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行業(yè)動(dòng)態(tài)

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【振動(dòng)課堂·第5期】振動(dòng)三兄弟：位移、速度、加速度單位的區(qū)別與換算

發(fā)布時(shí)間：

2025-12-03

在振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，mm、mm/s 和 mm/s2 分別代表了三種不同的振動(dòng)物理量，它們從不同維度描述了振動(dòng)的特性。

核心答案一句話概括：

mm：表示振動(dòng)位移，關(guān)心的是 “振動(dòng)的幅度”。

mm/s：表示振動(dòng)速度，關(guān)心的是 “振動(dòng)的劇烈程度”。

mm/s2：表示振動(dòng)加速度，關(guān)心的是 “振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力”。

下面我們進(jìn)行詳細(xì)解讀。

位移 - 單位：毫米（mm）

它是什么？
振動(dòng)位移是指物體在振動(dòng)過(guò)程中，偏離其平衡位置的最大距離。通常測(cè)量的是峰峰值，即振動(dòng)軌跡上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的總距離。

它反映了什么？
它直接反映了振動(dòng)的幅度大小?？梢灾庇^地理解為“物體晃動(dòng)了多遠(yuǎn)”。

主要應(yīng)用場(chǎng)景：

評(píng)估間隙與安全：對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械（如渦輪機(jī)、大型發(fā)電機(jī)），振動(dòng)位移直接關(guān)系到轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間的間隙。過(guò)大的位移可能導(dǎo)致碰撞和嚴(yán)重?fù)p壞。

低頻振動(dòng)評(píng)價(jià)：在低頻領(lǐng)域（例如建筑、橋梁、大型結(jié)構(gòu)的振動(dòng)），位移是常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，因?yàn)榈皖l振動(dòng)即使速度不快，也可能產(chǎn)生很大的振幅。

衡量形變：關(guān)注結(jié)構(gòu)本身動(dòng)態(tài)形變的應(yīng)用。

速度 - 單位：毫米/秒（mm/s）

它是什么？
振動(dòng)速度是位移對(duì)時(shí)間的變化率，即振動(dòng)的快慢。在工程中，通常使用其有效值（RMS），速度 RMS 與振動(dòng)能量強(qiáng)相關(guān)，因此標(biāo)準(zhǔn)中普遍使用速度 RMS 作為健康評(píng)價(jià)指標(biāo)。

它反映了什么？
它直接反映了振動(dòng)的能量和烈度。速度值是判斷設(shè)備整體振動(dòng)狀態(tài)的最佳指標(biāo)。

主要應(yīng)用場(chǎng)景：

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：這是最常用、最通用的振動(dòng)評(píng)價(jià)參數(shù)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和大多數(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都使用振動(dòng)速度有效值來(lái)界定設(shè)備的健康狀態(tài)（良好、合格、不合格、危險(xiǎn)）。

故障診斷：許多常見(jiàn)的故障（如不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)等）都會(huì)在振動(dòng)速度上產(chǎn)生明顯的響應(yīng)。

預(yù)測(cè)性維護(hù)：通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)振動(dòng)速度的變化趨勢(shì)，可以有效地預(yù)測(cè)設(shè)備故障和維護(hù)周期。

加速度 - 單位：毫米/秒2 （mm/s2）或

重力加速度 g （1 g ≈ 9.8 m/s2）

它是什么？
振動(dòng)加速度是速度對(duì)時(shí)間的變化率，即振動(dòng)速度變化的快慢。它直接與振動(dòng)所產(chǎn)生的力相關(guān)（牛頓第二定律：F = m × a）。

它反映了什么？
它反映了振動(dòng)的沖擊力和高頻成分。

主要應(yīng)用場(chǎng)景：

高頻故障診斷：對(duì)軸承損壞、齒輪嚙合問(wèn)題、氣穴現(xiàn)象等早期高頻沖擊故障非常敏感。這些故障在初期可能不會(huì)引起明顯的速度或位移變化，但會(huì)產(chǎn)生很高的加速度。

沖擊與力分析：用于分析碰撞、沖擊測(cè)試等瞬態(tài)事件。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)：用于模態(tài)分析，研究結(jié)構(gòu)自身的固有頻率和振型。

實(shí)際換算與頻率的影響

在實(shí)際振動(dòng)分析中，最關(guān)鍵的概念是：對(duì)于同一振動(dòng)，位移、速度、加速度三者的大小關(guān)系強(qiáng)烈依賴于振動(dòng)的頻率。

為什么？
因?yàn)樗俣仁俏灰茖?duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，而正弦振動(dòng)的頻率越高，其位移變化就越快，因此速度值會(huì)隨頻率升高而線性增大。同理，加速度值會(huì)隨頻率的平方增大。

換算公式（對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)峰值而言）：

假設(shè)振動(dòng)頻率為 f (Hz)，單振幅為 D (mm)，速度幅值為 V (mm/s)，加速度幅值為 A (mm/s2)，則有以下近似關(guān)系：

速度 (V) ≈ 2πf × 位移 (D)

V (mm/s) ≈ 6.28 × f (Hz) × D (mm)

加速度 (A) ≈ (2πf)2 × 位移 (D) ≈ 2πf × 速度 (V)

A (mm/s2) ≈ 39.5 × [f (Hz)]2 × D (mm)

A (mm/s2) ≈ 6.28 × f (Hz) × V (mm/s)

直觀示例：不同頻率下的對(duì)比

這個(gè)例子最能說(shuō)明問(wèn)題。假設(shè)兩個(gè)振動(dòng)，它們的速度值相同（都是 10 mm/s），但頻率不同：

參數(shù)	低頻振動(dòng) (10 Hz)	高頻振動(dòng) (1000 Hz)	說(shuō)明
速度 V	10 mm/s	10 mm/s	振動(dòng)烈度相同
位移 D	≈ 0.16 mm	≈ 0.0016 mm	低頻振動(dòng)幅度大，肉眼可見(jiàn)擺動(dòng)；高頻振動(dòng)幅度極小。
加速度 A	≈ 628 mm/s2	≈ 62,800 mm/s2	高頻振動(dòng)沖擊力巨大（約 6.4 g），是低頻的100倍！

總結(jié)與類比

為了讓您更好地理解這三者的關(guān)系，我們做一個(gè)形象的比喻：

想象一個(gè)秋千上坐著一個(gè)孩子。

位移 (mm)：秋千從最低點(diǎn)擺到最高點(diǎn)的垂直高度。它告訴你秋千擺動(dòng)的幅度有多大。

速度 (mm/s)：秋千經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度。它最能代表秋千擺動(dòng)的“勁頭”和能量。

加速度 (mm/s2)：秋千在最高點(diǎn)準(zhǔn)備往回?cái)[的那一刻，速度從零開(kāi)始變化的快慢，此時(shí)加速度最大。它反映了讓孩子“緊貼”在秋千座上的力有多大。

相互關(guān)系與選型指南

這三個(gè)物理量通過(guò)微分（求導(dǎo)）或積分（求和）可以相互轉(zhuǎn)換：

速度 ≈ 位移的微分 ≈ 加速度的積分

加速度 ≈ 速度的微分 ≈ 位移的二階微分

在實(shí)際測(cè)量中，壓電式加速度傳感器最為常用，因?yàn)樗w積小、頻率范圍寬。通過(guò)內(nèi)置的積分電路，可以將測(cè)得的加速度信號(hào)一次積分成速度信號(hào)，二次積分成位移信號(hào)。

在工程分析與故障診斷中的應(yīng)用側(cè)重

參量	優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景	對(duì)應(yīng)典型故障
加速度	對(duì)高頻振動(dòng)極其敏感 ? 適用于高頻沖擊類故障。 ? 齒輪嚙合、軸承缺陷（早期）、氣蝕、沖擊摩擦。 ? 常用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。	軸承剝落、齒輪斷齒、葉片撞擊。
速度	與振動(dòng)能量和破壞力相關(guān)性最好 ? 國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 10816）用以評(píng)估設(shè)備整體振動(dòng)烈度（健康狀態(tài)）的參量。 ? 對(duì)中低頻故障反應(yīng)良好，頻譜形態(tài)穩(wěn)定。 ? 日常點(diǎn)檢和狀態(tài)評(píng)估的首選。	不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)、共振。
位移	對(duì)低頻振動(dòng)和靜態(tài)位置變化敏感。 ? 關(guān)注絕對(duì)擺動(dòng)幅度。 ? 適用于低轉(zhuǎn)速設(shè)備（因?yàn)槲灰品悼赡茌^大），以及需要監(jiān)測(cè)間隙變化的場(chǎng)合。 ? 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的核心參量。	軸彎曲、油膜渦動(dòng)、喘振、滑動(dòng)軸承間隙過(guò)大。

參量

優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景

對(duì)應(yīng)典型故障

加速度

對(duì)高頻振動(dòng)極其敏感

? 適用于高頻沖擊類故障。
? 齒輪嚙合、軸承缺陷（早期）、氣蝕、沖擊摩擦。
? 常用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

軸承剝落、齒輪斷齒、葉片撞擊。

速度

與振動(dòng)能量和破壞力相關(guān)性最好
? 國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 10816）用以評(píng)估設(shè)備整體振動(dòng)烈度（健康狀態(tài)）的參量。
? 對(duì)中低頻故障反應(yīng)良好，頻譜形態(tài)穩(wěn)定。
? 日常點(diǎn)檢和狀態(tài)評(píng)估的首選。

不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)、共振。

位移

對(duì)低頻振動(dòng)和

靜態(tài)位置變化 敏感。
? 關(guān)注絕對(duì)擺動(dòng)幅度。
? 適用于低轉(zhuǎn)速設(shè)備（因?yàn)槲灰品悼赡茌^大），以及需要監(jiān)測(cè)間隙變化的場(chǎng)合。
? 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的核心參量。

軸彎曲、油膜渦動(dòng)、喘振、滑動(dòng)軸承間隙過(guò)大。

結(jié)論： 理解這三個(gè)單位的區(qū)別是進(jìn)行有效振動(dòng)分析和設(shè)備診斷的基石。

簡(jiǎn)單記憶：mm 告訴你“擺多遠(yuǎn)”，mm/s 告訴你“多劇烈”，mm/s2 告訴你“沖擊多猛”。它們通過(guò)一個(gè)關(guān)鍵的橋梁——振動(dòng)頻率——聯(lián)系在一起。