第三章起动机00382

1、第三章起动机,第一节起动机的构造与型号 第二节直流串励式电动机 第三节起动机的特性 第四节起动机的传动机构 第五节起动机的控制装置 第六节新型起动机 第七节启动系的正确使用及检测诊断与维修,第一节起动机的构造与型号,一、起动机的构造 起动机由直流串励式电动机、传动机构和控制装置三个部分组成，如图3 -2所示。 1.直流串励式电动机 电动机的作用是将蓄电池输入的电能转换为机械能，产生电磁转矩。 2.传动机构 传动机构又称起动机离合器、啮合器，其作用是在发动机启动时使起动机轴上的小齿轮啮入飞轮齿环，将起动机的转矩传递给发动机曲轴;在发动机启动后又能使起动机小齿轮与飞轮齿环自动脱开。 传动机构有滚柱

2、式、弹簧式、摩擦片式等。,下一页,返回,第一节起动机的构造与型号,3.控制装置 控制装置即电磁开关，其作用是接通和切断电动机与蓄电池之间的电路，同时还能接入和切断点火线圈的附加电阻。 二、起动机型号 根据中华人民共和国行业标准QC/T 73-1993汽车电气设备产品型号编制方法规定，汽车起动机的型号编制方法如下。,下一页,返回,上一页,第一节起动机的构造与型号,(1)产品代号。按产品名称的顺序，适当选择其中23个单字，并以该单字汉语拼音的第一个大写字母组成。起动机产品代号:QD一表示起动机;QDJ一表示减速起动机;QDY一表示永磁起动机，包括永磁减速起动机。 (2)电压等级。1表示12 V;

3、2表示24 V (3)功率等级含义见表3 -1。 (4)设计序号 (5)变型代号,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,一、构造 直流串励式电动机主要由电枢、磁极、端盖、机壳、电刷及刷架等部件组成。 1.电枢 电枢由电枢绕组、换向器、电枢轴等部件组成，如图3 -3所示。 2.磁极 为了增大启动转矩，磁极的数量较多，一般为四个磁极。每个磁极上套装的激磁绕组亦为矩形截面的铜条，外包绝缘层，按一定绕向连接后使S级与N极相间排列，如图3一5所示。,下一页,返回,第二节直流串励式电动机,3.电刷及刷架 电刷由铜与石墨粉压制而成，呈红棕色，加入铜可减小电阻并增加其耐磨性。电刷一般含铜80%90%，石墨10

4、%20 %。 刷架多制成框式，正极刷架与端盖绝缘地固装，负极刷架直接搭铁。刷架上装有弹力较大的盘形弹簧。 4.机壳 机壳的一端有四个检查窗口，中部只有一个电流输入接线柱，并在内部与激磁绕组的一端相连接。 5.端盖 有前、后两个端盖，前端盖一般用铜板压制而成，后端盖为灰铸铁浇制成缺口杯状。它的中心压装着青铜石墨轴承或铁基含油轴承，外围有2或4个组装螺孔。,下一页,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,二、工作原理 直流电动机是将直流电能转变为机械能并产生机械转矩的动力设备。它是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用这一理论为基础而制成的。 由电磁理论知，将直导体置于磁场中，使其通过一定方向的电流时，

5、直导体就会受到定向电磁力作用而运动，且运动方向与导体中电流方向和磁场方向有一定关系，可用左手定则判断，如图3一8所示。 如果将直导线做成一个线匝，并通上直流电时，则线匝两边在磁场中受到大小相等、方向相反的电磁力偶作用而转动，形成电磁转矩，其方向仍按左手定则判断。 根据通电线匝在磁场中将产生电磁转矩的理论，就可以制成实用的直流电动机。其工作原理如图3一9所示。,下一页,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,三、直流电动机的转矩 当直流电动机接上直流电源时，由于载流导体在磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩使电枢旋转。 由安培定律可知，作用在电枢上每根导线上的平均电磁力为： 设电动机中有2P个磁极

6、(P为磁极对数)，每个磁极的磁通为，电枢的直径为D,则每一磁极下的电枢表面积为DL/2 P 。每一磁极下的平均磁感应强度则为,下一页,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,导体内的电流I为 则得作用在电枢上每根导线的平均电磁力,下一页,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,作用在电枢上的电磁转矩为 由以上推导可知，电磁转矩的大小与电枢电流Ia及磁极的磁通成正比,下一页,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,四、直流电动机转矩自动调节原理 直流电动机接入直流电源后，产生电磁转矩，使电枢旋转，但是，当电枢旋转时，由于电枢绕组又切割磁力线，则其中又产生了感应电动势，其方向按右手定则判断，恰与电枢电流

7、方向相反，故称为反电动势。其大小为 (3-9) 这样外加于电枢上的电压，一部分消耗在电枢电阻上，另一部分则用来平衡电动机的反电动势。即 (3-8),下一页,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,公式(3一8)是电动机运转时，必须满足的一个基本条件，称为电压平衡方程式。 由公式(3 -8)可知电枢电流Ia为,下一页,返回,上一页,第二节直流串励式电动机,当负荷增大时，转轴上阻力矩也增大，电枢转速降低，而使反电动势E随之减小，电枢电流Ia增大，所以电磁转矩M 也增大。直至电动机的电磁转矩增加到与阻力矩相等为止。这时电动机将在新的负载下以新的较低的转速平稳运转。 反之，当负荷减小时，电枢转速升高，反

8、电动势增大，电枢电流减小，电磁转矩也减小，直至与阻力矩相等为止。电动机将在较高的转速下平稳运转。 可见，当负载变化时，电动机的转速、电流和转矩将会自动作相应变化，以满足负载的需要，这就是直流电动机转矩自动调节的原理。,返回,上一页,第三节起动机的特性,一、转矩特性 电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系，称为转矩特性。即 串励直流电动机电路图如图3一10所示。 由于磁场绕组与电枢绕组串联，电枢电流Ia与磁场电流If相同即Ia = If 在磁路未饱和时，由于磁通与电枢电流Ia成正比，即 =C1 Ia ，故电动机的电磁转矩为 (3-11),下一页,返回,第三节起动机的特性,由公式(3一11)可知，串励

9、式直流电动机的电磁转矩在磁路未饱和时与电枢电流的平方成正比，只有在磁路饱和后， 几乎不变，电磁转矩方与电枢电流成直线关系，如图3一11中的M曲线所示。,下一页,返回,上一页,第三节起动机的特性,二、转速特性 串励直流电动机具有软的机械特性，即轻载转速高，重载转速低。 在图3一10所示的线路中，根据克希荷夫第二定律可知蓄电池的电动势U和启动机的反电动势E的代数和等于电枢及磁场绕组的电压降、连接导线的电压降、蓄电池内组的电压降及电刷接触电压降的代数和。即。 (3-13),下一页,返回,上一页,第三节起动机的特性,由公式(3一13)可知，当Ia增加时，则IaR也增加，在磁路未饱和时，磁通也增加。于是

10、电动机转速n将随大和的增加，而显著下降。如图3一11中n曲线所示。 三、功率特性 串励直流电动机的电磁功率和电枢电流的关系是一对称的抛物线，如图3一11中P线所示。,下一页,返回,上一页,第三节起动机的特性,综上所述: (1)当完全制动时，相当于刚接入起动机的情况，这时n = 0，电枢电流Ia 达到最大值(称为制动电流)，转矩M也达到最大，称为制动转矩。此时功率P=0。 (2)在起动机空转时，电流几最小(称为空载电流)，转速n0达到最大值，称为空载转速。此时，功率P=0。 (3)在电枢电流接近制动电流的一半(Iamax /2)时，起动机的功率达到最大值。,返回,上一页,第四节起动机的传动机构,

11、一、滚柱式离合器 滚柱式离合器是目前国内外汽车起动机中使用最多的一种，解放牌汽车、东风牌汽车北京130、北京212等汽车的起动机均采用此种离合器。 1.滚柱式离合器的构造 这种离合器的结构如图3一12所示。 2.滚柱式离合器的工作原理 离合器的外壳与十字块之间的间隙为宽窄不同的楔形槽。这种离合器就是通过改变滚柱在楔形槽中的位置来实现离合的。,下一页,返回,第四节起动机的传动机构,发动机启动时，拨叉动作，经拨环将离合器沿花键推出，驱动齿轮啮入发动机飞轮齿环。此时电枢转动，十字块随电枢一起旋转，滚柱滚入楔形槽窄的一侧而卡住，从而传递转矩，驱动曲轴旋转，如图3一13(a)所示。 发动机启动后，飞轮齿

12、环的转速高于驱动齿轮，滚柱滚入楔形槽宽的一侧而打滑如图3一13 (b)所示。这样转矩就不能从驱动齿轮传给电枢，从而防止了电枢超速飞散的危险。 启动完毕，则由拨叉回位弹簧作用，经拨环使离合器退回，驱动齿轮完全脱离飞轮齿环。,下一页,返回,上一页,第四节起动机的传动机构,3.调整 这种起动机需作如下调整: (1)驱动齿轮与止推垫圈之间间隙的调整如图3一14所示。 (2)开关接通时刻的调整。如图3一15所示。 二、弹簧式离合器 1.弹簧式离合器的构造 弹簧式离合器的结构如图3一16所示,下一页,返回,上一页,第四节起动机的传动机构,2.弹簧式离合器的工作原理 启动发动机时，由于拨叉推动拨环使驱动小齿

13、轮啮入飞轮齿环，起动机转轴只带动花键套筒即主动套筒旋转，使扭力弹簧顺向扭紧并箍死两个套筒，于是就能传递扭矩。 发动机启动后，由于飞轮带着驱动齿轮的转速高于起动机轴，将扭力弹簧作反向放松，使驱动齿轮套筒与主动套筒松脱而打滑，从而防止了超速运转“飞散”的危险。 这种离合器具有结构简单，工艺简化，寿命长，成本低等优点，但因扭力弹簧所需圈数多，轴向尺寸较长，故适用于启动柴油机所需的大功率起动机，而不适宜在小型起动机上采用。,下一页,返回,上一页,第四节起动机的传动机构,三、摩擦片式离合器 这种离合器多用于大功率起动机上，早期国产JN150型汽车曾用过此种结构，前苏联别拉斯汽车装用此种离合器 1.摩擦片

14、式离合器的构造 摩擦片式离合器结构如图3一17所示。 2.摩擦片式离合器的工作原理 起动机工作时，内接合鼓沿螺旋槽向右移动，将摩擦片压紧，如图3一17 (b)所示，利用摩擦力，将电枢的转矩传给飞轮。 发动机启动后，起动机驱动齿轮被飞轮带动，当其转速超过电枢轴转速时，内接合鼓则沿螺旋槽向左退出，摩擦片松开，如图3一17(c)所示，这时驱动齿轮虽高速旋转，但不驱动电枢，从而避免了电枢超速飞散的危险。,下一页,返回,上一页,第四节起动机的传动机构,如果起动机超载时，弹性圈在压环的突缘压力下而弯曲，直至内接合鼓的端部顶住弹性圈，此时离合器即打滑，能避免起动机在过载情况下的损坏。 摩擦片式离合器虽有传递

15、大转矩，防止超载损坏起动机的优点，但由于摩擦片容易磨损而影响起动机性能，需经常检查、调整或更换。同时结构也比较复杂，耗用材料较多，加下费时，修理麻烦。,返回,上一页,第五节起动机的控制装置,一、机械式控制装置 1.构造 机械式启动开关的结构如图3一18所示。 2.工作过程 机械式启动开关的工作过程如图3一19所示。 二、电磁式控制装置 电磁式控制装置一般称为起动机的电磁开关，与电磁式拨叉合装在一起，利用挡铁控制。可分为直接控制和启动继电器控制两种。 1.直接控制式电磁开关 黄河JN150汽车起动机的电磁开关，就是采用这种直接控制方式，它所用的ST614型起动机电磁开关的结构原理如图3 - 20

16、所示。,下一页,返回,第五节起动机的控制装置,2.带启动继电器控制的电磁开关 用于东风EQ140汽车的QD124型起动机就是带启动继电器控制的电磁开关的。其原理电路如图3一21所示,返回,上一页,第六节新型起动机,一、活动磁极式起动机 活动磁极式起动机与普通起动机的主要区别是它的4个磁极中有1个是活动的。这个活动磁极兼作电磁铁，其绕组兼作吸引线圈与保持线圈构成电磁开关。这种起动机的结构及控制电路如图3 - 22所示。 二、减速起动机 1.减速起动机的结构特点 所谓减速起动机，就是在起动机电枢和驱动齿轮之间增加了一套减速齿轮，一般减速比为35，因此可将起动机的工作转速设计得较高，然后通过减速机构

17、使驱动齿轮的转速降低并使转矩增加。,下一页,返回,第六节新型起动机,根据电机原理可知，若电磁功率不变，当转速增加时，则电动机的电枢直径、电枢铁芯长度可以减小。因此装用减速齿轮后，可采用小型、高速、低转矩的电动机，从而使起动机的质量与体积可减少30% 35%。这不仅提高了启动性能，而且使蓄电池的负担也可以减轻。其缺点是机械零件增加，结构及生产工艺均比传统起动机复杂。 减速起动机的减速装置有三种类型，即外啮合式、内啮合式和行星齿轮传动式(同轴式)，如图3一23所示，其传动方式如图3 - 24所示，技术性能见表3 -2。 图3一25所示的减速起动机，减速齿轮组的主动小齿轮与电枢轴直接连接，减速齿轮与

18、单向离合器直接连接。这种结构其减速比通常为3.5:1，由于有了减速齿轮可以使起动机在较小的启动工作电流下，使起动机有较大的扭矩，从而可以做到用较小容量的蓄电池顺利启动起动机。,下一页,返回,上一页,第六节新型起动机,2.减速增扭原理 电动机输出功率等于电枢轴输入减速装置的转矩与电输轴的角速度之积，即 (3-14) 减速装置输出轴上的功率等于减速装置输出轴上的转矩与其角速度之积，即 (3-15) 如果忽略减速装置的机械损失，则减速装置输出轴上的功率应当等于电动机输入减速装置的功率，即 (3-16) (3-17),下一页,返回,上一页,第六节新型起动机,由齿轮传动可知，处于啮合中的两个齿轮的角速度

19、与两齿轮的齿数成反比，即 (3-18) 将公式(3一18)代入公式(3一17)，得 (3-19),下一页,返回,上一页,第六节新型起动机,因为减速装置的传动比j(j=35)为 (3-20) 将公式(3一20)代入公式(3一19)，得 (3-21) 由此可见，减速装置输出轴上的转矩M0为电枢轴输入减速装置转矩Mi的35倍，即电动机的输出功率经过减速装置减速增扭之后，转速降低了35倍，转矩增大了35倍，从而使减速起动机起到减速增扭的作用。,下一页,返回,上一页,第六节新型起动机,三、永磁起动机 随着稀土永磁材料的出现，近年来出现了一种以永磁材料作为磁极的起动机，称为永磁起动机，它省去了传统起动机中

20、的励磁绕组。起动机的结构简化，体积、质量也相应减小。 将普通型起动机的电磁场用永久磁铁作为磁极就可制成永磁起动机。条形永久磁铁可用冷钻结法钻在起动机外壳内壁上，钻结剂可用厌氧胶或环氧型胶，也有的用片弹簧均匀地固装在起动机外壳内表面上。这种起动机的结构如图3 - 26所示。 永磁起动机相对于普通起动机体积明显减小，它适合于安装在空间较小的车辆上。永磁起动机另一个特点是在电枢的前端装有行星齿轮减速器，使电枢能以较高的转速转动，并提高起动机的转矩。,返回,上一页,第七节启动系的正确使用及检测 诊断与维修,一、启动系的正确使用 (1)经常保持蓄电池处于充足电的状态，保持蓄电池、起动机、启动开关等连接牢

21、固，接触良好。 (2)发动机启动时，每次接通起动机的时间不得超过5s，连续再次启动时应停歇1015s，连续3次以上启动应在检查启动系统是否有故障的情况下，停歇5min以上再启动否则起动机易烧毁。 (3)启动时，应挂入空挡或踩下离合器，严禁挂挡启动 (4)发动机启动后，应立即松开点火开关，使驱动齿轮及时退出，以减少单向离合器的磨损。严禁在发动机旋转时使用起动机。 (5)冬季和低温地区在进行冷机启动时，应先将发动机进行预热后，再用起动机启动 (6)发动机启动后，如果起动机不能停转，应立即关闭电源总开关或拆开蓄电池搭铁线。,下一页,返回,第七节启动系的正确使用及检测 诊断与维修,二、启动系维护要点

22、(1)日常维护中应保持起动机各部的清洁、干燥、连接牢固、接线柱及导线绝缘良好 (2)二级维护 汽车每行驶3 000 km时，应检查与清洁换向器，擦去换向器表面的碳粉和脏污。 汽车每行驶5 000 6 000 km时，应检查测试电刷的磨损程度以及电刷弹簧的压力，均应在规定范围之内。 电刷的接触面积应大于60% ,否则应研磨或更换。电刷高度不得小于710 mm ,否则应换新。 用弹簧秤测量电刷架弹簧张力，应符合标准值，张力过弱应更换。,下一页,返回,上一页,第七节启动系的正确使用及检测 诊断与维修,润滑起动机的轴承。 每年对起动机进行一次解体性保养。 三、启动电路电压降的测试 启动电路电压降测试步骤如下。 (1)将万用表的正极接线柱与电缆最接近蓄电池的正极端连接。 (2)将万用表的负极接线柱与所测电缆的另一端连接。如果没有电流流过，则读数为0，因为在没有电流的情况下，两端的电位相同。 (3)运转起动机，万用表的读数应低于0. 2 V。 (4)评估测试结果。如果电压表的读数为0，表明电缆电阻几乎为0，电缆处于良好状态。如果读数超过0. 2 V，就意味着电缆途中电阻过大，应逐段检查是否有接触不良，或者更换电缆。,下一页,返回,上一页,第七节启动系的正确使用及检测 诊断与维修,四、起动机的检修与调整 1.起动机的检修 (1)电磁开关的检