了解振動分析中的加速度
加速度 is the rate of change of an object’s velocity with respect to time. In 振動分析 它是三項核心測量參數之一，量化了 速度 的振動零件正在改變。其中 位移 能告訴您零件移動了多遠,速度則告訴您移動得多快,而加速度實際上是衡量作用於該零件上的力——這使其對衝擊等高頻事件及運動的驟然變化格外敏感。
1. 定義：什麼是振動加速度？
就數學而言，加速度是速度對時間的一階導數，也是位移的二階導數。對於以頻率 f,在位移固定的情況下,加速度振幅會隨頻率的平方而增長——頻率加倍,加速度就增為四倍。單憑這一事實,便能解釋為何加速度是描述快速、尖銳事件的天然語言:故障的頻率成分越高,在加速度訊號中就越顯著。這也是為什麼當關注的現象位於千赫茲範圍、而非接近運轉轉速時,分析人員會選擇使用加速度。
2. 為什麼加速度測量很重要？
測量加速度是全面分析的核心 狀態監測 計畫,因為它擅長捕捉較溫和參數可能遺漏的故障。其重要性建立在幾項關鍵因素之上:
- 高頻故障偵測： 加速度天生對高頻振動更為敏感,因此是偵測早期滾動軸承損壞、齒輪嚙合問題及葉片通過激振的理想參數,這些故障的能量皆集中於頻譜的高頻部分。
- 與力的直接關係: by Newton’s second law (Force = Mass × Acceleration), acceleration is directly proportional to the dynamic forces inside a machine. Reading acceleration therefore gives a direct window onto the forces that drive stress and 疲勞 在元件中。
- 寬廣的動態範圍: 用於採集該訊號的加速度感測器，涵蓋非常寬廣的頻率與振幅範圍，使其能廣泛適用於多種機器類型與轉速。
3. 單位與測量
常見單位
振動加速度通常以兩種單位之一表示：
- g： 一個以地球重力加速度為基準的單位,其中1 g ≈ 9.81 m/s²。 g 之所以廣受採用，是因為它能以標準化且直觀的方式，呈現零件被搖晃的劇烈程度。
- m/s²（或 mm/s²）： SI 單位，公尺／秒平方，是正式報告與計算的首選。
有必要明確說明某個數值究竟是峰值、真峰值,還是 RMS，因為同一個振動可以用三種方式表示。在給定頻率下，於g、m/s²與其對應的速度或位移數值之間進行換算，正是我們的 振動加速度計算器 正是為此。
如何測量？
加速度幾乎總是使用以下裝置來測量: 加速規 ——一種能將振動的機械力轉換為與其成正比的電氣訊號的換能器。 壓電式加速規 是工業狀態監測中最常見的類型，因其堅固耐用、精確度高且頻率響應寬廣平坦而受到重視。其輸出訊號可直接分析，或透過電子 積分,而是以速度或位移的形式呈現。
4. 診斷中的實際應用
在日常診斷中，加速度資料可精確定位特定問題：
- 軸承故障： 滾道、滾柱與滾珠上的微小缺陷，會產生細小的高頻衝擊尖峰。加速度測量——尤其是結合 包絡分析 用以解調這些訊號 — 是在最早、最可採取行動的階段捕捉這些故障的主要途徑，通常透過追蹤 軸承故障頻率.
- 齒輪箱分析: 由齒嚙合產生的高頻成分，加上齒面裂紋或崩齒所產生的衝擊，會清楚地顯現在加速度頻譜中，通常正好出現在 齒輪嚙合頻率 及其邊帶。
- 高速機械： 對於渦輪機與高速壓縮機，主導頻率位於加速度最敏感的頻帶內，因此加速度通常是首選的整體測量參數。
正是這種多功能性,使得一台可攜式雙通道儀器,例如 Balanset-1A 同時具備平衡與診斷雙重功能：它從感測器採集加速度訊號，並積分為速度值，以便對照 ISO 20816 （ISO 10816 的現代替代標準），並使用相同通道測量 1× 振幅與相位以進行現場平衡。
5. 與速度及位移的關係
位移、速度與加速度在數學上透過積分與微分相互關聯。對於簡單的正弦振動而言，速度是加速度的積分，位移則是速度的積分；反之， 微分 則朝反方向變化。實務上的結論是:在相同的振動能量下,加速度幅值在高頻時自然最大,而位移幅值則在低頻時佔主導——速度則介於兩者之間,在中頻段保持相對平穩。這正是為何分析人員要挑選與預期故障頻率範圍最匹配的參數:位移用於緩慢的軸運動,速度用於一般機械健康狀況評估,加速度則用於軸承與齒輪的快速、力驅動事件。
