细说振动位移、速度、加速度 理解轴承使用三大误区

细说振动位移、速度、加速度

在以前的文章中我们介绍过振动位移、速度、加速度信号在进行振动分析中的选择及其原则。事实上，只要了解这三者的本质含义和差异，那么这些对应的选择问题就迎刃而解了。因此本文从振动的位移、速度、加速度的含义和关系方面进行一定的介绍。

振动位移、速度、加速度的定义以及关系 

上图为一个简单振动的示意图，我们用这个图来说明一些概念。

首先，假设某质点初始位置为横轴上某个位置，当振动开始之后，质点在任意时刻距离在振动方向上和初始位置之间的距离差A就是位移。质点到达这个位置所有时间t，那么此时这个质点的速度就是A对t的微分。同样的逻辑，质点振动速度对于时间的微分就是振动的加速度。相反的，振动的加速度是振动速度对时间的积分，振动的速度是振动位移对时间的积分。

上面的图是这个振动的时域图，不难发现，这个振动中，质点距离原始点最大的距离A是正弦波的幅值。这个质点在通过0位置的时候，速度达到最大值。质点在前一个峰值的地方，达到加速的最大值。换言之就是振动的速度超前位移90°，振动的加速度超前速度90°。

振动位移为什么用峰峰值？

从前面的定义可以看出，振动的位移是振动中质点距离初始位置之间的距离。在整个时域中，振动的位置不断变化，每时每刻都有一个位移值。其中，质点距离初始位置最远的距离，对于机械设备来说，在整个振动所有位移值中，是影响最大的。同时对于一个振动而言，设备经历的最大变形量是两个峰值之间的距离，也就是这个振动位移量的峰峰值。在上图的振动波形中就是横轴两侧，振动幅值的绝对值之和。设备经历振动的最大变形量对设备自身的影响最大，因此在对振动进行位移值测量的时候，一般取峰峰值。

振动的速度为什么用有效值？

在振动速度的含义里我们介绍了，振动的位移对时间的微分就是振动的速度。从物理含义上来看，振动的速度涵盖了振动的位移和频率两个因素。有效值的概念其实是一个等效的概念，将一个交变的量等效为一个等效值。对于振动而言，我们知道振动速度是一个往复交变量，因此我们用一个有效值等效速度实际值，代表这段时间内振动的速度情况。

当然速度值也有峰峰值，可是对于一个时间段内，速度的峰峰值对设备的影响在峰峰值出现的时候发生，无法描述振动速度的总体，因此我们用有效值来等效。

振动的加速度为什么用峰值？

在一段振动中，质点速度的变化越剧烈，对材质本身的影响越大，考虑振动对设备的影响，取振动加速度的峰值来衡量振动加速度对设备的影响。

事实上，如果读者用质点质量乘以加速度就会得到一个力的单位。不难发现，振动的加速度实际上是振动的“冲击性”，对设备的最大冲击，就是这个冲击量的峰值。

为什么低速振动用位移信号？中速运动用速度信号？高速运动用加速度信号？

从振动位移、速度、加速度量的介绍中我们知道：

振动的位移量主要考虑了振动的幅值；

振动的速度考虑了振动幅值和频率；

振动的加速度考虑了振动的幅值、频率以及频率变化。

因此可以发现，振动的加速度对振动的频率敏感性最高，速度其次，再次是位移。 

(运转世界大国龙腾 龙出东方 腾达天下 龙腾三类调心滚子轴承 刘兴邦CA CC E MB MA)

三大轴承使用误区，快看看你有没有踩中！

在机械设备中轴承的使用很常见，可是总有一些人会误解轴承使用上的一些问题，比如下文中介绍的三种误区。

误区一：轴承难道不是标准件吗？

提出这个问题的人，对轴承还是有些了解的，但要回答这个问题，却不容易。必须得说轴承既是标准件，又不是标准件。

第一层含义：轴承是标准件。啥叫标准件？来，咱们看看百度百科怎么说。

这里面说到，标准件的结构、尺寸、画法、标记等各个方面完全标准化。是指同一个型号轴承，同一个尺寸结构，具有安装互换性。

比如608轴承，其外形尺寸均为内径8mmx外径22mmx宽度7mm，也就是说你在SKF家买的608轴承和在NSK家买的608轴承外形尺寸是一样的，也就是长的一个模样。

从这个意义上来讲，我们说轴承是个标准件，仅指模样个头一样。

第二层含义：轴承不是标准件。第一层含义说了，对于608轴承而言，外形尺寸一样的，内部可能不一样！真正能保证你长期使用的是内部结构参数。

同样一个608轴承，内部可以千差万别。比如，游隙可以有MC1，MC2，MC3，MC4，MC5根据配合公差进行选择；保持架可以是铁制的或是塑料的；精度可以有P0，P6，P5，P4等根据用途进行选定；油脂可以从高温到低温上百种根据工况进行选择，并且油脂封入量也各不相同。

从这个意义上来讲，我们又说轴承不是个标准件。根据具体的使用工况，可以提供不同性能的608轴承供君选择。而如要使其标准化，必须限定轴承的各个参数（尺寸，密封形式，保持架材料，游隙，油脂，封入量等）。

结论：对于轴承而言，各位一定不可简单视其为标准件，一定要明白其非标件的含义，才能在选择轴承时，上对花轿嫁对郎。

误区二：你这轴承能用10年吗？

举个例子：你去买车，4S店销售和厂家吹嘘质保3年或10万公里，你用了半年发现轮胎坏了，找4S店索赔，却被告知不在质保范围内，你很生气，发誓要怼天怼地怼4S店，却被4S店给怼了回来。保修手册明白写着质保3年或10万公里是有条件的，为整车核心零部件（发动机，变速箱等）质保，你这轮胎是易损件，不在质保范围。

其实，3年或10万公里是有条件的。所以很多人经常问的“轴承能用10年吗？”也是要有条件的。

这个问题是轴承的使用寿命问题，对于轴承的使用寿命而言，必须是一定使用条件下的使用寿命，抛开使用条件谈轴承使用寿命就是在耍流氓。同样，这10年还要根据产品具体的使用频率，换算为小时数（h），因为计算轴承寿命时计算不出年头，只能计算出小时数（h）。

那计算轴承的使用寿命，都需要啥条件呢？计算轴承的使用寿命一般需要知道轴承使用时的受力情况（轴向受力Fa和径向受力Fr），转速情况（跑多快，匀速跑还是变速跑），温度情况（工作时的温度）。如果是开放式的轴承，还需要了解用的啥润滑油，清洁度怎样等等。

有了这些条件，还需要计算两个寿命。

寿命一：轴承的基本额定寿命L10（考核轴承多久发生材料疲劳剥落），具体计算公式如下（来源自SKF综合样本）：

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要明白，轴承的基本额定寿命就是考核轴承的耐操程度，一般给出90%可靠性的理论计算寿命。仅有这个公式可能还不够，比如SKF或NSK可能会给出各种修正系数。

寿命二：平均润滑脂寿命L50（考核润滑脂多久会干涸掉），每个轴承厂家的计算公式还都不一样，下面以NSK样本书给出的计算公式说明：

 

轴承的平均润滑脂寿命L50基本就决定了轴承的最终使用寿命，质量再好，不给润滑油（油脂干涸掉了），干摩擦能摩擦多久？所以这个平均润滑脂寿命L50基本被认为是轴承的最终使用寿命（注：平均润滑脂寿命L50为可靠性为50%的经验公式计算寿命，仅供参考用，实际试验评价时离散性较大）。

结论：轴承能使用多久，你说了不算，我说了也不算，轴承实际使用条件说了算。

误区三：你家轴承这么脆，一压就崩溃？

轴承轻轻一压就容易有异音，说明轴承内部产生了伤痕，那么，轴承内部的伤痕是怎么产生的呢？

正常安装轴承时，如果内圈是配合面，那么就会压内圈，外圈不受力，也就不会产生伤痕，如下图。

但，如果不是这样，而是让内外圈相对受力了呢？那就会如下面这样的图示，产生了布氏压痕。

是的，你没看错，就是这么残酷的现实，如果轴承的内外圈相对受力，只需轻轻一压，轴承就容易在钢球表面和滚道面产生损伤压痕（专业名字叫布氏压痕），进而产生异音。所以，任何可能使轴承内外圈相对受力的安装姿势，都可能使轴承内部产生损伤。

结论：目前，轴承异音中约60%左右为安装不当导致的轴承损伤所致。所以，与其费劲心思找轴承厂家的麻烦，倒不如借助轴承厂家的技术力量来检验自己的安装姿势，是否存在风险和隐患。

上图为同一个幅值为10um振动的位移信号、速度信号和加速度信号的频谱。可以清楚地看到，相同的三个频率分量中，加速度信号里表现强烈，速度信号表现适中，位移信号并不敏感。

对于旋转设备而言，加速度对于高速设备的振动更加敏感，位移信号更加适用于低速振动的场合。