振动测量参数在故障诊断中的分析应用！

对机械振动的相关参数位移、速度和加速度作了介绍，说明了机械设备振动的3个参数的相互关系。指出了如何在故障诊断中识别各参数所反映的不同信息，提出针对不同情况下设备振动测量参数的选择方法。

转动机械的振动监测是转动设备的日常监测项目之一。一般企业的设备管理模式是运行人员日常巡检、专业技术人员精密点检。而精密点检需要昂贵的精密仪器，如频谱分析仪、油样分析仪等；并且需要由专业技术人员实施。在一般企业只有遇到疑难问题时才实施精密点检。一般人员使用的仪器是简易的测振仪。经常困惑检查人员的是在设备振动位移并未超标的情况下，常常发生轴承振动突然超标，或轴承损坏现象，之前的振动位移并未有任何征兆。在监测设备振动时如何选用振动位移、速度和加速度参数，即哪种参数更具有参考价值。以下结合实际对3种参数的使用作简单的说明。

一、简谐振动相关知识简述

简谐振动是机械振动中最具有代表性的振动形式。一般地，任何机械振动都可近似地认为是简谐振动或是由几种简谐振动的合成。任何简谐振动都同时具有振动位移、速度和加速度这3个特征值。因此就机械振动的测量目的来说，为了描述转动机械的工作状态有振动位移(振幅)、速度和加速度3个应测物理量。但长期以来一直沿用振动位移(振幅)作为监测机械设备的主要参数，这是因为大多数工作人员在实际的工作过程中的振动故障诊断经验证明，采用振动位移描述故障的特征和现象，较采用速度和加速度容易和直观。另外以前振动测量技术中测量位移较测量振动速度、加速度容易实现，由此人们对振动位移建立了明确的直观概念。虽然目前的技术手段测量振动速度较测量振动位移更容易实现，在实际应用中，由于历史的原因振动速度和振动加速度的使用没有采用振动位移那么广泛。

简谐振动的位移、速度和加速度三者的频率相同，不同之处在于幅值和相位。

三者的幅值分别为：Xmas=A；Vmas=wA；amas=w2A

即振动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，振动频率越高，三者之间的判别就越大。

速度超前位移的相位角为丌／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为丌，即加速度与位移的方向相反。由以上分析可知：简谐振动的位移、速度和加速度三者只要测出其中的1个量和频率，其他2个量就可以通过简单的计算得到

二、机械设备的振动位移、速度和加速度相互关系探讨

任何1台机械设备在运行时都会产生振动，只要振动在一定范围内都是允许的。从物理意义上说，位移反映质点偏移平衡位置的程度，位移越大，质点所具有的位能越大，即位移反映质点的位能，可监测位能对设备部件的破坏。速度反映质点的运动快慢，速度越高，质点动能越大，即速度反映质点的动能，可监测动能对设备部件的破坏。加速度是质点受力情况的反映，受力越大，加速度值越高，即可监测振源的冲击力对设备的破坏程度。因此，3个参量反映不同设备部件损坏或失效的成因，这些导致零部件故障的主要成因也是监测中选取振动参量的主要依据。

对机械振动而言，无论是振动的位移、速度还是加速度，都是不断变化的时间函数。如何用某一具体的量值衡量这3个振动参量的大小，这就是振动参量的选取。因为质点位能和冲击力对设备部件的破坏，与其最大值密切相关，因此对振动位移和加速度，一般不关心其时间历程，而仅关心其最大值。对这2个振动参量，一般选取峰值或峰峰值作为表征参数。工程上，位移参量常以峰一峰作为表征参数，而加速度参量常以峰值作为表征参数。质点动能的大小与速度的有效值密切相关，即质点动能的大小与时间历程有关。因此，振动速度参量工程上常以其有效值作为表征参数。

表1为在理想状况下，在不同转速下简谐振动位移、速度和加速度的对应值，需要说明的是这只是在理想状况下根据理想简谐振动的理论计算所得到的计算值，在现场的实际测量中由于机械振动的复杂性与现场实测值有一定的差距。尽管如此表1仍具有参考价值，它能体现在理想状况下机械振动各参数的相对关系，仍具有普遍意义。比如当转动机械运转时(假定其转速为1 000 r／min)，若因不平衡而导致振动值增加，则其振动幅值与振动速度的数值的比值大约是27。若因其他原因所致的高频振动则其比值要远远大于27。当然实际运行中由于其他干扰因素的存在，其比值可能在一定的范围内波动。通常情况下可据此，利用简单的测振仪即可大致判断转动机械异常振动的原因，对后序工作的开展具有指导作用。当然在判定时应具有一定的现场实际经验，分清主次，排除干扰因素，对比先前的检修情况，合理利用，才能收到满意的效果。

按照简谐振动理论，位移、速度和加速度三者只要测出其中1个量和转动机械的转速，其他2个量就可以通过简单计算得到。但在现场实际测量中往往差别很大。比如同一型号、相同运行工况的2台设备，或同1台设备不同时间的测量，都会存在振动速度相同，但振动位移和振动加速度差别较大的现象。这说明设备的振动能量、动量和冲击力相同会产生不同的振动效果(位移幅值)。比如对于强迫振动其振幅值A=F／K(F是激振力，K是系统动刚度)，相同的F值，由于K值的不同，会引起不同的A。简单地说就是相同的振动激振能量和激振力因为设备牢固程度或“抗振”程度不同，而产生了不同的破坏效果。

三、机械振动各参数在测量中应注意的事项举例

转动机械的故障诊断是一个复杂的系统工程，需要考虑各方面的影响因素，周密细致的工作。以监测滚动轴承的故障为例，滚动轴承的异常即会引起低频或高频振动。可用振动速度对低频振动、振动加速度对高频振动进行综合诊断。有时滚动轴承本身并无异常，而是由于润滑不良产生振动，特别是高频振动增大。对异常的诊断，首先要确定正常的润滑状态。如需要，应先进行润滑，给轴承加油数小时或数天后再进行诊断。通常情况高频振动就会消失，这就需要现场长期实践经验的积累。

四、结论

在现场实际测量中，对大多数设备来说，最佳的参数是振动速度。一般情况下，位移参量对低频振动敏感，加速度参量对高频敏感，而速度参量依频率的敏感程度可以说是位移和加速度二参量的折衷。这就决定了在进行低频故障及低速设备的监测和诊断时，应选取位移参量；在进行高频类故障及高转速设备的监测和诊断时，应选取加速度参量；而进行宽频带内设备或测点的总体状态监测时，往往选取振动速度参量。但对于重要的设备，最好3个参数全选。现场的运行、检修实践表明：小的振动位移有可能暗藏了较大的振动能量和冲击力，使设备运行存在潜在的危险而没有及时发现，同样小的振动速度也可能因为各种原因造成较大的位移幅值。在测量的过程中，尤其对故障多发的设备一定要作全面细致的测量工作，只要某一参数出现异常就应及时进行全面、系统的分析诊断。只有这样才能找出振动异常产生的原因，为后续的异常处理工作提供必要的理论基础。