對(duì)機(jī)械振動(dòng)的相關(guān)參數(shù)位移、速度和加速度作了介紹，說明了機(jī)械設(shè)備振動(dòng)的3個(gè)參數(shù)的相互關(guān)系。指出了如何在故障診斷中識(shí)別各參數(shù)所反映的不同信息，提出針對(duì)不同情況下設(shè)備振動(dòng)測(cè)量參數(shù)的選擇方法。

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一。一般企業(yè)的設(shè)備管理模式是運(yùn)行人員日常巡檢、專業(yè)技術(shù)人員精密點(diǎn)檢。而精密點(diǎn)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(shí)施。在一般企業(yè)只有遇到疑難問題時(shí)才實(shí)施精密點(diǎn)檢。一般人員使用的儀器是簡易的測(cè)振儀。經(jīng)常困惑檢查人員的是在設(shè)備振動(dòng)位移并未超標(biāo)的情況下，常常發(fā)生軸承振動(dòng)突然超標(biāo)，或軸承損壞現(xiàn)象，之前的振動(dòng)位移并未有任何征兆。在監(jiān)測(cè)設(shè)備振動(dòng)時(shí)如何選用振動(dòng)位移、速度和加速度參數(shù)，即哪種參數(shù)更具有參考價(jià)值。以下結(jié)合實(shí)際對(duì)3種參數(shù)的使用作簡單的說明。

一、簡諧振動(dòng)相關(guān)知識(shí)簡述

簡諧振動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)中最具有代表性的振動(dòng)形式。一般地，任何機(jī)械振動(dòng)都可近似地認(rèn)為是簡諧振動(dòng)或是由幾種簡諧振動(dòng)的合成。任何簡諧振動(dòng)都同時(shí)具有振動(dòng)位移、速度和加速度這3個(gè)特征值。因此就機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量目的來說，為了描述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的工作狀態(tài)有振動(dòng)位移(振幅)、速度和加速度3個(gè)應(yīng)測(cè)物理量。但長期以來一直沿用振動(dòng)位移(振幅)作為監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備的主要參數(shù)，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)工作人員在實(shí)際的工作過程中的振動(dòng)故障診斷經(jīng)驗(yàn)證明，采用振動(dòng)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(dòng)測(cè)量技術(shù)中測(cè)量位移較測(cè)量振動(dòng)速度、加速度容易實(shí)現(xiàn)，由此人們對(duì)振動(dòng)位移建立了明確的直觀概念。雖然目前的技術(shù)手段測(cè)量振動(dòng)速度較測(cè)量振動(dòng)位移更容易實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，由于歷史的原因振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度的使用沒有采用振動(dòng)位移那么廣泛。

簡諧振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)的位移、速度和加速度三者只要測(cè)出其中的1個(gè)量和頻率，其他2個(gè)量就可以通過簡單的計(jì)算得到

二、機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)位移、速度和加速度相互關(guān)系探討

任何1臺(tái)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，只要振動(dòng)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(diǎn)偏移平衡位置的程度，位移越大，質(zhì)點(diǎn)所具有的位能越大，即位移反映質(zhì)點(diǎn)的位能，可監(jiān)測(cè)位能對(duì)設(shè)備部件的破壞。速度反映質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)快慢，速度越高，質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能越大，即速度反映質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能，可監(jiān)測(cè)動(dòng)能對(duì)設(shè)備部件的破壞。加速度是質(zhì)點(diǎn)受力情況的反映，受力越大，加速度值越高，即可監(jiān)測(cè)振源的沖擊力對(duì)設(shè)備的破壞程度。因此，3個(gè)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(cè)中選取振動(dòng)參量的主要依據(jù)。

對(duì)機(jī)械振動(dòng)而言，無論是振動(dòng)的位移、速度還是加速度，都是不斷變化的時(shí)間函數(shù)。如何用某一具體的量值衡量這3個(gè)振動(dòng)參量的大小，這就是振動(dòng)參量的選取。因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)位能和沖擊力對(duì)設(shè)備部件的破壞，與其最大值密切相關(guān)，因此對(duì)振動(dòng)位移和加速度，一般不關(guān)心其時(shí)間歷程，而僅關(guān)心其最大值。對(duì)這2個(gè)振動(dòng)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(diǎn)動(dòng)能的大小與速度的有效值密切相關(guān)，即質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的大小與時(shí)間歷程有關(guān)。因此，振動(dòng)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(dòng)位移、速度和加速度的對(duì)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(dòng)的理論計(jì)算所得到的計(jì)算值，在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量中由于機(jī)械振動(dòng)的復(fù)雜性與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值有一定的差距。盡管如此表1仍具有參考價(jià)值，它能體現(xiàn)在理想狀況下機(jī)械振動(dòng)各參數(shù)的相對(duì)關(guān)系，仍具有普遍意義。比如當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(假定其轉(zhuǎn)速為1 000 r／min)，若因不平衡而導(dǎo)致振動(dòng)值增加，則其振動(dòng)幅值與振動(dòng)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(dòng)則其比值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于27。當(dāng)然實(shí)際運(yùn)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(dòng)。通常情況下可據(jù)此，利用簡單的測(cè)振儀即可大致判斷轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械異常振動(dòng)的原因，對(duì)后序工作的開展具有指導(dǎo)作用。當(dāng)然在判定時(shí)應(yīng)具有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，分清主次，排除干擾因素，對(duì)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(dòng)理論，位移、速度和加速度三者只要測(cè)出其中1個(gè)量和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速，其他2個(gè)量就可以通過簡單計(jì)算得到。但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量中往往差別很大。比如同一型號(hào)、相同運(yùn)行工況的2臺(tái)設(shè)備，或同1臺(tái)設(shè)備不同時(shí)間的測(cè)量，都會(huì)存在振動(dòng)速度相同，但振動(dòng)位移和振動(dòng)加速度差別較大的現(xiàn)象。這說明設(shè)備的振動(dòng)能量、動(dòng)量和沖擊力相同會(huì)產(chǎn)生不同的振動(dòng)效果(位移幅值)。比如對(duì)于強(qiáng)迫振動(dòng)其振幅值A(chǔ)=F／K(F是激振力，K是系統(tǒng)動(dòng)剛度)，相同的F值，由于K值的不同，會(huì)引起不同的A。簡單地說就是相同的振動(dòng)激振能量和激振力因?yàn)樵O(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(jī)械振動(dòng)各參數(shù)在測(cè)量中應(yīng)注意的事項(xiàng)舉例

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的故障診斷是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要考慮各方面的影響因素，周密細(xì)致的工作。以監(jiān)測(cè)滾動(dòng)軸承的故障為例，滾動(dòng)軸承的異常即會(huì)引起低頻或高頻振動(dòng)。可用振動(dòng)速度對(duì)低頻振動(dòng)、振動(dòng)加速度對(duì)高頻振動(dòng)進(jìn)行綜合診斷。有時(shí)滾動(dòng)軸承本身并無異常，而是由于潤滑不良產(chǎn)生振動(dòng)，特別是高頻振動(dòng)增大。對(duì)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(jìn)行潤滑，給軸承加油數(shù)小時(shí)或數(shù)天后再進(jìn)行診斷。通常情況高頻振動(dòng)就會(huì)消失，這就需要現(xiàn)場(chǎng)長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。

四、結(jié)論

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量中，對(duì)大多數(shù)設(shè)備來說，最佳的參數(shù)是振動(dòng)速度。一般情況下，位移參量對(duì)低頻振動(dòng)敏感，加速度參量對(duì)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(jìn)行低頻故障及低速設(shè)備的監(jiān)測(cè)和診斷時(shí)，應(yīng)選取位移參量；在進(jìn)行高頻類故障及高轉(zhuǎn)速設(shè)備的監(jiān)測(cè)和診斷時(shí)，應(yīng)選取加速度參量；而進(jìn)行寬頻帶內(nèi)設(shè)備或測(cè)點(diǎn)的總體狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)，往往選取振動(dòng)速度參量。但對(duì)于重要的設(shè)備，最好3個(gè)參數(shù)全選。現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行、檢修實(shí)踐表明：小的振動(dòng)位移有可能暗藏了較大的振動(dòng)能量和沖擊力，使設(shè)備運(yùn)行存在潛在的危險(xiǎn)而沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，同樣小的振動(dòng)速度也可能因?yàn)楦鞣N原因造成較大的位移幅值。在測(cè)量的過程中，尤其對(duì)故障多發(fā)的設(shè)備一定要作全面細(xì)致的測(cè)量工作，只要某一參數(shù)出現(xiàn)異常就應(yīng)及時(shí)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析診斷。只有這樣才能找出振動(dòng)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)。