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伺服电机系统常见故障及维修方法有哪些?

作者:Admin 日期:2025-04-10 点击:22
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  伺服电机系统是电机本体、伺服驱动器、反馈装置(如编码器、光栅尺) 及外部控制信号的协同系统,故障往往不是单一部件问题,而是 “信号 - 驱动 - 执行 - 反馈” 链路的异常。以下按故障现象分类,拆解常见问题、核心原因及可落地的维修 / 排查方法,同时标注 “用户可自行处理” 与 “需专业维修” 的边界,避免二次损坏。

  一、核心前提:维修前的安全准备

  所有维修操作前必须遵守以下安全规范,避免触电或设备损坏:

  断电放电:断开伺服系统总电源(包括驱动器电源、控制回路电源),等待 5 分钟以上(驱动器电容需放电,避免残留高压触电);

  工具适配:使用绝缘手柄的螺丝刀、万用表(量程匹配,如测绝缘用 500V 兆欧表)、示波器(检测编码器信号),禁止用手直接触摸接线端子;

  记录状态:维修前记录驱动器报警代码、电机运行参数(如转速、电流),方便后续溯源;

  负载脱离:若怀疑机械故障(如卡死),先断开电机与负载的连接(如拆联轴器),单独测试电机,排除负载影响。

  二、常见故障分类及维修方法

  类别 1:电机不转(无输出转矩,驱动器无报警或报 “无使能”)

  核心场景:启动控制信号后,电机无任何动作,驱动器无报错,或显示 “使能信号丢失”。

  1. 控制信号缺失(使能 / 指令信号未到)

  - 检查外部控制器(如 PLC、数控系统)到驱动器的 “使能信号(EN)”“运行指令(CW/CCW)” 接线:用万用表测端子电压(如 DC24V 系统,使能端子应有 24V 电压,无电压则查控制器输出或接线断线);- 检查控制信号线缆是否破损(如被老鼠咬断、弯折过度),更换屏蔽线(减少干扰)。

  2. 驱动器未进入 “运行模式”

  - 查看驱动器面板:确认模式是否为 “位置模式 / 速度模式”(而非 “参数设置模式” 或 “停止模式”),按驱动器手册切换模式(如按 “MODE” 键选择 “RUN”);- 检查 “急停信号” 是否触发:急停按钮按下会切断使能,需复位急停(旋转或按下释放),并检查急停回路接线是否通断。

  3. 电机绕组开路(线圈断线)

  - 断电后,拆去电机电源线,用万用表 “电阻档(Ω 档)” 测电机三相绕组(U、V、W 端子)的电阻:- 正常:三相电阻值应相等(误差≤5%,如 1.5kW 电机约 2-5Ω);- 异常:某一相电阻无穷大(开路),需拆解电机检查绕组是否断线(如漆包线接头脱落、过热烧断)。

  4. 机械卡死(负载或电机轴承卡死)

  - 断开电机与负载的联轴器,用手转动电机轴:- 正常:转动顺畅,无卡顿、异响;- 异常:无法转动或阻力极大,可能是轴承卡死(需更换轴承)、转子与定子摩擦(扫膛,多因轴承磨损导致转子偏心)。

  类别 2:电机异响 / 振动(运行时噪音大、机身抖动)

  核心场景:电机转动时伴随 “嗡嗡声”“摩擦声”“高频尖叫声”,或机身振动幅度超过 0.05mm(用测振仪检测),可能导致精度下降、轴承加速磨损。

  1. 电机与负载 “同轴度偏差过大”

  - 检查联轴器:用百分表测电机轴与负载轴的 “径向跳动”(转动轴时,百分表读数差应≤0.05mm)和 “端面跳动”(≤0.02mm);- 维修:松开电机固定螺栓,调整电机位置,重新校准同轴度(可使用激光对中仪,或用百分表手动校准),拧紧螺栓后再次检测。

  2. 轴承磨损 / 润滑失效

  - 听声音:若异响来自电机尾部(轴承端),且转动轴时有 “沙沙声”“卡顿”,多为轴承问题;- 维修:1. 拆电机端盖(注意标记定子与转子位置,避免重装时错位);2. 取出旧轴承(用拉马工具,禁止硬敲),清理轴承室油污;3. 更换同型号轴承(如 6205ZZ,注意密封类型),涂抹高温锂基润滑脂(填充量为轴承内部空间的 1/3-1/2);4. 重装端盖,确保轴转动顺畅。

  3. 编码器松动 / 污染

  - 若振动伴随 “转速波动”,检查电机尾部编码器:- 目视:编码器外壳是否松动(螺丝是否脱落),玻璃光栅盘是否有灰尘、油污(用无尘布蘸酒精轻轻擦拭,禁止用硬纸刮);- 检测:用示波器测编码器 A、B 相信号(应是稳定的方波,无杂波),若信号断断续续,需重新固定编码器或更换。

  4. 电源谐波干扰(驱动器输出不平滑)

  - 若异响随负载增大而加剧,且驱动器无报警,检查电网:- 用万用表测输入电源电压(三相 380V 系统,偏差应≤±5%);- 用示波器测驱动器输出端电压波形(正常为正弦波,若有明显毛刺,需在驱动器输入端加装 “电抗器” 或 “滤波器”,减少电网谐波)。

  类别 3:电机精度异常(位置偏差、丢步、转速不稳)

  核心场景:指令要求电机运行到指定位置 / 转速,但实际位置偏差超差(如指令走 100mm,实际走 98mm)、转速忽快忽慢,或驱动器报 “位置偏差过大”“反馈异常”。

  1. 编码器故障(反馈信号丢失 / 偏差)

  1. 查接线:编码器线缆(如差分信号 A+/A-/B+/B-/Z+Z-)是否松动、接反(如 A + 与 A - 接反,会导致方向错误或丢步),重新插拔并拧紧端子;2. 清污染:拆编码器外壳,用无尘布蘸无水酒精擦拭光栅盘(禁止用手摸,避免指纹污染),检查光栅是否有划痕(有划痕需更换编码器);3. 校零点:若 Z 相(零点信号)丢失,需重新校准电机零点(按驱动器手册,执行 “原点回归” 操作,如通过外部接近开关或编码器 Z 相定位);4. 测信号:用示波器测 A、B 相波形(频率应随转速变化,相位差 90°),若无信号,需更换编码器(注意编码器型号与电机匹配,如 17 位绝对值编码器)。

  2. 驱动器参数设置错误(增益不当)

  - 若电机启动时 “过冲”(超过目标位置后回调)或 “响应慢”(位置偏差累积),多为 “位置环增益”“速度环增益” 设置不当:- 进入驱动器参数界面(如通过面板或软件,如三菱的 MR Configurator),适当增大 “位置环比例增益(Pn201)”(减少位置偏差),若出现振动则减小 “积分增益(Pn202)”;- 参考驱动器手册的 “参数推荐值”(按电机功率、负载惯性匹配,如负载惯性大则降低增益),避免盲目调参。

  3. 负载惯性过大(超过电机承受能力)

  - 电机带不动负载时,会出现 “丢步”(位置偏差),排查:- 计算负载惯性:负载惯性(如滚珠丝杠、齿轮箱)应≤电机转子惯性的 10 倍(部分高惯量电机可到 20 倍),若超标,需加装 “减速箱”(增大转矩,降低负载惯性比)或更换更大惯量的电机;- 测试:断开负载,单独运行电机,若精度恢复正常,说明负载是问题根源。

  4. 控制信号干扰(脉冲信号丢失)

  - 若使用 “脉冲 + 方向” 控制(如步进伺服混合系统),脉冲信号被干扰会导致丢步:- 检查控制线缆:使用双绞屏蔽线(屏蔽层单端接地,接控制柜接地排),避免与动力线(电机电源线)平行敷设(间距≥30cm);- 增加抗干扰措施:在脉冲信号线两端加装 “终端电阻”(如 120Ω,匹配线缆阻抗),或在驱动器脉冲输入端并联 “电容(0.1μF)”(滤除高频杂波)。

  三、故障排查通用流程(避免盲目操作)

  记录报警信息:拍下驱动器报警代码、电机状态(如是否发热、异响);

  断电安全检查:断开电源,放电后检查外部接线(电源、控制信号、编码器);

  隔离负载测试:断开电机与负载的连接,单独运行电机,判断故障在 “电机系统” 还是 “负载”;

  驱动器报警溯源:根据报警代码查手册,优先排查代码指向的部件(如 ALM30 先查编码器);

  机械→电气→反馈的顺序:先查机械(卡死、同轴度),再查电气(电源、绕组),最后查反馈(编码器);

  维修后试运转:维修完成后,先低速空载运行(10% 额定转速),观察是否有异响、报警,再逐步加载测试精度。

  四、预防故障的关键:定期维护(减少 90% 的突发故障)

  每月检查:

  电机:听运行噪音(无异常摩擦声),测外壳温度(≤80℃);

  接线:紧固电源、编码器端子(防止松动氧化);

  驱动器:清洁散热风扇灰尘(用压缩空气吹)。

  每 6 个月维护:

  轴承:补充高温锂基润滑脂(如壳牌 Alvania RL3.仅适用于带注油孔的电机);

  编码器:擦拭光栅盘灰尘(无尘布蘸酒精),检查外壳密封性。

  每年检测:

  绕组绝缘:用 500V 兆欧表测绕组对壳绝缘电阻(≥1MΩ);

  驱动器参数:备份参数(防止参数丢失),检查保护参数(过流、过热阈值)是否正常。

  通过以上方法,可快速定位 80% 以上的伺服系统故障,同时通过定期维护延长系统寿命。若故障涉及核心部件(如驱动器模块、绕组重绕),建议联系电机 / 驱动器厂家售后,避免自行拆解导致保修失效或安全风险。