位移、速度、加速度，这是咋回事儿？

Claudia

在现场进行振动检测的工程师，与现场的运维人员之间，经常有这样的对话：
“您测得的振动是多少？”
“振动速度有效值2.6毫米/秒。”
“是多少丝？”
“这个需要转换……”

为何现场会要求“丝”？因为现场对这个指标熟悉。

现场习惯把忽米叫做“丝”或“道”。江湖盛传，南方人叫“丝”，北方人叫“道”。“丝”是长度单位，注意不是单位制中的丝米。

1毫米 = 10丝米 = 100忽米 = 1000微米

1丝（或1道）= 0.01毫米 = 10微米

有的进口设备，仪表上面就会显示密耳（mil），这是英制的长度单位。

1英寸 = 1000 密耳 = 25.4毫米

1密耳 = 25.4微米

现场人员经常使用上述“丝”作为长度单位，当然微米或密耳也常用。表述振动用长度单位，非常直观，易于理解。

那么，振动有哪些单位？该如何使用呢？今天我们就来谈谈这个话题。

振动值有位移、速度、加速度

先举个例子，就讲赛车吧。法拉力Enzo静止加速到100公里只要3.65秒，极限速度350千米每小时。这两个就分别是加速度和速度指标。至于位移，就是赛车从起点到终点行进的距离。

加速度，英文acceleration，所以习惯用小写的字母“a”来表示。
速度，英文velocity，所以习惯用小写的字母“v”来表示。
位移，英文displacement，习惯用来表示的字母就比较多了，如“d”、“s”、“l”等。

位移、速度、加速度之间，可以相互转换。如果引入时间t的概念，则

s = v * t              v = s / t

v = a * t             a = v / t

赛车是直线运动，与我们要谈的机械振动还是有区别的。

我们所谈的机械振动，是围绕其平衡位置作有规律的往复运动。振动中最简化的模型之一是“简谐振动”，其运动规律可以用正弦波描述。

图中画出的正弦波，就是振动的位移值变化。

高中的时候，已经学习基础的微积分知识。这里，我们只要知道“正弦波的导数是余弦波，余弦波的导数是负的正弦波”。所以，神奇的事发生了。位移是正弦波（蓝色的实线），速度是正弦波向左移动了1/4周期，也就是90度。加速度是位移正弦波向左移动1/2周期，也就是180度。

这里没有考虑幅值的变化，主要是看时间序列的变化。

振动值的单位

振动位移，使用长度的单位。国际单位“米”太大了。现场人员经常习惯性使用“丝”作为单位，这点我们前面阐述过。通常文档中，我们使用“微米”或英制的“密耳”。

振动速度，我们通常使用“毫米每秒”（mm/s）作为单位，也有用英制“英寸每秒”（in/s）的。

大家可能在数量上没有感觉，这里举个例子。国际标准ISO 10816-3 《机械振动在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第3部分：额定功率超过15kW，额定转速在120r/min至15,000r/min之间的在现场测量的工业机器》中，第一组机器，额定功率大于300kW并且小于50MW的大型机组，转轴高度H≥315mm的电机，刚性支撑。

振动位移均方根值大于57微米，或速度均方根值大于4.5毫米每秒，评价为区域C，机器振动处在该区域，一般不适宜作长时间连续运行，通常机器可在此状态下运行有限时间直到有采取补救措施的合适时机为止。

振动位移均方根值大于90微米，或速度均方根值大于7.1毫米每秒，评价为区域D，机器振动处在该区域，其振动烈度足以导致机器损坏。

振动加速度，单位是“米每秒平方”（m/s^2），但更加常用的是重力加速度单位，符号g 或G。为了和克作区分，我们这里习惯性用“G-s”来表示。

振动幅值的表述

大家可能注意到了，在国际标准中，表述振动时，除了单位外，还有“均方根值”的表述，这是为什么？

原来，无论振动位移、速度、还是加速度，都是随时在变化的。和我们日常生活中使用的交流电一样，我们需要有一个统一的说法。

以下是相关的定义。

# 峰值

# 峰峰值

# 平均值

简单的累加平均，则最后的平均值为零。

# 整流平均值

# 有效均方根值

这里使用的是能量等效方法，如下图，有效均方根值为5A的交流电，与5A的直流电，将消耗同样的能量。

总结

最后，总结一下，如果要正确地表述振动的大小，除了数值以外，还要说明三点：
  · 振动位移、速度、还是加速度
  · 振动幅值是峰峰值、峰值、还是有效均方根值
  · 振动的单位

数值和这三点，如果缺少了任何一个，都会产生歧义。