第2章 起动系统

1、第2章起动系统本章主要内容n起动机的种类、基本组成起动机的种类、基本组成n起动机的构造、工作原理及工作特性起动机的构造、工作原理及工作特性n起动机的使用与故障诊断起动机的使用与故障诊断2.1 概 述起动系构成起动系构成起动机的功用起动机的功用发动机起动原理发动机起动原理起动机的分类起动机的分类起动机的型号起动机的型号2.1.1 起动系统的基本组成现代汽车发动现代汽车发动机以电动机作机以电动机作为起动动力。为起动动力。发动机起动系发动机起动系的作用就是通的作用就是通过起动机将蓄过起动机将蓄电池的电能转电池的电能转换成机械运动换成机械运动来起动发动机。来起动发动机。发动机起动系发动机起动系的基本组

2、成如的基本组成如图图2-12-1所示。所示。2.1.1 起动系统的基本组成 1 1起动机起动机 起动机的作用是将蓄电池的电能转变成机械运动，驱动起动机的作用是将蓄电池的电能转变成机械运动，驱动发动机，使发动机起动工作。发动机，使发动机起动工作。起动机由三部分组成起动机由三部分组成: : 直流串励式电动机直流串励式电动机。用于将蓄电池输入的电能转换为。用于将蓄电池输入的电能转换为机械运动。机械运动。 传动机构传动机构。用于将电动机的动力传递给发动机飞轮，。用于将电动机的动力传递给发动机飞轮，而当发动机起动后则断开发动机向起动机的逆向动力传递。而当发动机起动后则断开发动机向起动机的逆向动力传递。

3、电磁开关电磁开关。是现在汽车上普遍使用的起动机控制装置，。是现在汽车上普遍使用的起动机控制装置，其作用是控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离以其作用是控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离以及电动机电路的通断；对于某些汽油发动机，控制装置还兼及电动机电路的通断；对于某些汽油发动机，控制装置还兼有在起动时短路点火线圈附加电阻的作用。有在起动时短路点火线圈附加电阻的作用。2.1.1 起动系统的基本组成2 2起动开关与起动继电器起动开关与起动继电器 (1) (1) 起动开关起动开关 起动开关的作用是接通起动机电磁开关电路，以使电磁开起动开关的作用是接通起动机电磁开关电路，以使电磁开关通电工

4、作。汽油发动机的起动开关与点火开关组合在一起。关通电工作。汽油发动机的起动开关与点火开关组合在一起。 (2) (2) 起动继电器起动继电器 由于起动机电磁开关的电流较大由于起动机电磁开关的电流较大( (一般为一般为353540A)40A)，直接，直接由起动开关控制，起动开关会因通过的电流过大而容易烧坏。由起动开关控制，起动开关会因通过的电流过大而容易烧坏。因此，一些汽车的起动机控制电路中装有起动继电器，由起动因此，一些汽车的起动机控制电路中装有起动继电器，由起动继电器触点的开闭控制起动机电磁开关电路的通断，起动开关继电器触点的开闭控制起动机电磁开关电路的通断，起动开关只是控制起动继电器线圈电路

5、的通断，因而减小了通过起动开只是控制起动继电器线圈电路的通断，因而减小了通过起动开关的电流。关的电流。2.1.2 起动机的种类分类方式分类方式l按电动机磁场产生的方式按电动机磁场产生的方式l按起动时起动机的操纵方式按起动时起动机的操纵方式 l按驱动齿轮啮人方式按驱动齿轮啮人方式l按传动机构结构按传动机构结构2.1.2 起动机的种类1 1按电动机磁场产生的方式按电动机磁场产生的方式 (1) (1) 励磁式起动机励磁式起动机 通过向磁场绕组通人电流的方式产生磁场。通过向磁场绕组通人电流的方式产生磁场。一直以来，汽车上的起动机普遍都采用直流串激一直以来，汽车上的起动机普遍都采用直流串激式电动机。式电

6、动机。 (2) (2) 永磁式起动机永磁式起动机 以永久磁铁作磁极，这是近年来出现的新型以永久磁铁作磁极，这是近年来出现的新型起动机，但目前在汽车上使用还比较少。起动机，但目前在汽车上使用还比较少。2.1.2 起动机的种类2 2按起动时起动机的操纵方式按起动时起动机的操纵方式 (1) (1) 直接操纵式起动机直接操纵式起动机 由司机通过脚踏起动踏板或手拉起动拉杆直接操纵拨由司机通过脚踏起动踏板或手拉起动拉杆直接操纵拨叉，使起动机驱动齿轮轴向移动而啮入飞轮齿圈，并通过叉，使起动机驱动齿轮轴向移动而啮入飞轮齿圈，并通过固定在操纵杆上顶压螺钉推动推杆，使起动机上的接触盘固定在操纵杆上顶压螺钉推动推杆

7、，使起动机上的接触盘式开关接通电动机电路。直接操纵式起动机结构简单，但式开关接通电动机电路。直接操纵式起动机结构简单，但使发动机的布置受到局限，并且起动操作比较麻烦，因此使发动机的布置受到局限，并且起动操作比较麻烦，因此现已被淘汰。现已被淘汰。 (2) (2) 电磁操纵式起动机电磁操纵式起动机 由电磁开关通电后产生的电磁力控制驱动齿轮啮入飞由电磁开关通电后产生的电磁力控制驱动齿轮啮入飞轮齿圈和接通电动机电路。电磁操纵式起动机克服了直接轮齿圈和接通电动机电路。电磁操纵式起动机克服了直接操纵式起动机的不足，现已被普遍采用。操纵式起动机的不足，现已被普遍采用。2.1.2 起动机的种类 3 3按驱动齿

8、轮啮入方式按驱动齿轮啮入方式 (1) (1) 惯性啮合式惯性啮合式 (2) (2) 电枢移动式电枢移动式 (3) (3) 磁极移动式磁极移动式 (4) (4) 齿轮移动式齿轮移动式 (5) (5) 强制啮合式强制啮合式 2.1.2 起动机的种类4 4按传动机构结构按传动机构结构 (1) (1) 非减速起动机非减速起动机 起动机与驱动齿轮之间直接通过单向离合器起动机与驱动齿轮之间直接通过单向离合器传动。一直以来，汽车上使用的起动机其传动机传动。一直以来，汽车上使用的起动机其传动机构均为这种结构。构均为这种结构。 (2) (2) 减速起动机减速起动机 在起动机与驱动齿轮之间增设了一组减速齿在起动机

9、与驱动齿轮之间增设了一组减速齿轮。减速起动机具有结构尺寸小、重量轻、起动轮。减速起动机具有结构尺寸小、重量轻、起动可靠等优点，在一些轿车上应用日渐增多。可靠等优点，在一些轿车上应用日渐增多。2.1.2 起动机的种类5 5起动机的型号起动机的型号 根据根据QCQCT73-93T73-93汽车电气设备产品型号编汽车电气设备产品型号编制方法制方法规定，国产起动机的型号表示如下：规定，国产起动机的型号表示如下：变型代号设计序号功率等级电压等级QD产品代号：Q表示：“起”，D表示“动”2.1.1 起动系统的基本组成 产品代号：产品代号：QDQD起动机；起动机；QDJQDJ减速起动机；减速起动机；QDYQ

10、DY永磁起动机；永磁起动机； 电压等级代号：电压等级代号：1 112V12V；2 224V24V； 功率等级代号：其含义如表功率等级代号：其含义如表2-l2-l所示；所示； 设计序号；设计序号； 变型代号。变型代号。2.2 起动机的构造、工作原理及特性起动机的构造、工作原理及特性 目前使用最广目前使用最广的电磁操纵强的电磁操纵强制啮合式起动制啮合式起动机，其结构如机，其结构如图图2-22-2所示。由所示。由三部分构成：三部分构成：直流电动机直流电动机传动机构传动机构电磁开关电磁开关2.2.1 直流电动机l. l. 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 1) 1) 电磁转矩的产生电磁转矩的产

11、生以单匝电枢绕组的直流电动机为例说明其工作原理以单匝电枢绕组的直流电动机为例说明其工作原理( (图图2-3)2-3)。2.2.1 直流电动机 直流电动机通电后所产生的电磁转矩直流电动机通电后所产生的电磁转矩M M与磁极与磁极的磁通量的磁通量 以及电枢电流以及电枢电流I IS S之间的关系：之间的关系： M M = = C Cm m I IS S Cm Cm为电动机的结构常数，它与电动机磁极对为电动机的结构常数，它与电动机磁极对数数P P、电枢绕组导线总根数、电枢绕组导线总根数Z Z及电枢绕组电路的支及电枢绕组电路的支路对数路对数a a有关有关(C(Cm m = = PZPZ2 2 a a) )

12、。2.2.1 直流电动机(2) (2) 直流电动机的工作过程直流电动机的工作过程 通电的直流电动机其电枢在电磁转矩通电的直流电动机其电枢在电磁转矩M M的作用的作用下转动起来时，电枢绕组就因切割磁力线而产生下转动起来时，电枢绕组就因切割磁力线而产生电动势，此电动势与电枢电流电动势，此电动势与电枢电流I IS S的方向相反，故的方向相反，故称之为反电动势称之为反电动势E Ef f。E Ef f与磁极的磁通量函和电枢的与磁极的磁通量函和电枢的转速转速n n成正比：成正比： E Ef f = = C Ce e n n式中，式中， C Ce e 为电机结构常数为电机结构常数( (C Ce e = =

13、PZPZ6060a a) )。2.2.1 直流电动机2 2直流电动机的构造直流电动机的构造 电枢电枢 电枢总成电枢总成 换向器换向器 磁极磁极 电刷与刷架电刷与刷架 其它附件其它附件2.2.1 直流电动机 (1) (1) 电枢总成电枢总成其作用是通入电流后，在磁极磁场的作用下产生电磁转矩，其作用是通入电流后，在磁极磁场的作用下产生电磁转矩，它由铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成它由铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成( (见图见图2-4)2-4)。2.2.1 直流电动机 (2) (2) 磁极磁极 其作用是通入电流后产生一个磁场，它由铁其作用是通入电流后产生一个磁场，它由铁心和磁场绕组构成，并通过

14、螺钉固定在电动机壳心和磁场绕组构成，并通过螺钉固定在电动机壳体上。为增大电磁转矩，一般采用四个磁极，大体上。为增大电磁转矩，一般采用四个磁极，大功率起动机有时采用六个磁极。磁场绕组也是用功率起动机有时采用六个磁极。磁场绕组也是用粗扁铜线绕制而成，与电枢绕组采用串联方式，粗扁铜线绕制而成，与电枢绕组采用串联方式，如图如图2-52-5所示。所示。2.2.1 直流电动机 (4) (4) 轴承轴承 因起动机工作时间很短，所以一般采用青铜石墨轴因起动机工作时间很短，所以一般采用青铜石墨轴承或铁基含油滑动轴承，安装在前后端盖上。减速起动承或铁基含油滑动轴承，安装在前后端盖上。减速起动机由于其电枢的转速很高

15、，电枢轴承采用滚柱轴承或滚机由于其电枢的转速很高，电枢轴承采用滚柱轴承或滚珠轴承。珠轴承。2.2.1 直流电动机2.2.1 直流电动机(3) (3) 电刷与刷架电刷与刷架 电刷用铜和石墨粉压制而成，加铜是为了减小电阻和增加电刷用铜和石墨粉压制而成，加铜是为了减小电阻和增加耐磨性。刷架多为柜式，刷架上的盘形弹簧可将电刷紧紧地压耐磨性。刷架多为柜式，刷架上的盘形弹簧可将电刷紧紧地压在换向器铜片上在换向器铜片上( (图图2-6)2-6)。 在四个电刷架中，其中一在四个电刷架中，其中一对电刷架与机壳直接相通而构对电刷架与机壳直接相通而构成了电动机内部搭铁。也有的成了电动机内部搭铁。也有的电动机是通过磁

16、场绕组的一端电动机是通过磁场绕组的一端与机壳连接实现内部电路搭铁，与机壳连接实现内部电路搭铁，这种电动机的所有电刷架都与这种电动机的所有电刷架都与机壳绝缘。机壳绝缘。2.2.2 传动机构 普通起动机传动机的主要组成部分是单向离合器。普通起动机传动机的主要组成部分是单向离合器。其作用是起动时将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮，其作用是起动时将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮，而在发动机起动后，就立即打滑，以防止发动机飞轮带而在发动机起动后，就立即打滑，以防止发动机飞轮带动起动机电枢高速旋转而造成飞散事故。动起动机电枢高速旋转而造成飞散事故。 起动机中常见的单向离合器有：起动机中常见的单向离合器有：

17、滚柱式滚柱式 摩擦片式摩擦片式 扭簧式扭簧式 棘轮式棘轮式2.2.2 传动机构1 1滚柱式单向离合器滚柱式单向离合器 滚柱式单向离合器的结构如图滚柱式单向离合器的结构如图2-72-7所示。所示。 2.2.2 传动机构 单向离合器外壳单向离合器外壳2 2与驱动齿轮与驱动齿轮1 1连为一体，离合器外连为一体，离合器外壳和十字块壳和十字块3 3装配后形成四个楔形槽，槽中有四个滚柱装配后形成四个楔形槽，槽中有四个滚柱4 4，滚柱的直径大于槽窄端又小于槽宽端，弹簧及活柱滚柱的直径大于槽窄端又小于槽宽端，弹簧及活柱5 5将滚将滚柱推向槽窄端，使得滚柱与十字块及外壳表面有较小的柱推向槽窄端，使得滚柱与十字块

18、及外壳表面有较小的摩擦力。十字块摩擦力。十字块3 3与传动套筒与传动套筒1010刚性连接，传动套筒安装刚性连接，传动套筒安装在电枢轴花键部位，使单向离合器总成可作轴向移动和在电枢轴花键部位，使单向离合器总成可作轴向移动和随轴转动。随轴转动。 2.2.2 传动机构 发动机一旦发动，发动机飞轮带动驱动齿轮旋转，发动机一旦发动，发动机飞轮带动驱动齿轮旋转，使离合器外壳的转速高于十字块，此时，滚柱滚向槽宽使离合器外壳的转速高于十字块，此时，滚柱滚向槽宽端而打滑端而打滑( (见图见图2-8b)2-8b)，从而防止了发动机飞轮带动起动，从而防止了发动机飞轮带动起动机电枢高速旋转而造成飞散事故。机电枢高速旋

19、转而造成飞散事故。 滚柱式单向离合器结构简单紧凑，在中小功率的起滚柱式单向离合器结构简单紧凑，在中小功率的起动机上被广泛采用，但在传递较大转矩时，滚柱容易变动机上被广泛采用，但在传递较大转矩时，滚柱容易变形而卡死。因此，滚柱式单向离合器不适用于较大功率形而卡死。因此，滚柱式单向离合器不适用于较大功率的起动机。的起动机。 2.2.2 传动机构起动时，拨叉通过移动衬起动时，拨叉通过移动衬套推动单向离合器总成作套推动单向离合器总成作轴向移动，使驱动齿轮啮轴向移动，使驱动齿轮啮入飞轮齿环的同时，电枢入飞轮齿环的同时，电枢轴通过花键带动传动套筒轴通过花键带动传动套筒而使十字块转动，十字块而使十字块转动，

20、十字块相对于外壳的转动使滚柱相对于外壳的转动使滚柱在小摩擦力的作用下滚向在小摩擦力的作用下滚向槽窄端而被卡紧，使得外槽窄端而被卡紧，使得外壳随十字块一起转动，于壳随十字块一起转动，于是电枢的电磁转矩通过单是电枢的电磁转矩通过单向离合器传递给了驱动齿向离合器传递给了驱动齿轮轮( (见图见图2-8a)2-8a)。 2.2.2 传动机构2 2摩擦片式单向离合器摩擦片式单向离合器摩擦片式单向离合器的结构如图摩擦片式单向离合器的结构如图2-92-9所示。所示。2.2.2 传动机构结构特点：结构特点： 传动套筒传动套筒1313的内圆与电枢轴以右螺旋花键连接，传动套筒的外的内圆与电枢轴以右螺旋花键连接，传动

21、套筒的外圆与内接合鼓圆与内接合鼓1111以三线螺旋花键连接；内接合鼓外圆上有凹槽，与以三线螺旋花键连接；内接合鼓外圆上有凹槽，与主动摩擦片主动摩擦片1010的内突齿相配合；从动摩擦片的内突齿相配合；从动摩擦片8 8有外突齿，插入外接合有外突齿，插入外接合鼓鼓1616的槽中，外接合鼓与驱动齿轮的槽中，外接合鼓与驱动齿轮3 3为一体；传动套筒上自左向右还为一体；传动套筒上自左向右还装有弹性垫圈装有弹性垫圈5 5、压环、压环6 6和调整垫圈和调整垫圈7 7，端部用限位螺母，端部用限位螺母4 4轴向固定。轴向固定。工作过程：工作过程： 起动时，起动机电枢带动传动套筒转动，由于惯性的作用，内起动时，起动

22、机电枢带动传动套筒转动，由于惯性的作用，内接合鼓与传动套筒之间有相对的转动而使内接合鼓轴向左移，主从接合鼓与传动套筒之间有相对的转动而使内接合鼓轴向左移，主从动摩擦片被压紧，通过其摩擦力将电枢的电磁力矩传递给驱动齿轮。动摩擦片被压紧，通过其摩擦力将电枢的电磁力矩传递给驱动齿轮。发动机发动后，在飞轮的带动下，内结合鼓的转速将高于传动套筒发动机发动后，在飞轮的带动下，内结合鼓的转速将高于传动套筒的转速，其相对转动使内接合鼓轴向右移，主从动摩擦片压力消失的转速，其相对转动使内接合鼓轴向右移，主从动摩擦片压力消失而打滑，从而避免了发动机飞轮带动起动机电枢高速旋转。而打滑，从而避免了发动机飞轮带动起动机

23、电枢高速旋转。2.2.2 传动机构 发动机起动阻力过大时，曲轴不能立即被带动。这发动机起动阻力过大时，曲轴不能立即被带动。这时就会因内接合鼓与传动套筒之间仍存在的转速差，内时就会因内接合鼓与传动套筒之间仍存在的转速差，内接合鼓会继续左移，使摩擦片的压紧力继续增大，导致接合鼓会继续左移，使摩擦片的压紧力继续增大，导致弹性垫圈在压环凸缘的压迫下弯曲。当弹性垫圈弯曲到弹性垫圈在压环凸缘的压迫下弯曲。当弹性垫圈弯曲到一定程度时，内接合鼓的左端顶到了弹性垫圈上而不能一定程度时，内接合鼓的左端顶到了弹性垫圈上而不能再左移，使主从动摩擦片的压力不再增加，传递的转矩再左移，使主从动摩擦片的压力不再增加，传递的

24、转矩也就不再增大，从而可避免电动机因负载过大而被烧坏也就不再增大，从而可避免电动机因负载过大而被烧坏的危险。加减调整垫圈可改变弹性垫圈的最大变形量，的危险。加减调整垫圈可改变弹性垫圈的最大变形量，也即调整了摩擦片式单向离合器的最大传递转矩。也即调整了摩擦片式单向离合器的最大传递转矩。 摩擦片式单向离合器可以传递较大的转矩，但最大摩擦片式单向离合器可以传递较大的转矩，但最大传递转矩会因摩擦片的磨损传递转矩会因摩擦片的磨损( (使弹性垫圈的最大变形量减使弹性垫圈的最大变形量减小小) )而降低，因此需要经常检修调整，故这种单向离合器而降低，因此需要经常检修调整，故这种单向离合器结构也较复杂。结构也较

25、复杂。2.2.2 传动机构3 3扭簧式单向离合器扭簧式单向离合器扭簧式单向离合器的结构如图扭簧式单向离合器的结构如图2-102-10所示。所示。2.2.2 传动机构结构特点：结构特点：传动套筒传动套筒8 8与起动机电枢以螺旋花键连接，驱动齿轮柄松套在传与起动机电枢以螺旋花键连接，驱动齿轮柄松套在传动套简上，月形圈动套简上，月形圈4 4限制了驱动齿轮和传动套筒之间的轴向相对移动，限制了驱动齿轮和传动套筒之间的轴向相对移动，但不妨碍其相对转动。扭力弹簧但不妨碍其相对转动。扭力弹簧5 5包在驱动齿轮柄和传动套筒的外圆包在驱动齿轮柄和传动套筒的外圆表面，弹簧的两端各有表面，弹簧的两端各有1 14 4圈

26、内径较小，分别箍紧在驱动齿轮柄和圈内径较小，分别箍紧在驱动齿轮柄和传动套筒上。传动套筒上。工作过程：工作过程： 起动时，扭力弹簧在其两端摩擦力的作用下被扭紧，整个弹簧起动时，扭力弹簧在其两端摩擦力的作用下被扭紧，整个弹簧紧箍在驱动齿轮柄和传动套筒上而传递转矩。发动机发动后，由于紧箍在驱动齿轮柄和传动套筒上而传递转矩。发动机发动后，由于驱动齿轮转速高于电枢的转速，扭力弹簧放松，于是，驱动齿轮便驱动齿轮转速高于电枢的转速，扭力弹簧放松，于是，驱动齿轮便在传动套筒上滑转。在传动套筒上滑转。 扭簧式单向离合器结构简单，使用寿命长，但由于扭力弹簧的扭簧式单向离合器结构简单，使用寿命长，但由于扭力弹簧的轴

27、向尺寸较大，故不宜在小功率起动机上装用。轴向尺寸较大，故不宜在小功率起动机上装用。2.2.电磁开关电磁开关的作用是控制起动机驱动齿轮与飞轮的啮合与电磁开关的作用是控制起动机驱动齿轮与飞轮的啮合与分离，以及电动机电路的通断。分离，以及电动机电路的通断。电磁开关主要由吸引线圈、保持线圈、活动铁心、接触电磁开关主要由吸引线圈、保持线圈、活动铁心、接触盘、触点等组成盘、触点等组成( (参见图参见图2-2)2-2)。对于汽油发动机用起动机，。对于汽油发动机用起动机，电磁开关内还有点火线圈附加电阻短路触点，通过电磁电磁开关内还有点火线圈附加电阻短路触点，通过电磁开关外壳上的接线柱与点火线圈初级绕组相连。开

28、关外壳上的接线柱与点火线圈初级绕组相连。2.2.电磁开关ST614ST614型起动机电型起动机电路的电磁开关如图路的电磁开关如图2-112-11。 2.2.电磁开关工作过程：工作过程： 接通起动开关，电磁开关通电，其电流通路为：接通起动开关，电磁开关通电，其电流通路为：此时吸引线圈此时吸引线圈6 6和保持线圈和保持线圈5 5产生的磁力方向相同，在两线圈磁产生的磁力方向相同，在两线圈磁力的共同作用下，使活动铁心力的共同作用下，使活动铁心4 4克服弹簧力右移，带动拨叉克服弹簧力右移，带动拨叉3 3将驱动将驱动齿轮推向飞轮，与此同时，活动铁心将接触盘齿轮推向飞轮，与此同时，活动铁心将接触盘1111顶

29、向触点。当驱动顶向触点。当驱动齿轮与飞轮啮合时，接触盘齿轮与飞轮啮合时，接触盘1111将触点将触点1212、1414接通，使起动机通入起接通，使起动机通入起动电流，产生正常电磁转矩起动发动机。接触盘接通触点时，吸引动电流，产生正常电磁转矩起动发动机。接触盘接通触点时，吸引线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的磁力保持在吸合的位置。线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的磁力保持在吸合的位置。 2.2.电磁开关发动机起动后，在断开起动开关的瞬间，接触盘仍在接发动机起动后，在断开起动开关的瞬间，接触盘仍在接触位置，此时电磁开关线圈电流为：触位置，此时电磁开关线圈电流为： 蓄电池蓄电池+ + 接线柱接线柱12 1

30、2 接触盘接触盘11 11 接线柱接线柱14 14 吸引线圈吸引线圈6 6 保持线圈保持线圈5 5 搭铁搭铁 电源开关电源开关16 16 蓄电池负极。蓄电池负极。 由于吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁通，由于吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁通，两线圈磁力互相抵消，活动铁心在弹簧力的作用下回位，两线圈磁力互相抵消，活动铁心在弹簧力的作用下回位，使驱动齿轮退出；与此同时，接触盘也回位，切断起动使驱动齿轮退出；与此同时，接触盘也回位，切断起动机电路，起动机便停止工作。机电路，起动机便停止工作。2.2.起动机的工作特性转矩特性转矩特性机械特性机械特性起动机的功率及其影响因素起动机的功率及其影响

31、因素起动机基本参数的确定起动机基本参数的确定2.2.起动机的工作特性1 1转矩特性转矩特性 直流电动机的转矩特性是指电动机产生的电磁力转直流电动机的转矩特性是指电动机产生的电磁力转矩矩M M与其电枢电流与其电枢电流I IS S的关系：的关系： M M = = f f( (I IS S) )。 从直流电动机的工作原理中，我们已知电动机产生从直流电动机的工作原理中，我们已知电动机产生的电磁转矩与电枢电流和磁极磁通量成正比的电磁转矩与电枢电流和磁极磁通量成正比, ,即即 M M = = C Cm mI IS S 对于串励式电动机，磁场绕组的励磁电流对于串励式电动机，磁场绕组的励磁电流I Ij j =

32、 = I IS S，而磁极磁通量声在磁极未饱和时与励磁电流成正比而磁极磁通量声在磁极未饱和时与励磁电流成正比( ( = = C CI Ij j) )于是就有：于是就有： M M = = C Cm mI IS S = = C Cm mI IS SC CI Ij j = C = CI IS S 2 22.2.起动机的工作特性直流电动机的转矩特性曲线如图直流电动机的转矩特性曲线如图2-122-12所示。所示。在磁极未饱和的情在磁极未饱和的情况下，串励式直流况下，串励式直流电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩M M与电枢电流与电枢电流I IS S的平的平方成正比。方成正比。 在磁极饱和时，在磁极饱和时，M

33、 M才与电枢电流才与电枢电流I IS S的的成正比。成正比。2.2.起动机的工作特性2 2机械特性机械特性 直流电动机的机械特性是指电动机的转速随电磁转直流电动机的机械特性是指电动机的转速随电磁转矩变化的规律：矩变化的规律：n n = = f f( (M M) )。根据电枢绕组反电动势的关。根据电枢绕组反电动势的关系式系式E Ef f = = C Ce e n n和电动机电路电压电流平衡关和电动机电路电压电流平衡关系式系式U U= =E Ef f+ +I IS S ( (R RS S+ +R Rj j) )，可得到直流串励式电动机的转速，可得到直流串励式电动机的转速n n与与I IS S关系如

34、下：关系如下： n n = = U U I IS S( (R RS S+ +R Rj j)/C)/Ce e 串励式电动机在磁极未饱时，串励式电动机在磁极未饱时， 将随将随I IS S的增大而增大，的增大而增大，同时同时I IS S ( (R RS S+ +R Rj j) )也增大，因此电枢转速也增大，因此电枢转速n n随随I IS S ( (M M) )的增大的增大下降较快。下降较快。 2.2.起动机的工作特性根据根据n n与与I IS S的关系得到的机械特性曲线如图的关系得到的机械特性曲线如图2-132-13所示。所示。 直流串励式电动机的特点：直流串励式电动机的特点：轻载转速高、重载转速低

35、。轻载转速高、重载转速低。 重载转速低，可以保证电重载转速低，可以保证电动机在起动时动机在起动时( (重载重载) )不会超出不会超出允许的功率而烧毁，使起动安允许的功率而烧毁，使起动安全可靠。这是起动机采用串励全可靠。这是起动机采用串励式直流电动机的另一原因。式直流电动机的另一原因。 但其轻载或空载时转速很但其轻载或空载时转速很高，容易造成高，容易造成“飞散飞散”事故。事故。因此，对于功率较大的串励式因此，对于功率较大的串励式直流电动机，不允许在轻载或直流电动机，不允许在轻载或空载下运行。空载下运行。 2.2.起动机的工作特性3 3起动机的功率及其影响因素起动机的功率及其影响因素(1) (1)

36、 起动机的功率起动机的功率 起动机的功率起动机的功率P P可由下式确定：可由下式确定： P = MP = MS Sn nS S/9550/9550式中式中M MS S 起动机输出转矩，单位为起动机输出转矩，单位为N Nm m； n nS S 起动机的转速，单位为起动机的转速，单位为r rminmin； P P 电动机功率，单位为电动机功率，单位为kWkW。2.2.起动机的工作特性 由上式和串励式直流电动由上式和串励式直流电动机的转矩特性及机械特性，可机的转矩特性及机械特性，可得其特性曲线如图得其特性曲线如图2-142-14所示。所示。 起动机在全制动起动机在全制动( (n ns s=0)=0)

37、和和空载空载( (M Ms s=0)=0)时，其功率均为时，其功率均为0 0。 在在I Is s接近全制动电流一半接近全制动电流一半时其输出功率最大。时其输出功率最大。 起动机工作时间短暂，允起动机工作时间短暂，允许以最大功率状态工作，因此许以最大功率状态工作，因此起动机的额定功率一般也就是起动机的额定功率一般也就是电动机的最大功率或接近于最电动机的最大功率或接近于最大功率。大功率。 2.2.起动机的工作特性 (2) (2) 影响起动机功率的因素影响起动机功率的因素 起动机工作时的电流很大，起动机电源内阻及电路起动机工作时的电流很大，起动机电源内阻及电路中电阻对起动机输入功率的影响很大，影响起

38、动机输出中电阻对起动机输入功率的影响很大，影响起动机输出功率的主要因素有以下三项。功率的主要因素有以下三项。 接触电阻和导线电阻接触电阻和导线电阻。接触电阻包括导线与蓄电。接触电阻包括导线与蓄电池极桩、起动机接线柱以及电动机内电刷与换向器等的池极桩、起动机接线柱以及电动机内电刷与换向器等的接触电阻。接触电阻大、导线截面积小或过长，都会造接触电阻。接触电阻大、导线截面积小或过长，都会造成较大的电压降而使起动机功率下降。成较大的电压降而使起动机功率下降。 蓄电池容量蓄电池容量。蓄电池的容量小，其内阻较大，起。蓄电池的容量小，其内阻较大，起动时加在电动机上的端电压就低，故会使起动机的功率动时加在电动

39、机上的端电压就低，故会使起动机的功率下降。下降。 环境温度环境温度。环境温度低时，蓄电池的容量下降，。环境温度低时，蓄电池的容量下降，内阻增大，也会使起动机的功率下降。内阻增大，也会使起动机的功率下降。2.2.起动机的工作特性4 4起动机基本参数的确定起动机基本参数的确定 (1)(1)起动机功率的选择起动机功率的选择 起动机的功率根据发动机起动所需功率选取，它取决起动机的功率根据发动机起动所需功率选取，它取决于发动机的起动阻力矩于发动机的起动阻力矩M MQ Q和最低起动转速和最低起动转速n nQ Q，并可由下式，并可由下式计算：计算： P P = = M MQ Qn nQ Q/9550/955

40、0式中式中P P起动机功率起动机功率( (kwkw) )； M MQ Q起动阻力矩起动阻力矩( (N Nm m) )； n nQ Q最低起动转速最低起动转速(r(rmin)min)。2.2.起动机的工作特性 发动机的起动阻力矩是指在最低起动转速时的发动机阻力矩，发动机的起动阻力矩是指在最低起动转速时的发动机阻力矩，主要包括气缸气体压缩阻力矩、运动件的摩擦阻力矩和惯性力矩。主要包括气缸气体压缩阻力矩、运动件的摩擦阻力矩和惯性力矩。 发动机的最低起动转速是指起动时，能保证进入气缸内的混合发动机的最低起动转速是指起动时，能保证进入气缸内的混合气在压缩终了时具有一定的温度和良好的雾化，使发动机能可靠点

41、气在压缩终了时具有一定的温度和良好的雾化，使发动机能可靠点火工作所需的最低转速。火工作所需的最低转速。 汽油发动机的最低起动转速为汽油发动机的最低起动转速为505070r70rminmin，而柴油发动机的，而柴油发动机的最低起动转速为最低起动转速为100100200r200rminmin。 温度为温度为00时发动机起动所需功率可由如下的经验公式推算：时发动机起动所需功率可由如下的经验公式推算： 汽油发动机：汽油发动机：P P = (0.18= (0.180.22)0.22)L L 柴油发动机：柴油发动机：P P = (0.74 = (0.741.1)1.1)L L式中式中 L L发动机的工作容

42、积发动机的工作容积(L)(L)； P P起动机功率起动机功率(kW)(kW)。2.2.起动机的工作特性(2) (2) 传动比选择传动比选择 起动机与发动机之间的最佳传动比应能保证发动机起动机与发动机之间的最佳传动比应能保证发动机可靠起动，同时能使起动机达到最大功率。在实际选择可靠起动，同时能使起动机达到最大功率。在实际选择中，由于受飞轮齿环和驱动齿轮的结构限制，传动比往中，由于受飞轮齿环和驱动齿轮的结构限制，传动比往往稍小于最佳值。这种选择结果，使起动机在工作时并往稍小于最佳值。这种选择结果，使起动机在工作时并没有达到最大功率，但起动机的转矩增大，对起动是有没有达到最大功率，但起动机的转矩增大

43、，对起动是有利的。利的。 起动机与发动机的传动比一般在如下范围内选择：起动机与发动机的传动比一般在如下范围内选择： 汽油发动机为：汽油发动机为：13131717 柴油发动机为：柴油发动机为：8 81010 2.2.起动机的工作特性(3) (3) 蓄电池容量的选择蓄电池容量的选择 起动机的功率起动机的功率P P确定以后，可以按如下经验公式确定确定以后，可以按如下经验公式确定蓄电池的容量蓄电池的容量C C： C =C =（610610810810）P P/ /U U式中式中U U起动机额定电压起动机额定电压(V)(V)； P P起动机功率起动机功率(kW)(kW)； C C蓄电池容量蓄电池容量(

44、(A Ah h) )。 对于大功率起动机对于大功率起动机(7.0(7.010 kW)10 kW)，蓄电池的容量可，蓄电池的容量可以选择比计算值小一些。以选择比计算值小一些。2.2.5起动机的驱动保护电路 起动机控制电路具有驱动保护功能，其作用是：起动机控制电路具有驱动保护功能，其作用是： 一旦发动机发动，起动机就立刻自动停止工作，以一旦发动机发动，起动机就立刻自动停止工作，以避免起动机较长时间空转而消耗电能、增加起动机的磨避免起动机较长时间空转而消耗电能、增加起动机的磨损；损； 在发动机工作时，若误接通起动开关，起动机也不在发动机工作时，若误接通起动开关，起动机也不会通电工作，以免打坏驱动齿轮

45、和飞轮齿环。会通电工作，以免打坏驱动齿轮和飞轮齿环。 控制方法：控制方法： 发电机中性点电压发电机中性点电压2.2.5起动机的驱动保护电路1 1日产汽车起日产汽车起动机控制电路动机控制电路 日产汽车具有日产汽车具有驱动保护功能的起驱动保护功能的起动机控制电路如图动机控制电路如图2-152-15。 2.2.5起动机的驱动保护电路 (1) (1) 控制电路特点控制电路特点 起动机控制电路中设置了起动继电器、安全继电器，起动机控制电路中设置了起动继电器、安全继电器，发电机调节器中增设了充电指示灯继电器。发电机调节器中增设了充电指示灯继电器。 起动继电器用于控制起动机电磁开关起动继电器用于控制起动机电

46、磁开关 安全继电器用于控制起动继电器线圈安全继电器用于控制起动继电器线圈 充电指示灯继电器由发电机中点电压控制充电指示灯继电器由发电机中点电压控制2.2.5起动机的驱动保护电路 (2) (2) 工作原理工作原理 起动机驱动保护电路的原理如下所述。起动机驱动保护电路的原理如下所述。起动时，起动时，S1S1、S2S2接通，此时安全继电器只有线圈接通，此时安全继电器只有线圈1 1通电，通电，因而因而K1K1保持闭合，于是起动继电器线圈保持闭合，于是起动继电器线圈3 3通电而使通电而使K2K2闭合，闭合，接通起动机电磁开关，起动机开始工作。接通起动机电磁开关，起动机开始工作。 发动机起动后，发电机正常

47、发电，发电机中点电压发动机起动后，发电机正常发电，发电机中点电压使充电指示灯继电器触点使充电指示灯继电器触点K4K4闭合，使安全继电器线圈闭合，使安全继电器线圈2 2通通电，此时触点电，此时触点K1K1就会在线圈就会在线圈l l和线圈和线圈2 2磁力的共同作用下磁力的共同作用下断开，起动继电器线圈断开，起动继电器线圈3 3断电而使其触点断电而使其触点K2K2断开，切断了断开，切断了起动机电磁开关电路，起动机自动断电停止工作。在发起动机电磁开关电路，起动机自动断电停止工作。在发动机工作时，如误接通起动开关，也会因安全继电器触动机工作时，如误接通起动开关，也会因安全继电器触点点K1K1断开而起动继

48、电器线圈不能通电，起动机也就不会断开而起动继电器线圈不能通电，起动机也就不会工作，从而起到了安全保护作用。工作，从而起到了安全保护作用。 2.2.5起动机的驱动保护电路2 2解放解放CAl091CAl091汽车汽车起动机控制电路起动机控制电路 解放解放CAl091CAl091汽车起汽车起动机控制电路如图动机控制电路如图2-162-16所示。所示。 2.2.5起动机的驱动保护电路(1) (1) 控制电路特点控制电路特点 解放解放CAl091CAl091汽车起动机控制电路配用了一个由起动汽车起动机控制电路配用了一个由起动继电器和充电指示灯继电器组成的组合继电器。起动继继电器和充电指示灯继电器组成的

49、组合继电器。起动继电器的线圈电器的线圈L1L1通过充电指示灯继电器常闭触点通过充电指示灯继电器常闭触点K2K2搭铁，搭铁，使之具有驱动保护作用。充电指示灯继电器触点使之具有驱动保护作用。充电指示灯继电器触点K2K2同时同时也是充电指示灯的搭铁通路，用于指示充电是否正常，也是充电指示灯的搭铁通路，用于指示充电是否正常，其通断由发电机的中点电压控制。其通断由发电机的中点电压控制。2.2.5起动机的驱动保护电路(2) (2) 工作原理工作原理 起动时，点火开关拨至起动时，点火开关拨至档档( (起动档起动档) )，组合继电器，组合继电器中的起动继电器线圈中的起动继电器线圈L1L1通电，其电路为：通电，

50、其电路为： 蓄电池正极蓄电池正极 起动机电源接线柱起动机电源接线柱 30A30A熔丝熔丝 电流表电流表 点火开关点火开关 “ “SwSw” ” 线圈线圈L1 L1 触点触点K2 K2 “E” “E”搭铁搭铁 蓄电池负极。蓄电池负极。 起动继电器线圈起动继电器线圈L1L1通电使其触点通电使其触点K1K1闭合，接通了起闭合，接通了起动机电磁开关电路，起动机通电工作。动机电磁开关电路，起动机通电工作。 发动机起动后，发电机正常发电，发电机的中点电发动机起动后，发电机正常发电，发电机的中点电压使压使K2K2断开，起动继电器线圈断开，起动继电器线圈L1L1断电，其触点断电，其触点K1K1断开，断开，使起

51、动机电磁开关断电，起动机自动停止工作。在发动使起动机电磁开关断电，起动机自动停止工作。在发动机工作时，由于发电机中点电压的作用而使充电指示灯机工作时，由于发电机中点电压的作用而使充电指示灯继电器触点继电器触点K2K2保持断开，因此若点火开关误拨至起动挡，保持断开，因此若点火开关误拨至起动挡，起动机也不会通电工作。起动机也不会通电工作。2.2.6 其它类型的起动机减速起动机减速起动机电枢移动式起动机电枢移动式起动机磁极移动式起动机磁极移动式起动机2.2.6 其它类型的起动机 1 1减速起动机减速起动机 减速起动机在电枢和驱动齿轮之间装有一级减速齿减速起动机在电枢和驱动齿轮之间装有一级减速齿轮轮(

52、 (一般速比为一般速比为3 34)4)，它的优点是：，它的优点是： 采用了小型高速低转矩的电动机，使得起动机的采用了小型高速低转矩的电动机，使得起动机的体积小、重量轻而便于安装；体积小、重量轻而便于安装； 提高了起动机的起动转矩而有利于发动机的起动；提高了起动机的起动转矩而有利于发动机的起动； 电枢轴较短而不易弯曲；电枢轴较短而不易弯曲； 减速齿轮的结构简单、效率高，保证了良好的机减速齿轮的结构简单、效率高，保证了良好的机械性能。械性能。2.2.6 其它类型的起动机减速起动机的类型：减速起动机的类型： 外啮合式减速起动机外啮合式减速起动机 内啮合式减速起动机内啮合式减速起动机 行星齿轮啮合式起

53、动机行星齿轮啮合式起动机2.2.6 其它类型的起动机(1) (1) 外啮合式外啮合式减速起动机减速起动机 外啮合式减外啮合式减速起动机的结速起动机的结构参见图构参见图2-182-18所示。所示。 外啮合式减外啮合式减速机构的传动速机构的传动中心距较大，中心距较大，受起动机结构受起动机结构的限制，其减的限制，其减速比不能太大，速比不能太大，一般在小功率一般在小功率的起动机上应的起动机上应用。用。 外啮合式减速机构中间不加惰轮，驱动齿轮进入啮合还外啮合式减速机构中间不加惰轮，驱动齿轮进入啮合还是通过拨叉来拨动是通过拨叉来拨动( (图图2-19)2-19)。 2.2.6 其它类型的起动机(2) (2

54、) 内啮合式内啮合式减速起动机减速起动机图图2-202-20所示的所示的是国产是国产QD254QD254型型内啮合式减速内啮合式减速起动机原理图。起动机原理图。2.2.6 其它类型的起动机 内啮合式减速机构传动中心距小，可以有较大的减内啮合式减速机构传动中心距小，可以有较大的减速比，故可适用于较大功率的起动机。速比，故可适用于较大功率的起动机。 内啮合式减速机构的驱动齿轮仍用拨叉拨动进入啮内啮合式减速机构的驱动齿轮仍用拨叉拨动进入啮合，因此起动机的外形与普通起动机相似。合，因此起动机的外形与普通起动机相似。(3) (3) 行星齿轮行星齿轮啮合式起动机啮合式起动机 行星齿轮啮合行星齿轮啮合式起动

55、机一例式起动机一例如图如图2-212-21所示。所示。2.2.6 其它类型的起动机 行星齿轮传动具有结构紧凑、传动比大、效率高的行星齿轮传动具有结构紧凑、传动比大、效率高的特点。特点。 行星齿轮啮合式起动机由于输出轴与电枢轴同轴、行星齿轮啮合式起动机由于输出轴与电枢轴同轴、同旋向，电枢轴无径向载荷，可使整机尺寸减小；除了同旋向，电枢轴无径向载荷，可使整机尺寸减小；除了增加行星齿轮减速机构的差别，行星齿轮式减速起动机增加行星齿轮减速机构的差别，行星齿轮式减速起动机其它轴向位置上的结构与普通起动机相同，因此配件可其它轴向位置上的结构与普通起动机相同，因此配件可以是通用的。以是通用的。 德国博世公司

56、生产的德国博世公司生产的DW1.4DW1.4型行星齿轮啮合式减速起型行星齿轮啮合式减速起动机磁极采用了永磁式磁铁动机磁极采用了永磁式磁铁( (图图2-21)2-21)。由于无磁极绕组，。由于无磁极绕组，使起动机结构简化，体积和重量都可相应减小。使起动机结构简化，体积和重量都可相应减小。2.2.6 其它类型的起动机2 2电枢移动式起动机电枢移动式起动机 (1) (1) 结构特点结构特点 电枢移动式起动机的电枢可作轴向移动，起动机不电枢移动式起动机的电枢可作轴向移动，起动机不工作时在回位弹簧力作用下，电枢与磁极错开一定的距工作时在回位弹簧力作用下，电枢与磁极错开一定的距离离( (见图见图2-22a

57、)2-22a)。 驱动齿轮固定在电枢轴上，其轴向移动是由电枢的驱动齿轮固定在电枢轴上，其轴向移动是由电枢的移动实现的。磁极除有主磁场绕组外，还有两个导线较移动实现的。磁极除有主磁场绕组外，还有两个导线较细但匝数较多、电阻较大的副绕组，其中一个与电动机细但匝数较多、电阻较大的副绕组，其中一个与电动机并联，起吸引电枢移动和保持电枢在移动位置的作用；并联，起吸引电枢移动和保持电枢在移动位置的作用；另一个与电动机的电枢绕组串联，主要用于吸引电枢移另一个与电动机的电枢绕组串联，主要用于吸引电枢移动。动。 2.2.6 其它类型的起动机2.2.6 其它类型的起动机(2) (2) 工作原理工作原理 起动时，接

58、通起动开关起动时，接通起动开关1 1，电磁线圈，电磁线圈2 2通电后产生的磁力吸引接通电后产生的磁力吸引接触桥触桥4 4左移，但由于扣爪左移，但由于扣爪9 9顶住了挡片顶住了挡片8 8，使得接触桥只是单边接触，接，使得接触桥只是单边接触，接通了副磁场绕组通了副磁场绕组5 5和和6(6(图图2-22b)2-22b)。 两副磁场绕组通电后，使磁极产生的电磁力吸引电枢向左轴向两副磁场绕组通电后，使磁极产生的电磁力吸引电枢向左轴向移动。由于这时电枢已有较小的电流通过而开始低速转动，使得驱动移动。由于这时电枢已有较小的电流通过而开始低速转动，使得驱动齿轮在慢慢转动中与飞轮齿圈啮合，从而避免了顶齿和冲击。

59、当驱动齿轮在慢慢转动中与飞轮齿圈啮合，从而避免了顶齿和冲击。当驱动齿轮与飞轮完全啮合时，换向器端面突缘齿轮与飞轮完全啮合时，换向器端面突缘1111将爪扣顶起，使挡片将爪扣顶起，使挡片8 8脱扣，脱扣，接触桥的下边也接触，于是起动机的主电路接通接触桥的下边也接触，于是起动机的主电路接通( (图图2-22c)2-22c)，起动机便，起动机便以正常的转速和转矩驱动发动机。此时串联的副磁场绕组以正常的转速和转矩驱动发动机。此时串联的副磁场绕组6 6被短路被短路( (主主磁场绕组磁场绕组7 7的电阻很小，可以忽略的电阻很小，可以忽略) )，由并联副磁场绕组，由并联副磁场绕组5 5及主磁场绕组及主磁场绕组

60、7 7的电磁力保持电枢在移动位置。的电磁力保持电枢在移动位置。 发动机起动后，摩擦片式单向离合器打滑，电动机空载运行，发动机起动后，摩擦片式单向离合器打滑，电动机空载运行，电枢转速上升，电枢绕组产生的反电动势增大，使电枢及主磁场绕组电枢转速上升，电枢绕组产生的反电动势增大，使电枢及主磁场绕组电流减小，磁极磁力减弱。当磁力减弱至小于电枢回位弹簧的作用力电流减小，磁极磁力减弱。当磁力减弱至小于电枢回位弹簧的作用力时，电枢就右移回位，驱动齿轮与飞轮齿圈脱离，而扣爪也回到锁止时，电枢就右移回位，驱动齿轮与飞轮齿圈脱离，而扣爪也回到锁止位置。关闭起动开关后，起动机便停止转动。电枢移动式起动机的结位置。关