理解振动分析中的加速度
加速度 是物体速度相对于时间的变化率。在 振动分析 是三个核心测量参数之一，用于量化 速度 振动部件的变化速度。 位移 位移告诉你零件移动了多远，速度告诉你移动有多快，而加速度实质上是对作用在零件上的力的度量——这使其对高频事件（如冲击和运动的急剧变化）极为敏感。
1. 定义：什么是振动加速度？
从数学上看，加速度是速度对时间的一阶导数，也是位移的二阶导数。对于以频率 f进行正弦振动的物体，在位移固定的情况下，加速度幅值随频率的平方增大——频率加倍，加速度增大四倍。这一特性解释了为什么加速度是描述快速、突发事件的自然语言：故障的频率成分越高，其在加速度信号中就越突出。这也是为什么当关注的现象位于千赫兹频段而非接近运行转速时，分析人员会选用加速度参数。
2. 为什么加速度测量很重要？
加速度测量是全面开展 状态监测 方案的核心，因为它擅长捕捉其他较温和参数可能遗漏的故障。其重要性体现在以下几个关键方面：
- 高频故障检测： 加速度对高频振动本身更为敏感，使其成为早期滚动轴承损伤、齿轮啮合故障及叶片通过激励的理想检测参数，上述故障均在频谱高频区辐射能量。
- 与力的直接关系： 根据牛顿第二定律（力 = 质量 × 加速度），加速度与机器内部的动态力成正比。因此，读取加速度数据可直接了解驱动应力和 疲劳 在分量中。
- 宽动态范围： 用于采集加速度信号的加速度传感器覆盖极宽的频率和幅值范围，使其能够适用于多种机器类型和转速。
3. 单位与测量
常用单位
振动加速度通常以以下两种单位之一表示：
- g（重力加速度）： 以地球重力加速度为参考的单位，其中 1 g ≈ 9.81 m/s²。 g 因其能直观、标准化地反映零件所受振动强度，该单位得到广泛应用。
- 米/秒²（或毫米/秒²）： 国际单位制单位，即米每二次方秒，更适用于正式报告和计算。
有必要明确某一数值是峰值、真峰值还是 有效值，因为同一振动可以用三种方式表示。在给定频率下，g、m/s² 与对应速度或位移量之间的换算，正是我们的 振动加速度计算器 用于。
如何测量？
加速度几乎全部通过 加速度计 来测量——这是一种将振动机械力转换为等比例电信号的传感器。 压电加速度计 是工业状态监测中最常见的类型，以其坚固耐用、精度高及宽而平坦的频率响应著称。其输出信号可直接分析，也可通过电子 积分，而是以速度或位移表示。
4. 诊断中的实际应用
在日常诊断中，加速度数据可精确定位特定故障：
- 轴承故障： 滚道、滚子和滚珠上的微观缺陷会产生细小的高频冲击尖峰。加速度测量——尤其是结合 包络分析 对其进行解调——是在最早期、最具可操作性的阶段发现故障的主要手段，通常通过跟踪 轴承故障频率.
- 齿轮箱分析： 齿轮啮合产生的高频成分，以及裂纹或崩齿产生的冲击，在加速度频谱中清晰可见，通常正好出现在 齿轮啮合频率 及其边带。
- 高速机械： 对于汽轮机和高速压缩机，主导频率恰好位于加速度最为灵敏的频段，因此加速度通常是首选的综合测量量。
正是这种多功能性，使得像 Balanset-1A 这样的便携式双通道仪器既能用于动平衡，又能用于故障诊断：它从传感器采集加速度信号，积分得到速度以对照 ISO 20816 （ISO 10816 的现行替代标准）进行振动烈度评估，并利用同一通道测量一倍频幅值和相位，用于现场动平衡。
5. 与速度和位移的关系
位移、速度和加速度通过积分与微分在数学上相互关联。对于简单的正弦振动，速度是加速度的积分，位移是速度的积分；反之， 微分 向另一个方向运动。实际结论是：在相同的振动能量下，加速度幅值在高频处天然最大，而位移幅值在低频处占主导，速度则介于两者之间，在中频段保持相对平坦。这正是分析人员选用与预期故障频率范围最匹配参数的原因：低速轴运动用位移，机械整体健康状态用速度，轴承和齿轮的高速力驱动事件用加速度。
6. Balanset-1A 对加速度的显示
Balanset-1A 使用 MEMS 加速度传感器拾取振动,并以 mm/s RMS 为单位给出振动速度,其频谱可以按速度或加速度查看。对比这两种视图,可以在决定是否进行平衡之前快速判断振动能量集中在何处。
- 将两个传感器沿径向安装在轴承座的刚性部位上,并使磁座整个底面完全贴合。不要把它们装在防护罩、盖板或端面上。只能在机器停机并上锁挂牌的状态下安装和移动传感器。
- 打开振动计(F5),并停留在 Wave Spectrum 标签页。比较 V1s 与 V1o。如果 1× 分量接近总振动值,则振动主要由不平衡引起。如果它小得多,则大部分能量位于谐波和噪声中。
- 将图表下方的“Spectrum”选择器从“Velocity”切换到“Acceleration (m/s2)”。加速度对较高频率的权重更大,因此 2×、3× 及更高倍频的峰值相对于 1× 会变大。在速度相同的情况下,3× 的加速度是 1× 的三倍:在 3000 rpm 时,1 mm/s RMS 在 1×(50 Hz)处约为 0.31 m/s2,在 3×(150 Hz)处约为 0.94 m/s2。将光标悬停在峰值上,即可在图表标题中读取其频率和幅值。
- 请根据速度读数判断严重程度,因为 ISO 振动区域是以 mm/s 给出的。若要按区域为 V1s 和 V2s 着色,请在主窗口的“F4 - Settings”选项卡中选择振动评价标准。
- 如果在速度视图中 1× 是最大的峰值,且 V1o 接近 V1s,则继续进行平衡。如果在速度视图中 2× 或 3× 峰值达到 1× 的大小,请先检查对中、轴承和紧固情况,然后再平衡。仅在加速度视图中很大的峰值是由其频率放大的;请先在速度视图中核实,再采取行动。
