2. 振动分析基础与图解表示
要对船舶旋转机械做故障诊断，第一步不是急着下结论，而是把“机器在怎么动”这件事用一套统一的语言描述清楚。这套语言就是振动的三要素：幅值、频率、相位。三者缺一不可——只看幅值，无法区分是转子不平衡还是轴承松动；只看频率，无法判断故障的严重程度；忽略相位，则难以分辨不平衡的方位和轴系的对中状态。本节围绕这三要素展开，并说明如何从时域波形和频谱图中读出它们，最后介绍 ISO 10816 这一常用的振动烈度评价标准。
一、振动三要素的物理含义
幅值描述振动“有多强”，是判断严重程度最直接的量。工程上常用的幅值表示有三种：峰值（Peak）、峰峰值（Peak-Peak）和有效值（RMS）。对于简谐振动，峰值等于有效值的 √2 倍，峰峰值是峰值的 2 倍。船舶机械的振动标准多采用速度有效值，因为它与振动能量和破坏能力相关性更好。需要特别注意的是，同一段信号用不同幅值口径表达，数值差别很大，比较时必须统一口径。
频率描述振动“快慢”，是故障定位的核心线索。旋转机械的振动大多与转速成整数倍或分数倍关系，因此工程上习惯用“阶次”表示：1 倍频（1X）对应转频，2 倍频（2X）对应两倍转频，依此类推。例如一台转速 1800 r/min 的辅机，转频为 30 Hz，若频谱中 30 Hz 处出现主峰，说明振动主要来自与转子同步的激励，常见于不平衡；若 60 Hz（2X）突出，则要怀疑对中不良或轴弯曲。频率与转速的对应关系，是把频谱“翻译”成故障语言的关键桥梁。
相位描述振动“在什么时刻到达什么位置”，反映的是同一频率分量之间的时间先后关系。单通道相位本身意义有限，但两通道之间的相位差非常有价值：动平衡时用它确定不平衡量的方位；判断联轴器对中时，用两个轴承座同频分量的相位差可以区分平行偏差和角度偏差。相位测量要求有稳定的转速参考信号（如键相传感器），否则相位会随机漂移，失去比较意义。
二、时域波形与频谱图的解读
时域波形是传感器输出随时间变化的原始曲线，横轴为时间，纵轴为幅值。它最擅长表现“冲击”和“周期性”两类特征：滚动轴承局部剥落会在波形上留下周期性的冲击脉冲；松动故障常表现为波形上下不对称，出现“削顶”或“单边”现象；摩擦则可能表现为波形上叠加高频毛刺。读时域图时，应重点关注波形的包络形状、冲击间隔、是否存在调制，以及峰值因数（峰值与有效值之比）是否异常升高。
频谱图是时域信号经傅里叶变换后的结果，横轴为频率，纵轴为各频率分量的幅值。它把混杂在一起的多个激励源“拆开”，是旋转机械诊断的主力工具。解读频谱的基本方法是“找峰—定频—对阶次”：先找出显著谱峰，读出其频率，再除以转频得到阶次，最后结合设备结构判断可能的故障源。除离散谱峰外，还要留意边频带（谱峰两侧等间隔的小峰，常由调制引起）、谐波族（整数倍频系列）和宽带噪声基底（可能来自气蚀、湍流或润滑不良）。
时域与频域不是二选一，而是互补关系。频谱告诉你“有哪些频率成分”，时域告诉你“这些成分如何随时间变化”。对于启停过程、负荷突变或间歇性故障，单张稳态频谱往往不够，需要结合波形的时间历程甚至瀑布图来判断。
三、ISO 10816 振动烈度标准简介
测得幅值之后，紧接着的问题是“多大算超标”。ISO 10816（现部分内容已由 ISO 20816 替代）给出了以速度有效值为评价量的振动烈度分级方法，适用于功率 15 kW 以上、转速 120～15000 r/min 的机器。标准按机器类型和安装方式（刚性支承或柔性支承）划分评价区域，并用 A、B、C、D 四个区域表示状态：A 区为新交付机器的正常水平，B 区为可长期运行，C 区为不宜长期运行、应安排检修，D 区为振动可能造成损坏。
以常见的一类机器（如中小型辅机、刚性安装）为例，其速度有效值区域边界大致为：A/B 界 2.3 mm/s，B/C 界 4.5 mm/s，C/D 界 7.1 mm/s。这些数值是标准给出的通用参考，实际应用时还应结合设备厂家限值、测点位置和运行工况。特别提醒：标准评价的是“振动烈度”，测点应选在轴承座等能代表机器整体振动的刚性部位，且应在稳定工况下测量；把传感器贴在薄壁罩壳上测得的数值没有评价意义。
四、一次完整的读图示例
假设某辅机转速 1800 r/min（转频 30 Hz），测得速度有效值 5.6 mm/s，频谱中 30 Hz 处谱峰最高，60 Hz 处次之，并伴有以 30 Hz 为中心的边频。按上述流程：先由 5.6 mm/s 落入 B/C 之间，属于 C 区，说明不宜长期运行；再由 1X 占主导判断主要激励与转子同步，优先排查不平衡；2X 与边频的存在提示可能同时存在对中偏差或松动。此时应安排停机检查联轴器对中、转子结垢与紧固件状态，而不是仅凭一个总振值就下结论。这个例子中的数值为教学假设，实际诊断必须结合现场测量与设备历史。
把三要素、时域与频谱、评价标准串起来，就形成了一条从“测得到”到“看得懂”再到“判得准”的完整链条。后续各章节的故障特征分析，都将在这条链条上展开。