單的測振儀即可大致判斷轉(zhuǎn)動機械異常振動的原因，對后序工作的開展具有指導(dǎo)作用。當然在判定時應(yīng)具有一定的現(xiàn)場實際經(jīng)驗，分清主次，排除干擾因素，對比先前的檢修情況，合理利用，才能收到滿意的效果。

按照簡諧振動理論，位移、速度和加速度三者只要測出其中1個量和轉(zhuǎn)動機械的轉(zhuǎn)速，其他2個量就可以通過簡單計算得到。但在現(xiàn)場實際測量中往往差別很大。比如同一型號、相同運行工況的2臺設(shè)備，或同1臺設(shè)備不同時間的測量，都會存在振動速度相同，但振動位移和振動加速度差別較大的現(xiàn)象。這說明設(shè)備的振動能量、動量和沖擊力相同會產(chǎn)生不同的振動效果(位移幅值)。比如對于強迫振動其振幅值A(chǔ)=F／K(F是激振力，K是系統(tǒng)動剛度)，相同的F值，由于K值的不同，會引起不同的A。簡單地說就是相同的振動激振能量和激振力因為設(shè)備牢固程度或“抗振”程度不同，而產(chǎn)生了不同的破壞效果。

三、機械振動各參數(shù)在測量中應(yīng)注意的事項舉例

轉(zhuǎn)動機械的故障診斷是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要考慮各方面的影響因素，周密細致的工作。以監(jiān)測滾動軸承的故障為例，滾動軸承的異常即會引起低頻或高頻振動?？捎谜駝铀俣葘Φ皖l振動、振動加速度對高頻振動進行綜合診斷。有時滾動軸承本身并無異常，而是由于潤滑不良產(chǎn)生振動，特別是高頻振動增大。對異常的診斷，首先要確定正常的潤滑狀態(tài)。如需要，應(yīng)先進行潤滑，給軸承加油數(shù)小時或數(shù)天后再進行診斷。通常情況高頻振動就會消失，這就需要現(xiàn)場長期實踐經(jīng)驗的積累。

四、結(jié)論

在現(xiàn)場實際測量中，對大多數(shù)設(shè)備來說，最佳的參數(shù)是振動速度。一般情況下，位移參量對低頻振動敏感，加速度參量對高頻敏感，而速度參量依頻率的敏感程度可以說是位移和加速度二參量的折衷。這就決定了在進行低頻故障及低速設(shè)備的監(jiān)測和診斷時，應(yīng)選取位移參量；在進行高頻類故障及高轉(zhuǎn)速設(shè)備的監(jiān)測和診斷時，應(yīng)選取加速度參量；而進行寬頻帶內(nèi)設(shè)備或測點的總體狀態(tài)監(jiān)測時，往往選取振動速度參量。但對于重要的設(shè)備，最好3個參數(shù)全選。現(xiàn)場的運行、檢修實踐表明：小的振動位移有可能暗藏了較大的振動能量和沖擊力，使設(shè)備運行存在潛在的危險而沒有及時發(fā)現(xiàn)，同樣小的振動速度也可能因為各種原因造成較大的位移幅值。在測量的過程中，尤其對故障多發(fā)的設(shè)備一定要作全面細致的測量工作，只要某一參數(shù)出現(xiàn)異常就應(yīng)及時進行全面、系統(tǒng)的分析診斷。只有這樣才能找出振動異常產(chǎn)生的原因，為后續(xù)的異常處理工作提供必要的理論基礎(chǔ)。