起动电机的工作原理与构造.ppt

起动电机的工作原理与构造 目录一 发动机的起动 31 1发动机的起动方式 4二 起动机 52 1起动机的功用 52 2起动机的组成 52 2 1起动机驱动齿轮啮合过程 92 2 2直流电动机 112 2 3起动机的传动机构 152 2 4起动机的操纵机构 26三 减速起动机和永磁起动机 293 1减速起动机 293 2永磁起动机 333 3永磁减速起动机 34四 起动机的常见故障分析 35 一 发动机的起动 使静止的发动机进入工作状态 必须先用外力转动发动机的曲轴 使活塞开始上下运动 汽缸内吸入可燃混合气 并使其压缩 点燃 膨胀做功 推动活塞运动带动曲轴旋转 发动机才能进入自动工作循环 发动机的曲轴在外力作用下开始转动到自动的怠速运转过程 称为发动机的起动过程 发动机起动时 必须克服汽缸内被压缩气体的阻力和发动机本身及其附件内相对运动的零件之间的摩擦阻力 克服这些阻力所需要的力矩称为起动转矩 保证发动机顺利起动所必须的曲轴转速成为起动转速 车用汽油发动机在0 20 时 最低起动转速一般为30 40r min 为了使发动机在更低温度下顺利起动 要求起动转速不低于50 70r min 起动转速过低时 压缩行程内的热量损失过多 进气气流的流速过低 导致汽缸内的混合气不易着火 1 1发动机的起动方式发动机常用的起动方式有人力起动 电力起动机起动和辅助汽油机起动等多种形式 人力起动即手摇起动或绳拉起动 其结构十分简单 主要用于大功率柴油机的辅助汽油机的起动 或在有些装用中 小功率汽油发动机的车辆上作为后备起动装置 辅助汽油机起动起动装置的体积大 结构复杂 主要用于大功率柴油发动机的起动 电力起动机起动以电动机作为动力源 当电动机上的驱动齿轮与发动机飞轮周缘上的环齿啮合时 电动机旋转时产生的电磁转矩 通过发动机的飞轮传递给发动机的曲轴 使发动机起动 二 起动机电力起动机简称起动机 用起动机起动发动机几乎是现代汽车起动的唯一方式 2 1 起动机的功用起动机的作用就是在正常使用条件下 将蓄电池储存的电能转变为机械能带动发动机以足够高的转速运转 以顺利起动发动机 为了保证起动机具有足够大的起动电流和必要的持续时间 要求蓄电池必须有足够的容量 且起动主电路的导线电阻和接触电阻要尽可能小 一般在0 01 左右 2 2 起动机的组成起动机一般由三大部分组成 直流电动机 传动机构和操纵机构 31100 75F60 起动机的组成1 直流电动机2 传动机构3 操纵机构 2 2 1起动机驱动齿轮啮合过程 此为起动机驱动齿轮啮合过程示意图 它由单向离合器 起动电动机 电磁开关 拨叉和发动机飞轮等组成 1 起动时 衔铁在电磁吸力的作用下左移 通过拨叉推动单向离合器右移 使单向离合器小齿轮与飞轮啮合 2 电动机的电枢转动 带动小齿轮转动 小齿轮带动飞轮转动 使发动机起动运转 发动机运转后 飞轮带动小齿轮转动 由于单向离合器的作用 小齿轮不能带动电枢转动 2 2 1 直流电动机直流电动机在低转速时扭矩大 转速高时扭矩逐渐变小 很适合做起动机之用 直流电动机在直流电压的作用下 产生旋转力矩 接通起动开关起动发动机时 电动机轴旋转 并通过驱动齿轮和飞轮的环齿驱动发动机曲轴旋转 使发动机起动 直流电动机按磁场产生方式分为永磁电动机和励磁电动机 励磁电动机又根据磁场绕组和电枢绕组连接方式不同分为串励电动机 并励电动机和复励电动机 其中 串励电动机在起动电机中应用最多 它由电枢 磁极铁心 换向器 机壳和端盖等组成 1 电枢是直流电动机的转子部分 用来在起动机通电时与磁场相互作用而产生电磁转矩 它由换向器 铁心 绕组和电枢轴组成 电枢铁心由外圆带槽的硅钢片叠成 压装在电枢轴上 电枢绕组一般都采用较粗的矩形截面的裸铜线绕制而成 且多采用波绕法 以便结构紧凑 并可通过较大的电流 获得较大的电磁力矩 当电枢绕组中有电流通过时 电枢导体的周围产生磁场 导体周围的磁场与磁极磁场相互作用 能产生使电枢轴旋转的力矩 称为电磁力矩或电磁转矩 电磁转矩的大小与流过电枢导体中的电流和磁极磁场的强度有关 2 磁极用来在起动机工作时建立磁场 它由磁极铁心和安装在铁心上的励磁绕组组成 当直流电压作用于励磁绕组的两端时 励磁绕组的周围产生磁场并使磁极铁心磁化 成为具有一定极性的磁场 车用起动机一般有两对4个磁极 励磁绕组的绕向使不同极性的磁极相间排列 3 换向器由电刷和安装在电枢轴上的整流子组成 用来接励磁绕组与电枢绕组的电路 并使处于同一级磁极下的电枢导体中通过的电流保持固定方向 2 2 2起动机的传动机构1 传动机构的作用起动机的传动机构安装在电动机电枢的延长轴上 用来在起动发动机时 将驱动齿轮与电枢轴联成一体 并使驱动齿轮沿电枢轴移出与飞轮环齿啮合 将起动机产生的电磁转矩传递给发动机的曲轴 使发动机起动 发动机起动后 飞轮的转速提高 它将带着驱动齿轮高速旋转 会使电枢轴因高速旋转而损坏 因此 在发动机起动后驱动齿轮的转速超过电枢轴的正常转速时 传动机构应使驱动齿轮与电枢轴自动脱开 防止电动机超速 为此 起动机的传动机构中必须具有超速保护装置 2 传动机构的类型车用起动机的传动机构也称为啮合机构 有如下类型 1 惯性啮合式传动机构在接通点火开关起动发动机时 驱动齿轮靠惯性力的作用沿电枢轴移出与飞轮啮合 使发动机起动 发动机起动后 飞轮转速提高超过电枢轴转速时 驱动齿轮靠惯性力的作用退回 脱离与飞轮的啮合防止电枢轴超速 2 强制啮合式传动机构接通起动开关起动发动机时 驱动齿轮靠机械机构的作用沿电枢轴移出 与飞轮环齿啮合 使发动机起动 发动机起动后 切断起动开关 外力的作用消除后 驱动齿轮在回位弹簧的作用下退回 脱离与飞轮环齿的啮合 3 电枢移动式啮合机构起动机不工作时 起动机的电枢与磁极错开 接通起动开关起动发动机时 在磁极磁力的作用下 整个电枢轴连同驱动齿轮移动与磁极对齐的同时 驱动齿轮与飞轮进入啮合 发动机起动后 切断起动开关磁极退磁 电枢轴连同驱动齿轮退回 脱离与飞轮的啮合 3 超速保护装置超速保护装置是起动机驱动齿轮与电枢轴之间的离合机构 也称为单向离合器 常用的单向离合器有滚柱式 弹簧式 摩擦片式等多种形式 1 滚柱式单向离合器 工作原理 1 当起动机电枢轴带动十字块套筒转动时 滚柱向楔形槽的窄槽部分移动 滚柱将十字块套筒与驱动齿轮及套筒挤紧 此时电动机电枢轴通过十字块套筒带动驱动齿轮转动 驱动齿轮带动飞轮转动 使发动机起动 2 发动机起动后 此时是飞轮带动起动机驱动齿轮转动 此时滚柱向楔形槽的宽槽部分移动 驱动齿轮不能带动起动机的电枢轴转动 该机构套装在起动机电枢上 驱动齿轮2的右端活套在花键套筒7左端的外圆面上 两个扇形块4装入齿2右端的相应缸口中并伸入花键套筒7左端的环槽内 这样 齿轮和花键套筒可一起作轴向移动 两者又可相对滑转 2 弹簧式单向离合器 工作原理 离合弹簧5 在自由状态下的内径小于齿2和套筒7相应外圆面的外径 在安装状态下 紧套在外面上 弹簧5与护套6之间有间隙 在起动时 起动机带动花键套筒旋转 有使弹簧5收缩的趋势 弹簧被紧紧箍在相应的外圆上 于上 起动机转轴矩靠弹簧与外面的摩擦传给驱动飞轮齿圈转动 发动机一起动 齿2有比套筒7快转的趋势 此时弹簧5胀开 齿轮2在套筒7上滑转 3 摩擦片式单向离合器 离合器的花键套筒通过四条内螺纹与电枢花键轴相连接 花键套筒又通过三条外螺纹与内接合鼓连接 主动摩擦片内齿卡在内接合鼓的切槽中 组成了离合器主动部分 外接合鼓和驱动齿轮是一个整体 带凹坑的从动摩擦片外齿卡在外接合鼓的切槽中 形成了离合器的从动部分 主 从动摩擦片交错安装 并通过特殊螺母 弹性圈和压环限位 在压环和摩擦片间装有调整垫片 工作过程 1 当起动机带动发动机曲轴旋转时 接合鼓沿花键套筒上的螺旋花键向飞轮方向旋进 将摩擦片压紧 把起动机转矩传给发动机 2 发动机起动后 当飞轮以较高转速带动驱动齿轮旋转时 内接合鼓沿螺旋花键退出 摩擦片打滑 使齿轮空转而电枢不跟着飞轮高速旋转 3 当电机超载时 弹性圈在压环凸缘的压力作用下弯曲变形 当弯曲到内接合鼓的左端顶住了弹性圈的中心部分时 即限制了内接合鼓继续向左移动 离合器便开始打滑 从而避免因负荷过大烧坏电动机的危险 2 2 3起动机的操纵机构 起动机的操纵机构也称为控制机构 它的作用是控制起动机主电路的通 断和驱动齿轮的移出与退回 起动机的控制机构分为直接操纵式和电磁操纵式两种形式 直接操纵式机构由驾驶员通过起动踏板和杠杆机构 直接操纵起动开关 接通起动机的主电路 并通过起动机内的传动叉将驱动齿轮推出 与飞轮环齿啮合 发动机起动后 松开起动踏板 起动机断电 驱动齿轮在回位弹簧的作用下退回 与飞轮环齿脱离啮合 电磁操纵式机构由驾驶员操纵起动开关 通过控制起动机电磁开关的电路 控制起动机主电路的通断 在起动机主电路接通的同时 起动机内的传动叉将驱动齿轮推出与飞轮啮合 发动机起动后 切断起动开关 电磁开关断电 起动机停止工作 与此同时在回位弹簧的作用下驱动齿轮回位 与飞轮环齿脱离啮合 起动发动机时 开关接通 吸拉线圈与保持线圈的电磁力方向相同 互相叠加 使活动铁心很容易克服回位弹簧的弹力而左行 一方面带动拨叉将单向离合器推出 使驱动齿轮与飞轮齿圈可靠啮合 另一方面通过推杆接触盘与接线柱接触 接通主开关 主开关接通后 吸拉线圈被短路 电磁开关的工作位置靠保持线圈的吸力来维持 同时蓄电池经过主开关给电动机的励磁绕组和电枢绕组提供大的起动电流 使电枢轴产生足够的电磁力矩 带动曲轴旋转而起动发动机 发动机起动后 在松开起动按钮的瞬间 吸拉线圈与保持线圈是串联关系 两线圈所产生的磁通方向相反 互相抵消 于是活动铁心在回位弹簧的作用下迅速回位 驱使驱动齿轮退出啮合 接触盘脱离接触 主开关断开 切断起动机的主电路 起动机停止运转 三 减速起动机和永磁起动机 3 1 减速起动机在起动机的电枢轴与驱动齿轮之间装有起动减速器的起动机 称为减速起动机 串励式直流电动机的功率与电动机的转矩和转速成正比 P M n 可见当提高电动机转速的同时降低其转矩时 可以保持起动机功率不变 还可以使起动机的体积和重量大大减小 但是 起动机的转矩降低 不能满足起动发动机的要求 为此 在起动机中采用高速低转矩的直流电动机时 在电动机的电枢轴和驱动齿轮之间安装起动减速器 可以在降低电动机转速的同时提高其转矩 减速起动机的齿轮减速器有外啮合式 内啮合式 行星齿轮式等不同形式 减速起动机的传动方式a 外啮合式 b 内啮合式c 行星齿轮式1电动机 2齿轮减速器 3驱动齿轮外啮合式减速起动机其减速机构在电枢轴和起动机驱动齿轮之间利用惰轮作中间传动 且电磁开关铁心与驱动齿轮同轴心 直接推动驱动齿轮进入啮合 无须拨叉 因此起动机的外形与普通起动机有较大区别 但有些中 间不加惰轮 驱动齿轮必须通过拨叉拨动才能进行啮合 外啮合式传动中心距较大 受起动机构的限制 减速比不能太大 一般不大于5 内啮合式减速起动机其减速机构传动中心距小 可有较大的减速比 适用于较大功率的起动机 但减速机构噪声较大 驱动齿轮仍需拨叉拨动进行啮合 行星齿轮式减速起动机减速机构紧凑 传动比大 效率高 由于输出轴与电枢轴同轴线 同旋向 电枢轴无径向载荷 振动小 因而整机尺寸减小 另外 行星齿轮式减速起动机还具有以下优点 1 载荷平均分配在三个行星齿轮上 可以采用塑料内齿圈和粉末冶金的行星齿轮 使质量减轻 噪声降低 2 尽管增加行星齿轮减速机构 但起动机的轴向其他结构与普通起动机相同 所以配件可以通用 3 2永磁起动机 以永磁材料为磁极的起动机 称为永磁起动机 它采用永磁材料作为起动机的磁极 取消了传统起动机中的励磁绕组和磁极铁心 使起动机的结构简化 体积和重量大大减小 可靠性提高 并节省了金属材料 3 3永磁减速起动机 采用高速低转矩的永磁电动机 并在驱动齿轮与电枢轴之间安装齿轮减速器的起动机 称为永磁减速起动机 永磁减速起动机的体积和重量可以进一步减小 目前已得到广泛应用 四 起动机的常见故障分析 了解 起动机是短时间断续工作的电器设备 且工作电流很大 每次连续工作不能超过5秒 重复起动时应停歇2分钟 冬季和低温地区冷车启动时 应先使发动机预热后再使用起动机 起动机在连续几次起动不着时 不可继续启动 这时应对起动机 蓄电池以及连接线分别进行检查 找出其故障并予以排除 然后方可继续使用起动机 起动机的常见故障大致有如下几种 1 起动机不运转 1 故障现象将点火钥匙旋至点火开关启动位置时 起动机不运转 2 故障原因a 蓄电池亏电 或连接导线断路 接头松脱 b 起动继电器触点严重烧蚀或其线圈断路 c 起动机电磁开关的触点严重烧蚀或其吸拉线圈断路 d 起动机直流电动机内部绕组断路或短路 e 起动机电枢轴弯曲 轴与轴承间隙过紧 f 换向器严重烧蚀 电刷磨损过多 电刷在刷架内卡住或压刷弹簧过软 3 故障诊断按下起动机开关起动机不转时 开大灯或按喇叭 检查电路是否有电 若大灯不亮 喇叭不响 则应检查蓄电池及导线是否无电或断路 若大灯亮 喇叭响 说明蓄电池有电 这时可用螺丝刀将起动机开关两接柱搭接 若起动机空转 则系起动机开关有问题 如果起动机不转 并伴有强烈火花 则系起动机内部有短路或搭铁处 如果既不转动 也无火花 则说明起动机内部有断路处 对于电磁操纵式起动机 若点火开关旋至起动位置 起动机不转并且听不到活动铁芯移动的声音 此时应首先检查起动继电器 看继电器几个接柱上的导线是否完好和牢固 然后用 试灯 或 划火 方法检查继电器与蓄电池接线柱是否有电 若无电 则系接至该接线柱上的常通导线断路 如果有电 用螺丝刀把蓄电池接线柱与起动机接线柱短接 如果起动机或电磁开关立即工作 则系继电器的电路有故障 但不能接通起动机电磁开关线圈的电路 因此 应进一步检查 把点火开关旋至起动位置 检查继电器的点火接线柱是否有电 如果无电 则说明该接线柱至点火开关的导线断路 接触不良 或点火开关的起动档不通 若有电 用螺丝刀将继电器的电枢接线柱与机壳连接搭铁 如果继电器仍无反应 系内部线圈断路 短路 接触不良 若继电器 嗒 地一声微响 触点闭合 起动机接线柱通电 系继电器线圈搭铁不良 回路不通 如继电器的电枢接线柱至直流发电机电枢的导线断路 接触不良 整流子太脏等 短接继电器的蓄电池接线柱和起动机接线柱后 如果起动机仍不工作 应对电磁开关连接线进行检查 如果在点火开关旋至超动位置时 起动继电器 嗒 地一声微响 触点闭合并接通起动机接线柱电路 说明继电器电路正常 检查电磁开关时 用一根导线的一端接起动机开关的电池接线柱 另一端接电磁开关的线圈接柱 如果这时起动机工作 说明电磁开关和起动机电路良好 继电器至电磁开关的电路不通 如仍无反应 可用螺丝刀接通起动机主电路 若起动机工作 说明起动机内部电路正常 故障是电磁开关线圈断路 接触不良或活动铁芯卡滞不能移动 应进一步检修或更换开关 若起动机仍不动 说明起动机内部断路 起动机内部断路后 吸拉线圈的回路不通 不产生磁力 吸不动活动铁芯 故电磁开关不工作 应对起动机解体修理 2 起动机运转无力 1 故障现象将点火钥匙旋至点火开关起动位置时 起动机能起动 但转动缓慢无力 带不动发动机 2 故障原因a 蓄电池存电不足或起动电路导线接头松动而接触不良 b 电刷与换向器接触不良 电动机绕组局部短路 c 电动机轴转动不灵活或发动机装配过紧而使转动阻力过大 3 故障诊断在使用中起动机出现无力时 首先检查蓄电池是否充足电 其次检查线路中有无接触不良部位 如果上述均无问题 则系起动机本身的问题 在起动前开大灯 当起动时大灯灯光骤然变暗 则系蓄电池亏电 检验时 用试灯直接搭在蓄电池正 负两极柱上 再次起动 如果此时试灯亮度骤然变暗 则系蓄电池亏电 电路接触不良 一般是由于接触点与连接点松动或锈蚀造成的 使电路之间产生较大的接触电阻 起动时起动电流通过接触电阻产生较大的电压使实际加在起动机上的电压远远低于额定值 导致起动机转速低 运转无力 可用测量电压的方法进行判断 在起动时测量一下起动机主开关电源接柱与发动机壳体间的电压 再测一下蓄电池正 负两极的端电压 正常时两者应相等 如果第二次测量时前者比后者低很多 说明电路中存在较大的接触电阻 假如你身边无电压表也可用试灯如上进行两次检查 正常时试灯亮度应无变化 一般发生此故障是在搭铁支路上 为使电路工作可靠 最好将蓄电池搭铁线直接接在发动机壳体上 其次在蓄电池极柱上形成的结晶物也会使极柱与导线间产生较大的接触电阻 起动时测量起动机主开关电源接柱与发动机壳体间的电压 如果电压在10V左右 起动机转速低 运转无力 则表明起动机内部有故障 3 起动机空转 1 故障现象接通点火开关后 起动机只是高速空转 而不能带动发动机运转 2 故障原因a 单向离合器打滑或损坏 b 拨叉变形或拨叉联动机构松脱 c 起动机驱动齿轮与发动机齿环行程调整不当 或驱动轮不能自由滑动 3 故障诊断起动机空转时转速很高 可听到 嗡嗡 的高速旋转声 一般为单向离合器打滑或损坏 可先用手正反向转动驱动齿轮 若均能转动 则证明是离合器失效 为了进一步确认 可检查单向离合器的锁止力矩 滚柱式单向离合器打滑 多因楔形槽和滚柱磨损过多而引起 弹簧式单向离合器打滑 多因弹簧折断或弹簧首未圈的紧缩量消除而引起 摩擦片式单向离合器打滑 常由下述原因引起 外接合鼓定位卡簧脱落 使摩擦片与结合鼓脱开 花键套前端的特殊螺母松动 弹簧圈破裂 从动片表面磨损 减小了与主动片结合的摩擦力 飞轮将变速器或曲轴箱窜人的机油甩人摩擦片间等 若起动时伴有撞击声 应检查拨叉的联动机构是否松脱 起动机固定螺丝是否松动 驱动齿轮的行程是否合适 4 起动机运转不停 1 故障现象当发动机启动后 将点火开关关断 起动机仍然不能停止运转 并发出尖叫声 2 故障原因a 单向离合器卡死 b 起动机驱动齿轮缓