En maquinaria rotativa con un rotor ensamblado de múltiples etapas, como se encuentra en los motores aéreos, cualquier desequilibrio presente sufrirá cambios desconocidos en cada etapa al rotar las fases del ensamblaje del rotor. A menudo se requieren desmontajes y ajustes repetidos para cumplir con las especificaciones de desequilibrio residual del rotor. Por lo tanto, desarrollar un modelo de predicción de este desequilibrio bidireccional para un rotor ensamblado de múltiples etapas es crucial para mejorar la tasa de aprobación en el primer ensamblaje y la eficiencia del ensamblaje. En este artículo, proponemos un modelo de predicción del desequilibrio bidireccional observado en el rotor ensamblado de múltiples etapas de un motor aéreo. En primer lugar, se propuso un método para unificar los parámetros de características de masa de cada etapa del rotor en un sistema de coordenadas de medición geométrica, logrando la transmisión sincrónica de parámetros geométricos y de características de masa durante el proceso de ensamblaje del rotor de múltiples etapas. A partir de esto, se estableció una ecuación de parámetros lineales del eje de rotación real del rotor de múltiples etapas. Basándose en este eje, se calcularon los errores de excentricidad de masa del rotor en cada etapa, lo que permite la predicción precisa del desequilibrio bidireccional y su fase de acción en un rotor de múltiples etapas. Los resultados experimentales indican que los errores de predicción máximos del desequilibrio bidireccional y su fase de acción para un rotor de cuatro etapas son del 9.6% y 2.5%, respectivamente, al utilizar este modelo, lo que representa una reducción del 53.0% y 38.1% en comparación con el modelo existente.