專題製作報告 普通高速車床振動診斷之研究 (修機

100年 12月 ）

修平科技大學四年制機械工程系

專題製作報告

普通高速車床振動診斷之研究

指導教授：周志忠

班 級：四機四甲

組 長：徐彬峻 BA97018 組 員：賴彥丞 BA97001 黃文宏 BA97013 王盛毅 BA97025 朱春波 BA97126

中 華 民 國 一 百 年 十二 月 三十一 日

目錄目錄目錄目錄

總目錄

摘要 ……………...……………………………………….…… i

第一章 前言 …….…………………………………….…… 1-1

1. 動機與目的 …………...…………………….…. 1-1

2. 文獻探討 ……………………………....….…… 1-2

（一）振動診斷方法 …………………....…....… 1-2

（二）深入探討軸不平衡與齒輪振動 …......….. 1-5

（三）振動分類 …………………………....…… 1-10

第二章 研究方法 ………….………………………….…… 2-1

第三章 研究結果 ………….………………………….…… 3-1

第四章 結果建議 …………….…………………….……… 4-1

第五章 參考文獻與致謝 …………………….……….…… 5-1

（一）參考文獻出處 ………..…….……………. 5-1

（二）致謝 …………..…………….……………. 5-2

圖目錄

圖 1.1 ……………………………………………………….. 1-1

圖 2.1 ……………………………………………………….. 2-1

圖 2.2 ……………………………………………………….. 2-1

圖 2.3 ……………………………………………………….. 2-2

圖 2.4 ……………………………………………………….. 2-3

圖 2.5 ……………………………………………………….. 2-3

圖 2.6 ……………………………………………………….. 2-3

圖 2.7 ……………………………………………………….. 2-4

圖 2.8 ……………………………………………………….. 2-4

圖 2.9 ……………………………………………………….. 2-5

圖 2.10 ………..…………………………………………….. 2-6

圖 2.11 …………..………………………………………….. 2-6

圖 2.12 …………..………………………………………….. 2-6

圖 3.1 ……………………………………………………..… 3-2

圖 3.2 ……………………………………………………..… 3-2

圖 3.3 ……………………………………………………..… 3-3

圖 3.4 ……………………………………………………..… 3-3

圖 3.5 ……………………………………………………..… 3-4

圖 3.6 ……………………………………………………..… 3-4

圖 3.7 ……………………………………………………..… 3-5

圖 3.8 ……………………………………………………..… 3-6

圖 3.9 ……………………………………………………..… 3-6

圖 3.10 …..………………………………………………..… 3-8

圖 3.11 …..………………………………………………..… 3-9

圖 3.12 …..………………………………………………..… 3-9

圖 3.13 …..………………………………………………..… 3-10

圖 3.14 …..………………………………………………..… 3-11

圖 3.15 …..………………………………………………..… 3-12

圖 3.16 …..………………………………………………..… 3-12

圖 3.17 …..………………………………………………..… 3-13

圖 3.18 …..………………………………………………..… 3-15

圖 3.19 …..………………………………………………..… 3-16

圖 3.20 …..………………………………………………..… 3-16

圖 3.21 …..………………………………………………..… 3-17

圖 3.22 …..………………………………………………..… 3-18

圖 3.23 …..………………………………………………..… 3-18

圖 3.24 …..………………………………………………..… 3-19

圖 3.25 …..………………………………………………..… 3-21

圖 3.26 …..………………………………………………..… 3-22

圖 3.27 …..………………………………………………..… 3-22

圖 3.28 …..………………………………………………..… 3-23

圖 3.29 …..………………………………………………..… 3-24

圖 3.30 …..………………………………………………..… 3-24

圖 3.31 …..………………………………………………..… 3-25

圖 3.32 …..………………………………………………..… 3-27

圖 3.33 …..………………………………………………..… 3-28

圖 3.34 …..………………………………………………..… 3-28

圖 3.35 …..………………………………………………..… 3-28

圖 3.36 …..………………………………………………..… 3-30

圖 3.37 …..………………………………………………..… 3-31

圖 3.38 …..………………………………………………..… 3-31

圖 3.39 …..………………………………………………..… 3-32

表目錄

表 3.1 ……………………………………………………..… 3-4

表 3.2 ……………………………………………………..… 3-6

表 3.3 ……………………………………………………..… 3-10

表 3.4 ……………………………………………………..… 3-11

表 3.5 ……………………………………………………..… 3-13

表 3.6 ……………………………………………………..… 3-16

表 3.7 ……………………………………………………..… 3-17

表 3.8 ……………………………………………………..… 3-19

表 3.9 ……………………………………………………..… 3-22

表 3.10 …..………………………………………………..… 3-23

表 3.11 …..………………………………………………..… 3-25

表 3.12 …..………………………………………………..… 3-29

表 3.13 …..………………………………………………..… 3-30

表 3.14 …..………………………………………………..… 3-32

i

摘要摘要摘要摘要

這份報告是量測普通高速車床的十種不同的齒輪配合，我

們將高轉速的四個不同轉速進行研究探討，並解釋所造成的頻

譜有何不同。

在這份報告中，會詳細敘述有關振動分析的相關文獻，並

且以車床量測四個不同轉速（370 rpm、700 rpm、1200 rpm、

1800 rpm），將分別做軸不平衡與齒輪振動的相關振動分析。

1-1

第一章第一章第一章第一章 前前前前言言言言

1. 動機與目的

動機：

車床的振動會造成工件表面會有振紋，會造成刀具損壞，

也會產生出刺耳的噪音，但造成這些原因的因素很多，例如：

工件未夾持穩固、刀具已經損毀、刀具未在工件的中心等等，

但去除以上所述的因素，還有可能是車床本身的問題，例如：

還沒車削前噪音就很大了，又或者在某種轉速下，聲音才特別

大聲，基於這些原因，所以想知道本身車床的振動有多少，所

以我們用頻譜分析儀測量沒有切削時的普通高速車床作為這

次報告的出發點。

目的：

了解振動和哪些赫茲下造成的振幅最大，並進階探討振動

跟哪些因素有直接、間接關係。

1-2

2. 文獻探討

(一一一一) 振動診斷方法振動診斷方法振動診斷方法振動診斷方法

振動頻譜量測振動頻譜量測振動頻譜量測振動頻譜量測

圖 1.1

1. 動不平衡：

基本特徵：

1倍頻的振動量很高，且振動量隨著轉速的增加而變大，從

頻譜圖中，其他倍頻都很小，甚至沒有。

引起的原因：

組裝不良，材質不均勻，或零組件已經變形或磨損等。

1-3

2. 軸不對心：

基本特徵：

軸的支撐面或連接面不面，1倍頻及（或）2 倍頻的振動量

很高，且軸向振動特別大，軸向與徑向的振動相位差 180度。

引起的原因：

組裝不良，造成心軸 Offset/ Angular Misalignment，及軸承

的不對心。

3. 組件鬆動：

基本特徵：

鬆動可能發生在大的結構件或旋轉件上，倍頻很高且很多

倍頻出現，且量測不同方向（水平，垂直，軸向），振動量會

不一樣。

引起的原因：

結構件與所在承靠面鬆動或分離，軸承鬆動或間隙，連軸

器鬆動。

1-4

4. 滾動軸承（滾珠及滾柱軸承）問題：

基本特徵：

其特徵頻率和轉速，軸承內外環直徑，軸承珠數及壓力角

有關。

引起的原因：

軸承的瑕疵，或組裝過程中撞傷，及有異物侵入。

5. 滑動軸承（油膜軸承）問題：

基本特徵：

1倍頻的振動量很高，且 0.4~0.55倍頻會出現，2及 3倍頻

的振動量也很高。

引起的原因：

油膜軸承的間隙不良或真圓度不好，或組裝過程中撞傷油

膜軸承，潤滑不良。

參考資料來源：

G-TECH 頻譜分析簡介與振動及噪音的量測應用

2.工具機振動測試介紹.ppt 作者：Faby Fong

1-5

(二二二二) 深入探討軸不平衡與齒輪振動深入探討軸不平衡與齒輪振動深入探討軸不平衡與齒輪振動深入探討軸不平衡與齒輪振動

1. 軸不平衡軸不平衡軸不平衡軸不平衡

（（（（1）））） 軸彎曲軸彎曲軸彎曲軸彎曲

軸彎曲通常會產生明顯的軸向振動，並且在同一轉軸

上，其軸向的振動相位會出現相差 180°的情形。假如彎曲

的部份如果靠近軸的中央部份，那麼一倍頻會是主要的頻

率。但彎曲的部份如果靠近聯軸器時，則振動以兩倍頻為

主。一般用量錶就很容易的測出軸彎曲的程度。（注意：在

量測軸向相位差時，感測器的安裝必須在同一方向）

（（（（2）））） 對心不良對心不良對心不良對心不良：：：：角不對心角不對心角不對心角不對心

角不對心的主要特徵是明顯的軸向振動及聯軸器兩端

的軸向振動相差 180°。典型的頻譜則是由明顯的軸向一倍

及兩倍頻所構成。但是，不論 1X、2X或 3X都有可能是最

主樣的頻率。這些徵狀也有可能是聯軸器的問題。嚴重的

角不對心可能會激發很多 1X的諧波出來。

1-6

（（（（3）））） 對心不良對心不良對心不良對心不良：：：：平行不對心平行不對心平行不對心平行不對心

平行不對心與角不對心有類似的徵狀，但其徑向的振

動更為明顯，而且在聯軸器兩端的徑向振動為接近 180°的

反向振動。2X振動通常較 1X振動較大，然其相對於 1X

的高度，通常與聯軸器型式或設備的構造有關。當不對心

的現象比較嚴重時，不論平行或角不對心都會產生更高階

的諧波振動（4X ~ 8X），甚至會像機械鬆動的現象一樣，

有一系列高頻的諧波產生，當不對心的現象嚴重時，其整

個振動頻譜的樣子通常會受到聯軸器的型式與材質很大的

影響。

2. 齒輪振動齒輪振動齒輪振動齒輪振動

（（（（1）））） 正常頻譜正常頻譜正常頻譜正常頻譜

正常的齒輪頻譜包括齒輪轉速頻率、嚙合頻率及小量

的嚙合頻率諧波，而這些諧波通常伴隨轉速的邊頻。如果

知道齒數的話，量測頻寬至少要設到嚙合頻率的 3.25倍。

如果不知道齒數的話，就要設到轉速的 200倍。

1-7

（（（（2）））） 齒磨損齒磨損齒磨損齒磨損

齒輪磨損的主要特徵是齒輪的自然頻率及邊頻嚙合頻

率的本身振幅不見得會增大，但是其邊頻的振幅及數目則

會明顯增加。而 2X嚙合頻率及 3X嚙合頻率的振幅則可能

會增加。所以，以邊頻來觀察齒輪的磨耗可能比用嚙合頻

率來得好。

（（（（3）））） 齒負載齒負載齒負載齒負載

嚙合頻率對於負載很敏感，高的嚙合頻率振幅不見得

一定表示有問題，尤其是當嚙合頻率的邊頻不高，而且也

沒有出現齒輪的自然頻率時。對一個齒輪系在不同的負載

下的嚙合頻率應加以研究以建立基準。

（（（（4）））） 偏心與間隙偏心與間隙偏心與間隙偏心與間隙

嚙合頻率諧波的高幅邊頻通常是由於齒輪的偏心、間

隙或不平行所造成的。有問題的齒輪轉速出現在嚙合頻率

的邊頻上。而且如果偏心是主要問題的話，偏心齒輪的一

倍頻通常也會很明顯。不良的齒隙通常會激發嚙合頻率的

諧波及自然頻率。而當負載增加時，因齒隙過大造成嚙合

頻率反而變小。

1-8

（（（（5）））） 對心不良對心不良對心不良對心不良

不對心的齒輪組通常會激發 2倍或更高的嚙合頻率諧

波，並且在轉速位置出現邊頻。2X嚙合頻率或 3X嚙合頻

率通常會比 1X嚙合頻率振幅高，所以量測時至少頻寬要

設到 3.25X嚙合頻率以上。而且，2X嚙合頻率的邊頻通常

是 2倍轉速並且出現兩邊振幅明顯不同的情形。

（（（（6）））） 裂縫與斷齒裂縫與斷齒裂縫與斷齒裂縫與斷齒

斷裂齒會在時域波形上出現 1倍的高額振幅。而且會

激發齒輪的自然頻率及轉速位置出現邊頻。最好以波形來

觀察會較清楚。藉由計算突波的週期，就可以找出問題的

齒輪。

（（（（7）））） 獵齒問題獵齒問題獵齒問題獵齒問題

獵齒問題是由於齒輪製造過程中，大、小齒輪都有某

一個齒型有問題，這種有問題的齒輪組在運行的過程中，

由於週期性的嚙合問題，齒輪組會發出呻吟般的異音，而

當這兩個問題嚙合時，會產生極大的振動，所幸通常都要

經過很多圈之後，兩個問題齒才會相遇一次，所以他的頻

率很低，很容易被忽略。

1-9

參考資料來源：

機械振動概論與實務 五南圖書股份有限公司

2009年 10月初版

1-10

(三三三三) 振動分類振動分類振動分類振動分類

振動的分類及若干基本概念振動的分類及若干基本概念振動的分類及若干基本概念振動的分類及若干基本概念

振動的分類：機械振動可依據不同的特徵加以分類。

1. 按振動的輸入特性加以分類：

（1） 自由振動自由振動自由振動自由振動：

系統受到初始激勵作用後，僅靠其本身的彈性恢復力

自由地振動，其振動的特性僅決定於系統本身的物理

特性（質量 m、剛度 k）。

（2） 受迫振動受迫振動受迫振動受迫振動：

又稱強迫振動，系統受到外界持續的激振作用而被迫

地產生振動，其振動特性除決定於系統本身的特性外，

還決定於激勵的特性。

（3） 自激振動自激振動自激振動自激振動：

有的系統由於具有非振盪性能源或反饋特性，從而產

生一種穩定持續的振動。

1-11

2. 按振動的週期特性加以分類：

（1） 週期振動週期振動週期振動週期振動：

振動系統的某些參量（如位移、速度、加速度等）在

相等的時間間隔內作往復運動。往復一次所需的時間

稱為週期；每經過一個週期以後，運動又重複前一週

期的全部過程。

（2） 非週期振動非週期振動非週期振動非週期振動：

振動系統的參量變化沒有固定的時間間隔，即沒有一

定的週期。

3. 按振動的輸出特性加以分類：

（1） 簡諧振動簡諧振動簡諧振動簡諧振動：

可以用簡單正弦函數或餘弦函數表述其運動規律的振

動。畢竟，簡諧運動屬於週期性振動。

（2） 非簡諧振動非簡諧振動非簡諧振動非簡諧振動：

不可以直接用簡單正弦函數或餘弦函數表述其運動規

律的振動。但是，非簡諧運動也可能是週期性振動。

（3） 隨機振動隨機振動隨機振動隨機振動：

不能用簡單函數或簡單函數的組合表述其運動規律，

而只能用統計的方法來研究其規律的非週期性振動。

1-12

4. 按振動系統的結構參數特性加以分類：

（1） 線性振動線性振動線性振動線性振動：

振動系統的慣性力、尼阻力、彈性恢復力分別與加速

度、速度、位移成線性關係，系統中質量、阻尼和剛

度均為常數，該系統的振動可用常係數線性微分方程

表述。

（2） 非線性振動非線性振動非線性振動非線性振動：

振動系統的尼阻力或彈性恢復力具有非線性性質，系

統的振動可以用非線性微分方程表述。

5. 按振動系統的自由度數目加以分類：

（1） 單自由度系統單自由度系統單自由度系統單自由度系統：

確定系統在振動過程中任何瞬時的幾何位置只需要一

個獨立座標的振動。

（2） 多自由度系統多自由度系統多自由度系統多自由度系統：

確定系統在振動過程中任何瞬時的幾何位置需要多個

獨立座標的振動。

（3） 無限多個自由度系統無限多個自由度系統無限多個自由度系統無限多個自由度系統：

彈性體需用無限多個獨立座標確定系統在振動過程中

任何瞬時的幾何位置。

1-13

6. 按振動的位移特徵加以分類：

（1） 縱向振動縱向振動縱向振動縱向振動：

振動體上的質點延軸線方向發生位移的振動。

（2） 橫向振動橫向振動橫向振動橫向振動：

振動體上的質點在垂直於軸線方向發生位移的振動。

（3） 扭轉振動扭轉振動扭轉振動扭轉振動：

振動體上的質點作繞軸線方向發生位移（角位移）的

振動。

縱向振動和橫向振動又統稱為直線運動；扭轉振動又稱為角

振動。

（4） 搖擺振動搖擺振動搖擺振動搖擺振動：

振動體上的質點在平衡位置附近作弧線運動。

參考資料來源：

機械振動理論及應用 高等教育出版社 2009年 5月第一版

2-1

第第第第二二二二章章章章 研究方法研究方法研究方法研究方法

步驟 1. 將高速規接至車床 X軸向上，並接在上的 Ch1。

圖 2.1

圖 2.2

2-2

步驟 2. 夾持圓柱工件，使用量錶校正，或校正後偏心其尺寸。

步驟 3. 常壓電源鍵，將頻譜分析儀開機。

圖 2.3

2-3

步驟 4. 選擇畫面上的 FFT圖示，並按下儀器上的 OK鍵。

圖 2.4 圖 2.5

步驟 5. 按下儀器上的 2鍵，選擇自行需要的設定值。

圖 2.6

2-4

步驟 6. 選擇車床的轉速，並啟動車床。

圖 2.7

步驟 7. 按下儀器上的執行鍵。

圖 2.8

2-5

步驟 8. 再按下儀器上的執行鍵，就會停止量測，在螢幕上就

會出現該次的量測數據。

圖 2.9

步驟 9. 停下運轉中車床。

2-6

步驟 10. 按下儀器上的 1鍵，儲存數據。

圖 2.10

步驟 11. 若要繼續量測數據，重複步驟四。

步驟 10. 若完成量測，跳出程式，常壓開關，就能關閉儀器。

圖 2.11 圖 2.12

3-1

第第第第三三三三章章章章 研究結果研究結果研究結果研究結果

研究結果由車床主軸之高轉速中的十種不同的齒輪配合，分別

討論，並深入探討四種不同的轉速中有振動反應的因素。

3-2

量測以下十種不同的齒輪配合，將頻譜分析儀放置於車床的 X

軸向的位置量測：

圖 3.1

圖 3.2 示意圖

量測位置

尾座 車床夾頭

齒輪變速箱

頻譜分析儀

3-3

狀況（1）：車床馬達未啟動。

頻譜圖：

圖 3.3 時域圖

圖 3.4 頻譜圖

環境無異常振動訊號。

3-4

狀況（2）：車床馬達未啟動，並以橡膠軟槌敲擊車床機體。

圖 3.5 時域圖

圖 3.6 頻譜圖

上圖有振幅的頻率：

編號 頻率 振幅 編號 頻率 振幅

1 26.3 Hz 1.75 Gs

2 30.6 Hz 2.56 Gs

表 3.1

1

2

3-5

狀況（3）：車床馬達啟動，但只是空轉。

圖 3.7 示意圖

3-6

以上敘述之頻譜圖：

圖 3.8 時域圖

圖 3.9 頻譜圖

上圖有振幅的頻率：低於 2 Gs 省略不計

編號 頻率 振幅 編號 頻率 振幅

1 27.5 Hz 3.65 Gs 5 540 Hz 2.22 Gs

2 60.0 Hz 4.35 Gs 6 552.5 Hz 2.25 Gs

3 67.5 Hz 3.55 Gs 7 785 Hz 2.88 Gs

4 360 Hz 3.26 Gs

表 3.2

1

2

3

4

5

6

7

3-7

※ 狀況（1）到狀況（3）是每一個不同的轉速都會影響到他的

頻率的。

以下就開始討論每一個不同的轉速，並加以總結。

3-8

（一）探討主軸轉速 370 rpm的情況

狀況（4）：車床馬達啟動，且 15齒與 45齒之間齒輪有咬合，

但是 52齒與 36齒之間齒輪未咬合。

圖 3.10 示意圖

3-9

以上敘述頻譜圖：

圖 3.11 時域圖

圖 3.12 頻譜圖

3-10

圖 3.13 將頻譜圖放大至 0~1050 Hz

上圖有振幅的頻率：低於 2.5 Gs 省略不計

編號 頻率 振幅 編號 頻率 振幅

1 30 Hz 4.05 Gs 10 640 Hz 3.03 Gs

2 65 Hz 2.20 Gs 11 652.5 Hz 2.64 Gs

3 120 Hz 2.44 Gs 12 667.5 Hz 2.87 Gs

4 360 Hz 2.80 Gs 13 680 Hz 2.97 Gs

5 545 Hz 3.12 Gs 14 722.5 Hz 2.50 Gs

6 577.5 Hz 2.43 Gs 15 727.5 Hz 3.24 Gs

7 597.5 Hz 2.84 Gs 16 742.5 Hz 3.12 Gs

8 612.5 Hz 3.23 Gs 17 775 Hz 2.65 Gs

9 602.5 Hz 2.95 Gs

表 3.3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

3-11

狀況（5）：車床主軸運行轉速 370 rpm：

圖 3.14 示意圖

馬達→ 皮帶輪→15T→ 45T→52T→ 36T→主軸

1720 rpm

28.7 HZ

782 rpm

13.0 HZ

261 rpm

4.3 HZ

377 rpm

6.3 HZ

嚙合頻率： 195.5 HZ 225.7 HZ

表 3.4

軸 1

軸 2

軸 3

軸 4

嚙合 1 嚙合 2

3-12

普通高速車床在 370 rpm且未偏心下之頻譜圖： X軸向

圖 3.15 時域圖

圖 3.16 頻譜圖

3-13

圖 3.17 將頻譜圖放大至 0~280 Hz

編號 1 2 3

位置 軸 3 軸 4 軸 2

頻率 Hz 4.3 6.3 13.0

振幅 Gs 0.089 0.34 0.70

編號 4 5 6

位置 軸 1 嚙合 1 嚙合 2

頻率 Hz 28.7 195.5 225.7

振幅 Gs 4.17 0.40 0.68

表 3.5

1

2

3

4

5

6

3-14

探討主軸在 370 rpm下，所產生的頻譜圖：

從狀況（1）到狀況（5）做總結。

圖 5.17 中，沒有高頻在狀況（5）的 370 rpm頻率上，所以並

不會出現共振。

圖 5.17 中，30 Hz是最高頻的。

與狀況（4）所測出來的 30 Hz相符合，代表 30 Hz是由軸 3

所引起的。

圖 5.17 中，65 Hz是高頻的。

與狀況（4）所測出來的 65 Hz相符合，代表 65 Hz是由軸 3

所引起的。

圖 5.17 中，120 Hz是高頻的。

與狀況（4）所測出來的 120 Hz相符合，代表 120 Hz是由軸 3

所引起的。

3-15

（二）探討主軸轉速 700 rpm的情況

狀況（4）：車床馬達啟動，且 23齒與 37齒之間齒輪有咬合，

但是 52齒與 36齒之間齒輪未咬合。

圖 3.18 示意圖

3-16

以上敘述頻譜圖：

圖 3.19 時域圖

圖 3.20 頻譜圖

上圖有振幅的頻率：低於 2.5 Gs 省略不計

編號 頻率 振幅 編號 頻率 振幅

1 30 Hz 2.48 Gs 5 535 Hz 3.43 Gs

2 120 Hz 2.81 Gs 6 645 Hz 3.83 Gs

3 172.5 Hz 2.25 Gs 7 675 Hz 2.67 Gs

4 360 Hz 2.75 Gs 8 705 Hz 2.95 Gs

表 3.6

1 3

4

5

6

7

2 8

3-17

狀況（5）：車床主軸運行轉速 700 rpm：

圖 3.21 示意圖

馬達→ 皮帶輪→23T→ 37T→52T→ 36T→主軸

1720 rpm

28.7 HZ

782 rpm

13.0 HZ

486 rpm

8.1 HZ

702 rpm

11.7 HZ

嚙合頻率： 300.0 HZ 421.2 HZ

表 3.7

軸 1

軸 2

軸 3

軸 4

嚙合 1 嚙合 2

3-18

普通高速車床在 700 rpm且未偏心下之頻譜圖： X軸向

圖 3.22 時域圖

圖 3.23 頻譜圖

3-19

圖 3.24 將頻譜圖放大至 0~500 Hz

編號 1 2 3

位置 軸 3 軸 4 軸 2

頻率 Hz 8.1 11.7 13.0

振幅 Gs 0.53 0.43 0.44

編號 4 5 6

位置 軸 1 嚙合 1 嚙合 2

頻率 Hz 28.7 300.1 421.2

振幅 Gs 2.50 0.89 0.58

表 3.8

1

2

3

4

5

6

3-20

探討主軸在 700 rpm下，所產生的頻譜圖：

從狀況（1）到狀況（5）做總結。

圖 5.24 中，沒有高頻在狀況（5）的 700 rpm頻率上，所以並

不會出現共振。

圖 5.24 中，30 Hz是高頻的。

與狀況（4）所測出來的 30 Hz相符合，代表 30 Hz是由軸 3

所引起的。

3-21

（三）探討主軸轉速 1200 rpm的情況

狀況（4）：車床馬達啟動，且 31齒與 29齒之間齒輪有咬合，

但是 52齒與 36齒之間齒輪未咬合。

圖 3.25 示意圖

3-22

以上敘述頻譜圖：

圖 3.26 時域圖

圖 3.27 頻譜圖

上圖有振幅的頻率：低於 2.5 Gs 省略不計

編號 頻率 振幅 編號 頻率 振幅

1 30 Hz 5.34 Gs 5 537 Hz 2.90 Gs

2 67.5 Hz 2.58 Gs 6 675 Hz 2.72 Gs

3 120 Hz 3.23 Gs 7 732.5 Hz 2.8 Gs

4 360 Hz 3.26 Gs 8 927 Hz 4.37 Gs

表 3.9

1

2

3

4

5

6

7

8

3-23

狀況（5）：車床主軸運行轉速 1200 rpm：

圖 3.28 示意圖

馬達→ 皮帶輪→31T→ 29T→52T→ 36T→主軸

1720 rpm

28.7 HZ

782 rpm

13.0 HZ

836 rpm

13.9 HZ

1208 rpm

20.1 HZ

嚙合頻率： 403.9 HZ 724.4 HZ

表 3.10

軸 1

軸 2

軸 3

軸 4

嚙合 1 嚙合 2

3-24

普通高速車床在 1200 rpm且未偏心下之頻譜圖： X軸向

圖 3.29 時域圖

圖 3.30 頻譜圖

3-25

圖 3.31 將頻譜圖放大至 0~750 Hz

編號 1 2 3

位置 軸 2 軸 3 軸 4

頻率 Hz 13.0 13.9 20.1

振幅 Gs 0.38 0.37 6.47

編號 4 5 6

位置 軸 1 嚙合 1 嚙合 2

頻率 Hz 28.7 403.9 724.4

振幅 Gs 0.54 0.26 6.58

表 3.11

1

2

3

4

5

6

3-26

探討主軸在 1200 rpm下，所產生的頻譜圖：

從狀況（1）到狀況（5）做總結。

圖 5.31 中，沒有高頻在狀況（5）的 1200 rpm頻率上，所以

並不會出現共振。

圖 5.31 中，30 Hz是高頻的。

與狀況（4）所測出來的 30 Hz相符合，代表 30 Hz是由軸 3

所引起的。

圖 5.31 中，67.5 Hz是高頻的。

與狀況（3）所測出來的 67.5 Hz相符合，代表 67.5 Hz是由軸

2所引起的。

圖 5.31 中，120 Hz是高頻的。

與狀況（4）所測出來的 120 Hz相符合，代表 120 Hz是由軸 3

所引起的。

3-27

（四）探討主軸轉速 1800 rpm的情況

狀況（4）：車床馬達啟動，且 37齒與 23齒之間齒輪有咬合，

但是 52齒與 36齒之間齒輪未咬合。

圖 3.32 示意圖

3-28

以上敘述頻譜圖：

圖 3.33 時域圖

圖 3.34 頻譜圖

圖 3.35 將頻譜圖放大至 0~1100 Hz

1

2

3

4

5

6

7

8 10

12

11 9 13

14

15

16 18

20

17 19 21

3-29

上圖有振幅的頻率：低於 3 Gs 省略不計

編號 頻率 振幅 編號 頻率 振幅

1 25 Gs 6.68 Hz 12 735 Gs 3.00 Hz

2 360 Gs 3.17 Hz 13 757.5 Gs 3.05 Hz

3 570 Gs 3.52 Hz 14 900 Gs 7.02 Hz

4 577.5 Gs 4.21 Hz 15 947.5 Gs 9.99 Hz

5 615 Gs 5.44 Hz 16 960 Gs 4.43 Hz

6 640 Gs 3.39 Hz 17 975 Gs 3.27 Hz

7 682.5 Gs 3.96 Hz 18 980 Gs 3.26 Hz

8 697.5 Gs 4.72 Hz 19 990 Gs 3.16 Hz

9 707.5 Gs 4.40 Hz 20 1013 Gs 3.54 Hz

10 717 Gs 3.39 Hz 21 1038 Gs 3.14 Hz

11 727.5 Gs 3.90 Hz

表 3.12

3-30

狀況（5）：車床主軸運行轉速 1800 rpm：

圖 3.36 示意圖

馬達→ 皮帶輪→37T→ 23T→52T→ 36T→主軸

1720 rpm

28.7 HZ

782 rpm

13.0 HZ

1258 rpm

21.0 HZ

1817 rpm

30.3 HZ

嚙合頻率： 482.1 HZ 1090.4 HZ

表 3.13

軸 1

軸 2

軸 3

軸 4

嚙合 1

嚙合 2

3-31

普通高速車床在 1800 rpm且未偏心下之頻譜圖： X軸向

圖 3.37 時域圖

圖 3.38 頻譜圖

3-32

圖 3.39 將頻譜圖放大至 0~1100 Hz

編號 1 2 3

位置 軸 2 軸 3 軸 1

頻率 Hz 13.0 21.0 28.7

振幅 Gs 0.30 0.63 22.53

編號 4 5 6

位置 軸 4 嚙合 1 嚙合 2

頻率 Hz 30.3 482.1 1090.4

振幅 Gs 30.71 0.60 1.94

表 3.14

1

2

3

4

5

6

3-33

探討主軸在 1800 rpm下，所產生的頻譜圖：

從狀況（1）到狀況（5）做總結。

圖 5.39 中，沒有高頻在狀況（5）的 1800 rpm頻率上，所以

並不會出現共振。

圖 5.39 中，25 Hz是高頻的。

與狀況（4）所測出來的 25 Hz相符合，代表 25 Hz是由軸 3

所引起的。

圖 5.39 中，360 Hz是高頻的。

與狀況（4）所測出來的 360 Hz相符合，代表 360 Hz是由軸 3

所引起的。

4-1

第第第第四四四四章章章章 結果建議結果建議結果建議結果建議

1. 不要有東西放置車床上，如板手、量錶等。

這樣會造成更多的振動，所量測的頻譜分析儀就會量測出

其他的振動，會干涉本來的頻譜圖。

之前經驗不足時，曾經忘記收下車床上多餘的東西，幸虧

研究所的學長給予我們建議，不然差點就得到錯誤的頻譜圖。

2. 量測的線盡量不要晃動，並且小心線不要被捲進車床中。

線晃動會造成更多的振動，會干涉本來的頻譜圖。

3. 由於學校設備不足，可惜不能更深入的探討模態分析。

周老師曾言，學校設備沒有能探討模態分析的相關儀器，

覺得對這次專題相當可惜。

5-1

第第第第五五五五章章章章 參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻與致謝與致謝與致謝與致謝

（一）參考文獻出處：

1. G-TECH 頻譜分析簡介與振動及噪音的量測應用

工具機振動測試介紹.ppt 作者：Faby Fong

2. 機械振動概論與實務 五南圖書股份有限公司

2009 年 10 月初版

3. 機械振動理論及應用 高等教育出版社 2009 年 5 月初版

4. 科學發展 2007 年五月 第 413 期 第 46 頁至第 52 頁

一般報導：振動知多少？ 作者：王栢村

5-2

（二）致謝 ：

1. 謝謝周志忠老師帶領著我們專題一年，完成這份專題報告。

2. 謝謝研究所的陳華倫學長與廖炎卿學長指導我們頻譜分析

儀的操作。

3. 謝謝工具室李宏熙先生常為我們開車床工廠的大門、借工

具。