振动位移、速度和加速度的适用场合

大黑隆

机械振动的强度和幅值可以用位移、速度和加速度表示。

一、振动速度

振动速度反映了能量的大小，速度与频率成1次关系，是疲劳失效的直接指标。设备由振动造成的绝大多数故障都是疲劳失效的结果，而且，零件疲劳失效的时间既取决于振动位移大小，也取决于振动频率。当然，位移仅仅是振动距离的度量，频率也只是在一个给定的时间间隔（如一分钟或一秒钟）内振动次数的度量。如果知道在给定的时间间隔内的路程，则可以很简单地计算出速度或者速率。因此，振动速度值是疲劳的直接度量。简言之：疲劳＝位移×频率速度＝位移×频率因此：速度＝疲劳。

下图的百米赛跑速度可以很好说明速度与疲劳的关系，不同的的速度跑完100米，其疲劳程度是不同的。

按照一般规律，疲劳失效通常是由于频率为600 CPM（10 Hz）到120,000 CPM（2000 Hz）之间的振动造成的。因此，当振动频率预计在这个区域时，建议测量振动速度。

大多数设备故障是部件疲劳的结果，振动速度是振动疲劳的直接度量，而且，事实上绝大多数机械振动标准都是基于振动速度。至此，会出现一个明显的问题：“为什么要测量位移和加速度呢？”答案其实很简单，虽然大部分设备的故障是与振动速度直接相关的疲劳的结果，但还有另外两种原因可以造成设备故障：即应力和力，它们分别与振动位移和加速度相关。

二、振动位移
设备部件在周期性挠曲变形下疲劳损坏，以及振动速度同疲劳的密切关系在本章前面已经阐述。但是，由于材料的脆性，许多设备部件变形量一旦超过一定的界限，就会产生裂缝或者断裂。当振幅很大时，可能会造成固定螺栓断裂、焊缝开裂以及混凝土地基裂缝，这不是由于疲劳，而是因为它们的变形导致应力超过了材料屈服点。

大振幅通常导致应力破坏，通常发生在极低频振动中（低于10HZ）。例如，一台转速为50r/min,的设备，振幅为2540μm，假设振动为基频则，则利用公式：V=A×f/450（其中V为振动有效值，A为位移峰峰值）。算出振动速度有效值为4.54mm/S。

根据振动标准ISO2372，如下表，4.54mm/S的振动速度值位于可与不可之间，基本不会造成严重后果，但必需注意，设备变形已经达到2540μm。在这种状态下，不是因为速度决定的疲劳，而是位移决定的应力，使得失效随时可能发生。鉴于这种原因，只要预估振动频率可能低于600 CPM（10 Hz）时，都建议对振幅进行测量。

三、振动加速度
应力与偏移量的关系以及疲劳与振动速度的关系是十分简单和直观的。也许，说明力作为故障原因的一个简单方法就是用锤子敲击物体，冲击可能不会产生很大的偏移或者振动速度，但是，造成的破坏可能相当大。

由我们学过的教科书可知，力等于质量乘以加速度（F=M×A）。根据这个公式，很明显，振动加速度与力直接成正比。因为振动加速度的增加与振动频率的平方成正比，所以，高频振动时可以产生很大的激振力，尽管那时的位移和速度可能相当小。举例来说，假设一台设备在600,000 CPM（10000 Hz）时的振动速度为6.35 mm/s(峰值)，多半认为是齿轮故障。但由公式可以得到振动加速度已经超过了40G's。

另外，振动烈度标准，振动速度为 6.35 mm/s 时，处于一般和比较剧烈之间的区域。但是，根据振动加速度烈度表，40 G's 已经超出了烈度表的范围，应该是极度剧烈。在这个例子中，故障最有可能是由强力造成的，而不是应力和疲劳。过大的力通常会使得零部件表面变形，如齿轮的轮齿和轴承的滚动体，过大的力也会破坏润滑油膜，造成摩擦，发热，最终导致故障。

四、汽轮机振动测量参数的选取
汽轮发电机组转速不是很高，也无冲击，根据上述描述应采用振动速度较为合理，但长期以来采用振动位移，这是由下列原因所致：

1、汽轮发电机组动静间隙很小，特别是汽轮机高压部分，为避免振动过大发生动静碰磨，采用振动位移限制机组振动，比采用速度、加速度有效。

2、支撑动刚度一定时，振动位移是转子不平衡力的单值函数，因而采用振动位移做为转子平衡重量计算依据比采用速度值有效。

3、采用振动位移描述故障特征和现象比采用振动速度有效和直观。