伺服电机的动平衡测试是保障其高精度、高稳定性运行的核心工艺之一，旨在通过检测和修正转子的质量偏心，减少旋转过程中产生的不平衡离心力，从而降低振动、噪声，延长轴承寿命，并避免因振动导致的控制精度偏差。以下从测试原理、核心作用、测试标准、测试流程及关键注意事项五个维度，全面解析伺服电机动平衡测试。

一、测试核心原理：离心力与不平衡量的关联

伺服电机转子（含转轴、铁芯、永磁体等）若存在质量分布不均（如铁芯叠压偏差、永磁体粘贴不对称、转轴加工误差等），旋转时会产生与转速平方成正比的不平衡离心力（公式：\(F = m\omega^2r\)，其中m为偏心质量，\(\omega\)为角速度，r为偏心距）。

动平衡测试的本质是：

检测：通过传感器（振动传感器、相位传感器）采集转子旋转时的振动信号和相位信号，计算出转子的不平衡量大小（单位：g・mm，即 “克毫米”，表示偏心质量与偏心距的乘积）和不平衡相位（即偏心质量的角度位置）。

修正：根据检测结果，通过 “去重”（如铣削、钻孔）或 “加重”（如粘贴平衡块、点焊配重）的方式，抵消偏心质量，使转子质量分布趋于均匀，最终将不平衡量控制在允许范围内。

二、动平衡测试的核心作用

伺服电机对转速（通常数千至数万 rpm）和控制精度（如定位误差、重复定位误差）要求极高，不平衡量带来的影响远大于普通异步电机，因此测试的必要性尤为突出：

降低振动与噪声：不平衡离心力会导致电机机壳、端盖振动，并传递至设备机架，引发共振；同时振动会产生高频噪声，影响设备运行环境。

保护关键部件：持续的振动会加剧轴承磨损、导致转轴弯曲变形，甚至引发绕组绝缘层疲劳破损，显著缩短电机寿命（统计显示，约 60% 的电机故障与转子不平衡相关）。

保障控制精度：伺服系统依赖 “指令 - 反馈” 闭环控制，振动会干扰编码器的位置 / 速度反馈信号，导致定位偏差、转速波动，无法满足精密设备（如 CNC 机床、机器人、半导体光刻机）的需求。

提升能效：不平衡离心力会增加电机的附加负载，导致无用功消耗增加，降低电机运行效率。

三、关键测试标准与等级

伺服电机的动平衡测试需遵循国际或行业标准，核心依据是ISO 1940-1《旋转机械的平衡精度》，该标准将平衡等级分为多个级别（用 “G” 表示，如 G0.4、G1、G2.5 等），级别数值越小，平衡精度越高。

伺服电机常用平衡等级与适用场景

平衡等级

适用场景（伺服电机）

允许不平衡量参考（以 1000rpm 为例）

核心要求

注：允许不平衡量需结合电机转子质量和转速计算，公式为：\(U = \frac{63025 \times G}{n}\)，其中U为允许不平衡量（g・mm），G为平衡等级（mm/s），n为电机额定转速（rpm）。

四、完整测试流程（以 “双面动平衡” 为例）

伺服电机动平衡测试通常在专用动平衡机（如硬支承动平衡机、软支承动平衡机）上完成，流程可分为 4 个阶段：

1. 前期准备：确保测试条件合规

转子清洁：去除转子表面的油污、铁屑、灰尘，避免杂质干扰质量检测。

工装安装：将转子通过专用夹具（如三爪卡盘、顶针）固定在动平衡机的主轴上，确保夹具与转子同轴度误差≤0.01mm（避免 “假不平衡” 信号）。

传感器校准：对振动传感器（通常为压电式加速度传感器）和相位传感器（光电式，检测转子基准相位）进行零点校准，确保信号采集精度。

参数设置：在动平衡机控制系统中输入转子参数 —— 转子质量（kg）、两校正平面（即 “双面”，通常为转子两端）的距离、校正平面直径（用于计算去重 / 加重位置）、目标平衡等级（如 G1）。

2. 初测：获取原始不平衡数据

启动动平衡机，使转子按设定转速（通常为电机额定转速的 80%-）稳定旋转。

传感器采集两校正平面的振动信号（振幅、频率）和相位信号，控制系统通过算法计算出：

• 平面 1（近端）：原始不平衡量\(U_1\)（如 15 g・mm）、不平衡相位\(\theta_1\)（如 30°）；

• 平面 2（远端）：原始不平衡量\(U_2\)（如 12 g・mm）、不平衡相位\(\theta_2\)（如 200°）。

停机后，系统会在显示屏上标注两平面的不平衡位置（相位角度）和需修正的质量（去重 / 加重值）。

3. 修正：去除或添加质量以抵消不平衡

根据初测结果，选择 “去重” 或 “加重” 方式修正（伺服电机转子多采用去重，避免加重块脱落风险）：

去重修正（常用）：

1. 按系统标注的相位角度，在转子对应位置（如铁芯端面、转轴台阶）用专用铣刀或钻孔机去除少量金属（去重质量 = 初测不平衡量 ÷ 校正半径，需确保去重深度不破坏转子结构，如不穿透铁芯、不伤及绕组）。

2. 去重后清理碎屑，避免残留杂质影响二次测试。

加重修正（特殊场景）：若转子材质不适合去重（如薄壁转子），可在对应相位粘贴专用平衡块（材质多为铜、不锈钢，质量精度≤0.1g），并通过点焊或高强度胶水固定（需确保高温、高速下不脱落）。

4. 复检：验证平衡精度是否达标

再次启动动平衡机，检测修正后的不平衡量。

若两平面的不平衡量均≤目标等级对应的允许值（如 G1 等级下，1000rpm 转子允许不平衡量≤6.3 g・mm），则测试合格；若未达标，需重复 “初测 - 修正” 流程（通常 1-2 次即可达标）。

合格后，记录测试数据（不平衡量、相位、转速、日期），形成动平衡测试报告，作为电机出厂或维修的质量依据。

五、关键注意事项

区分 “静平衡” 与 “动平衡”：

• 静平衡仅适用于直径大、长度短的转子（如薄圆盘），检测转子在静止时的质量偏心；

• 伺服电机转子多为 “长径比＞0.5” 的细长结构（如转轴 + 长铁芯），需进行动平衡（同时修正 “静不平衡” 和 “偶不平衡”，偶不平衡由两端质量偏心不在同一平面导致），仅做静平衡无法解决旋转时的振动问题。

避免 “过修正”：

• 修正时需严格按计算值控制去重 / 加重质量，过度修正会导致新的不平衡（如去重过多形成反向偏心），反而增加测试次数。

考虑实际安装工况：

• 动平衡测试在 “空载转子” 状态下进行，实际电机装配时（如安装编码器、联轴器、负载）可能引入新的不平衡量，因此部分高精度场景（如主轴电机）需进行 “整机动平衡” 或 “现场动平衡”（在设备安装后测试）。

定期校准测试设备：

• 动平衡机的主轴精度、传感器灵敏度会随使用时间下降，需每季度（或每测试 1000 次）按 ISO 标准进行校准，确保测试数据可靠。

综上，伺服电机动平衡测试是其 “高精度基因” 的关键保障，需结合电机的精度需求选择合适的平衡等级，严格遵循标准化流程，并关注实际工况下的平衡稳定性，才能****化伺服电机的性能与寿命。

王工（13137008229）