細(xì)說振動(dòng)位移、速度、加速度

在以前的文章中我們介紹過振動(dòng)位移、速度、加速度信號(hào)在進(jìn)行振動(dòng)分析中的選擇及其原則。事實(shí)上，只要了解這三者的本質(zhì)含義和差異，那么這些對(duì)應(yīng)的選擇問題就迎刃而解了。因此本文從振動(dòng)的位移、速度、加速度的含義和關(guān)系方面進(jìn)行一定的介紹。

振動(dòng)位移、速度、加速度的定義以及關(guān)系

上圖為一個(gè)簡(jiǎn)單振動(dòng)的示意圖，我們用這個(gè)圖來說明一些概念。

首先，假設(shè)某質(zhì)點(diǎn)初始位置為橫軸上某個(gè)位置，當(dāng)振動(dòng)開始之后，質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻距離在振動(dòng)方向上和初始位置之間的距離差A(yù)就是位移。質(zhì)點(diǎn)到達(dá)這個(gè)位置所有時(shí)間t，那么此時(shí)這個(gè)質(zhì)點(diǎn)的速度就是A對(duì)t的微分。同樣的邏輯，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度對(duì)于時(shí)間的微分就是振動(dòng)的加速度。相反的，振動(dòng)的加速度是振動(dòng)速度對(duì)時(shí)間的積分，振動(dòng)的速度是振動(dòng)位移對(duì)時(shí)間的積分。

上面的圖是這個(gè)振動(dòng)的時(shí)域圖，不難發(fā)現(xiàn)，這個(gè)振動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)距離原始點(diǎn)最大的距離A是正弦波的幅值。這個(gè)質(zhì)點(diǎn)在通過0位置的時(shí)候，速度達(dá)到最大值。質(zhì)點(diǎn)在前一個(gè)峰值的地方，達(dá)到加速的最大值。換言之就是振動(dòng)的速度超前位移90°，振動(dòng)的加速度超前速度90°。

振動(dòng)位移為什么用峰峰值？

從前面的定義可以看出，振動(dòng)的位移是振動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)距離初始位置之間的距離。在整個(gè)時(shí)域中，振動(dòng)的位置不斷變化，每時(shí)每刻都有一個(gè)位移值。其中，質(zhì)點(diǎn)距離初始位置最遠(yuǎn)的距離，對(duì)于機(jī)械設(shè)備來說，在整個(gè)振動(dòng)所有位移值中，是影響最大的。同時(shí)對(duì)于一個(gè)振動(dòng)而言，設(shè)備經(jīng)歷的最大變形量是兩個(gè)峰值之間的距離，也就是這個(gè)振動(dòng)位移量的峰峰值。在上圖的振動(dòng)波形中就是橫軸兩側(cè)，振動(dòng)幅值的絕對(duì)值之和。設(shè)備經(jīng)歷振動(dòng)的最大變形量對(duì)設(shè)備自身的影響最大，因此在對(duì)振動(dòng)進(jìn)行位移值測(cè)量的時(shí)候，一般取峰峰值。

振動(dòng)的速度為什么用有效值？

在振動(dòng)速度的含義里我們介紹了，振動(dòng)的位移對(duì)時(shí)間的微分就是振動(dòng)的速度。從物理含義上來看，振動(dòng)的速度涵蓋了振動(dòng)的位移和頻率兩個(gè)因素。有效值的概念其實(shí)是一個(gè)等效的概念，將一個(gè)交變的量等效為一個(gè)等效值。對(duì)于振動(dòng)而言，我們知道振動(dòng)速度是一個(gè)往復(fù)交變量，因此我們用一個(gè)有效值等效速度實(shí)際值，代表這段時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的速度情況。

當(dāng)然速度值也有峰峰值，可是對(duì)于一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，速度的峰峰值對(duì)設(shè)備的影響在峰峰值出現(xiàn)的時(shí)候發(fā)生，無法描述振動(dòng)速度的總體，因此我們用有效值來等效。

振動(dòng)的加速度為什么用峰值？

在一段振動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)速度的變化越劇烈，對(duì)材質(zhì)本身的影響越大，考慮振動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響，取振動(dòng)加速度的峰值來衡量振動(dòng)加速度對(duì)設(shè)備的影響。

事實(shí)上，如果讀者用質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量乘以加速度就會(huì)得到一個(gè)力的單位。不難發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)的加速度實(shí)際上是振動(dòng)的“沖擊性”，對(duì)設(shè)備的最大沖擊，就是這個(gè)沖擊量的峰值。

為什么低速振動(dòng)用位移信號(hào)？中速運(yùn)動(dòng)用速度信號(hào)？高速運(yùn)動(dòng)用加速度信號(hào)？

從振動(dòng)位移、速度、加速度量的介紹中我們知道：

振動(dòng)的位移量主要考慮了振動(dòng)的幅值；

振動(dòng)的速度考慮了振動(dòng)幅值和頻率；

振動(dòng)的加速度考慮了振動(dòng)的幅值、頻率以及頻率變化。

因此可以發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)的加速度對(duì)振動(dòng)的頻率敏感性最高，速度其次，再次是位移。

(運(yùn)轉(zhuǎn)世界大國龍騰 龍出東方 騰達(dá)天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)

三大軸承使用誤區(qū)，快看看你有沒有踩中！

在機(jī)械設(shè)備中軸承的使用很常見，可是總有一些人會(huì)誤解軸承使用上的一些問題，比如下文中介紹的三種誤區(qū)。

誤區(qū)一：軸承難道不是標(biāo)準(zhǔn)件嗎？

提出這個(gè)問題的人，對(duì)軸承還是有些了解的，但要回答這個(gè)問題，卻不容易。必須得說軸承既是標(biāo)準(zhǔn)件，又不是標(biāo)準(zhǔn)件。

第一層含義：軸承是標(biāo)準(zhǔn)件。啥叫標(biāo)準(zhǔn)件？來，咱們看看百度百科怎么說。

這里面說到，標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)、尺寸、畫法、標(biāo)記等各個(gè)方面完全標(biāo)準(zhǔn)化。是指同一個(gè)型號(hào)軸承，同一個(gè)尺寸結(jié)構(gòu)，具有安裝互換性。

比如608軸承，其外形尺寸均為內(nèi)徑8mmx外徑22mmx寬度7mm，也就是說你在SKF家買的608軸承和在NSK家買的608軸承外形尺寸是一樣的，也就是長(zhǎng)的一個(gè)模樣。

從這個(gè)意義上來講，我們說軸承是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，僅指模樣個(gè)頭一樣。

第二層含義：軸承不是標(biāo)準(zhǔn)件。第一層含義說了，對(duì)于608軸承而言，外形尺寸一樣的，內(nèi)部可能不一樣！真正能保證你長(zhǎng)期使用的是內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)。

同樣一個(gè)608軸承，內(nèi)部可以千差萬別。比如，游隙可以有MC1，MC2，MC3，MC4，MC5根據(jù)配合公差進(jìn)行選擇；保持架可以是鐵制的或是塑料的；精度可以有P0，P6，P5，P4等根據(jù)用途進(jìn)行選定；油脂可以從高溫到低溫上百種根據(jù)工況進(jìn)行選擇，并且油脂封入量也各不相同。

從這個(gè)意義上來講，我們又說軸承不是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件。根據(jù)具體的使用工況，可以提供不同性能的608軸承供君選擇。而如要使其標(biāo)準(zhǔn)化，必須限定軸承的各個(gè)參數(shù)（尺寸，密封形式，保持架材料，游隙，油脂，封入量等）。

結(jié)論：對(duì)于軸承而言，各位一定不可簡(jiǎn)單視其為標(biāo)準(zhǔn)件，一定要明白其非標(biāo)件的含義，才能在選擇軸承時(shí)，上對(duì)花轎嫁對(duì)郎。

誤區(qū)二：你這軸承能用10年嗎？

舉個(gè)例子：你去買車，4S店銷售和廠家吹噓質(zhì)保3年或10萬公里，你用了半年發(fā)現(xiàn)輪胎壞了，找4S店索賠，卻被告知不在質(zhì)保范圍內(nèi)，你很生氣，發(fā)誓要懟天懟地懟4S店，卻被4S店給懟了回來。保修手冊(cè)明白寫著質(zhì)保3年或10萬公里是有條件的，為整車核心零部件（發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱等）質(zhì)保，你這輪胎是易損件，不在質(zhì)保范圍。

其實(shí)，3年或10萬公里是有條件的。所以很多人經(jīng)常問的“軸承能用10年嗎？”也是要有條件的。

這個(gè)問題是軸承的使用壽命問題，對(duì)于軸承的使用壽命而言，必須是一定使用條件下的使用壽命，拋開使用條件談?shì)S承使用壽命就是在耍流氓。同樣，這10年還要根據(jù)產(chǎn)品具體的使用頻率，換算為小時(shí)數(shù)（h），因?yàn)橛?jì)算軸承壽命時(shí)計(jì)算不出年頭，只能計(jì)算出小時(shí)數(shù)（h）。

那計(jì)算軸承的使用壽命，都需要啥條件呢？計(jì)算軸承的使用壽命一般需要知道軸承使用時(shí)的受力情況（軸向受力Fa和徑向受力Fr），轉(zhuǎn)速情況（跑多快，勻速跑還是變速跑），溫度情況（工作時(shí)的溫度）。如果是開放式的軸承，還需要了解用的啥潤(rùn)滑油，清潔度怎樣等等。

有了這些條件，還需要計(jì)算兩個(gè)壽命。

壽命一：軸承的基本額定壽命L10（考核軸承多久發(fā)生材料疲勞剝落），具體計(jì)算公式如下（來源自SKF綜合樣本）：

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要明白，軸承的基本額定壽命就是考核軸承的耐操程度，一般給出90%可靠性的理論計(jì)算壽命。僅有這個(gè)公式可能還不夠，比如SKF或NSK可能會(huì)給出各種修正系數(shù)。

壽命二：平均潤(rùn)滑脂壽命L50（考核潤(rùn)滑脂多久會(huì)干涸掉），每個(gè)軸承廠家的計(jì)算公式還都不一樣，下面以NSK樣本書給出的計(jì)算公式說明：

軸承的平均潤(rùn)滑脂壽命L50基本就決定了軸承的最終使用壽命，質(zhì)量再好，不給潤(rùn)滑油（油脂干涸掉了），干摩擦能摩擦多久？所以這個(gè)平均潤(rùn)滑脂壽命L50基本被認(rèn)為是軸承的最終使用壽命（注：平均潤(rùn)滑脂壽命L50為可靠性為50%的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算壽命，僅供參考用，實(shí)際試驗(yàn)評(píng)價(jià)時(shí)離散性較大）。

結(jié)論：軸承能使用多久，你說了不算，我說了也不算，軸承實(shí)際使用條件說了算。

誤區(qū)三：你家軸承這么脆，一壓就崩潰？

軸承輕輕一壓就容易有異音，說明軸承內(nèi)部產(chǎn)生了傷痕，那么，軸承內(nèi)部的傷痕是怎么產(chǎn)生的呢？

正常安裝軸承時(shí)，如果內(nèi)圈是配合面，那么就會(huì)壓內(nèi)圈，外圈不受力，也就不會(huì)產(chǎn)生傷痕，如下圖。

但，如果不是這樣，而是讓內(nèi)外圈相對(duì)受力了呢？那就會(huì)如下面這樣的圖示，產(chǎn)生了布氏壓痕。

是的，你沒看錯(cuò)，就是這么殘酷的現(xiàn)實(shí)，如果軸承的內(nèi)外圈相對(duì)受力，只需輕輕一壓，軸承就容易在鋼球表面和滾道面產(chǎn)生損傷壓痕（專業(yè)名字叫布氏壓痕），進(jìn)而產(chǎn)生異音。所以，任何可能使軸承內(nèi)外圈相對(duì)受力的安裝姿勢(shì)，都可能使軸承內(nèi)部產(chǎn)生損傷。

結(jié)論：目前，軸承異音中約60%左右為安裝不當(dāng)導(dǎo)致的軸承損傷所致。所以，與其費(fèi)勁心思找軸承廠家的麻煩，倒不如借助軸承廠家的技術(shù)力量來檢驗(yàn)自己的安裝姿勢(shì)，是否存在風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

上圖為同一個(gè)幅值為10um振動(dòng)的位移信號(hào)、速度信號(hào)和加速度信號(hào)的頻譜。可以清楚地看到，相同的三個(gè)頻率分量中，加速度信號(hào)里表現(xiàn)強(qiáng)烈，速度信號(hào)表現(xiàn)適中，位移信號(hào)并不敏感。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備而言，加速度對(duì)于高速設(shè)備的振動(dòng)更加敏感，位移信號(hào)更加適用于低速振動(dòng)的場(chǎng)合。