起动机故障检测与排除毕业设计

1、山东华宇职业技术学院毕业设计用纸目 录 一、引言-3二、启动机概述-3三、启动机结构和类型-31、启动机的结构-42、启动机的分类-63、启动机的型号-7四、启动机的工作原理及特性-81、启动机的工作原理-82、启动机的工作特性-8五、传动机构工作原理-91、滚珠式单向离合器-102、摩擦片式单向离合器-113、弹簧式单向离合器-12六、操纵机构工作原理-121、直接控制式电磁开关-122、启动机电容控制的电磁开关-13七、启动机故障诊断与排除-131、启动机的检修-132、启动机不转的故障诊断与排除-143、启动机无力的诊断与排除-154、启动机其他故障诊断与排除-18八、结论-21致谢-2

2、2参考文献-23摘要 本论文主要对汽车启动机的构成，各个部件，工作原理和工作过程，典型故障作了详细的介绍。进而分析了汽车启动机的故障检测和排除。然主要是叙述汽车启动机的结构，工作原理和工作过程，但是这样可以更清晰的表现出汽车启动机的故障原理。本论文对启动机的常见故障作了诊断和研究。 关键词：启动机：故障检测：故障排除 起动机故障检测与排除 作者：尹吉凯一、 引言汽车工业一直是世界发达国家的主要工业之一，在我国工业已经成为国名经济的支柱产业之一。汽车成为社会生活中不可缺少的一部分，汽车正日益广泛地深入到社会生活和人们正常生活的各个方面。中国是全球最具潜力的汽车大市场，2004年我国汽车产销量双突

3、破500万辆，呈快速增长的态势。但是在成长的同时引发了诸多安全问题，这要求汽车必须有完备的安全性能。启动机在汽车上是必不可少的，因此做好启动机的检测与排除是十分重要的。提高启动机工作的可靠性。在这过程中参阅了国内外许多有关方面的书刊，吸收了不少启动机方面的知识。二、 起动机概述起动机又叫马达，它由直流电动机产生动力，经起动齿轮传递动力给飞轮齿环，带动飞轮、曲轴转动而起动发动机。起动机是由直流串激电动机、操纵机构和离合机构所组成。它专门启动发动机，需要强大的转矩，因此要通过的电流量很大，达到几百安培。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。起动机采用直流串激式电动机

4、，转子及定子部分都是用比较粗的矩形截面铜线绕制；驱动机构采用减速齿轮结构；操纵机构采用电磁磁吸方式。三、 启动机的结构和类型1启动机的结构车用启动机一般由串励直流电动机、传动机构和操纵机构三部分组成，如图3-2所示。 （1）串励直流电动机电动机的作用是将蓄电池的电能转换为机械能产生电磁转矩。串励直流电动机由电枢、磁极、壳体等主要部件构成。电枢 电枢是直流电动机的旋转部分，包括点数周、转向器、电枢铁心、电枢绕组等部分。为了获得足够的转矩，通过电枢绕组的电流一般很大（汽油机为200-600A，柴油机可达1000A），因此电枢一般采用较粗的矩形裸铜线绕制而成.换向器由铜制换向片叠压而成，且云母片的高

5、度略低于铜制换向片的高度，为了避免 磨损的粉末落入换向器之间造成短路，启动机换向片间云母片的高度一般不能过低，电枢绕组个线圈的端头均焊接在换向器片上，通过换向器和电刷将蓄电池的电流传递给电枢绕组，并适时的改变电枢绕组中电流的方向。磁极 磁极一般由四个碳钢板制成，其内端部扩大为极掌形。每个磁极上饶有励磁绕组，两对磁极相对交错安装在电动机定子内壳上。定子与转子铁心形成的磁回路如图3所示。4个励磁线圈可相互串联后再与电枢绕组串联。电刷架与机壳 电刷架一般为框式结构，其中正极刷架与端盖绝缘，负极刷架通过机壳直接打铁。电刷置于电刷架中，正电刷与励磁绕组的末端相连，负电刷负极刷架打铁。电刷有铜粉与石墨粉压

6、制而成，呈棕红色。刷架上装有弹性较好的盘形弹簧，用来保证电刷与换向器有良好的接触。启动机壳的一端有4个检查窗口，中不有一个与壳体绝缘的电流输入接线柱，并在内部与励磁绕组的一端相连。端盖分前、后两个，前端盖由钢板压制而成，后端盖由灰口铸铁浇制而成。前后端盖均压有青铜石墨轴承套或铁剂轴承套，外围有2个或4个组装螺钉孔。电刷粘在后端盖内，前端盖上有拨叉坐，盖口有凸缘和安装螺孔，还有拧紧中间轴承板的螺钉孔。（2）传动机构 传动机构的作用是在发动机启动时，将直流电动机的转矩传递给发动机的曲轴；发动机启动后而与飞轮啮合的小齿轮没有及时回位的情况下，保护启动机不被飞轮反托。传动机构主要有单向离合器、减速机构

7、等组成。（3）操纵机构操纵机构的作用是通过控制启动机电磁开关及杠杆机构，来实现启动机传动机构与飞轮齿圈的啮合与分离，并接通与断开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。2、启动机的分类 启动机的种类很多，在各种启动机的组成部分中，电动机部分有励磁式和永磁式两种，但一般没有本质的差别。而启动机的传动和操纵机构则有很大差异，因此启动机是按传动机构和操纵机构的不同来区分的。（1）按操纵分类直接操纵式启动机 它是由脚踏或手拉杠杆联动机构直接控制启动机的主电路开关来接通或切断主电路，也称机械式启动机。电磁操纵式启动机 它由按钮或点火开关控制启动机上的电磁开关，有的还加装了继电器，

8、点火开关控制继电器的工作状态，再由继电器控制启动机的主开关来接通或切断主电路，也称电磁控制式启动机。（2）按传动机构的啮合方式分类惯性啮合式启动机 启动机旋转时，其啮合小齿轮靠惯性力自动啮入飞轮齿圈。启动后小齿轮又靠惯性力自动与飞轮齿圈脱离。强制啮合式启动机 它是靠磁力或电磁力拉动杠杆强制小齿轮啮入飞轮齿内。电枢移动式启动机 它是靠启动机磁极磁通的吸力，使电枢沿轴向移动，而使小齿轮啮入飞轮齿内，启动后再由回位弹簧使电枢回位，让驱动齿轮退出飞轮齿圈。减速式启动机 减速启动机的结构特点是在电枢和驱动齿轮之间装有一级或多级减速齿轮，它的优点是可采用小型高速低转矩的电动机，使启动机的体积减小、质量减轻

9、、并便于安装；提高了启动机的启动转矩，有利于启动机的启动。减速启动机减速机构根据结构可分为外啮合式、内啮合式、行星齿轮啮合式三种类型。外啮合式减速机构在电枢轴和启动机驱动齿轮之间利用惰轮作用中间传动，且电磁开关铁芯与驱动齿轮同轴心，直接推动驱动齿轮进行啮合，无需拨叉，一般用在小功率的启动机上，如图6所示内啮合式减速机构传动中心距小，可有较大的减速比，故适用于大功率的启动机。行星齿轮式减速启动机具有结构紧凑、传动比大、效率高等优点。由于输出轴与电枢轴同轴心、同转向，电枢轴无径向载荷，可使整机尺寸减小。3、启动机的型号 起动机的型号由五部分组成：第1部分为产品代号第2部分为电压等级第3部分为功率等

10、级第4部分为设计序号第5部分为变形代号 四、 启动机的工作原理及特性1、启动机的工作原理（1）直流电动机的工作原理电动机工作时，电流通过电刷和换向器流入电枢绕组。如图所示换向片A于正电刷接触，换向片B于负电刷接触，绕组中的电流方向为a-b-c-d，根据通电导体在磁场中受电磁力的原理（左手定则），绕组ab边、cd边均受到电磁力F的作用，由此产生逆时针方向的的电磁转矩M使电枢转动；当电枢转动至转向片A与负电刷接触时，电流改由d-c-b-a，如图所示，但电磁转矩的方向保持不变，使电枢按逆时针方向继续转动。 （2）直流电动机转矩自动调节原理 直流电动机的电枢在电磁力矩M的作用下产生转动的同时，由于绕组

11、在转动时切割磁力线而产生的感应电动势，且其方向与电枢电流IS的方向相反，故称反电动势E1，反电动势E1与磁极的磁通量和电枢的转速n成正比，即 E1=Cen U=Ef+IsRs+IsRj 当负载变化时，电动机能通过转速、电流和转矩的自动变化来满足负载的需要，使之能在新的转速下稳定工作。因此直流电动机具有自动调节转矩的功能。2、启动机的工作特性 启动机工作特性有转矩特性、转速特性和功率特性，其转矩、转速、功率与电流的关系曲线称为启动机的特性曲线。启动机的特性取决于直流电动机的特性，而串励直流电动机特性的特点是启动转矩大，机械特性软。 （1）转矩特性 启动发动机的瞬间，由于发动机的阻力矩很大，发动机

12、处于完全制动状态下，转速为零，反电动势也为零。此时电枢电流将达到最大值，电动机产生最大转矩，从而使启动机易于启动发动机。这也是汽车上多采用串励直流电动机的主要原因。（2）转速特性 串励直流电动机具有轻载转速高、重载转速低的特点。重载转速低，可以保证电动机在启动时不会超出限定值而烧毁，是启动安全可靠。（3）功率特性起动机功率必须保证发动机能够迅速可靠的启动。若功率不够将会增加启动次数，缩短蓄电池使用寿命，增加燃料消耗及低温下发动机部件的磨损。影响启动机功率的因素主要如下：接触电阻和导线电阻的影响蓄电池容量的影响温度的影响五、 传动机构工作原理 启动机的传动机构是启动机的主要组成部件，由单向离合器

13、和减速机构组成。单向离合器是启动机传动机构的重要组成部分，其作用是将电动机的转矩传递给发动机的飞轮齿圈，并使发动机迅速启动，同时又能在发动机启动后自动打滑，防止启动机被飞轮反托，保护启动机不致飞散损坏。 传动机构中的单向离合器分为滚柱式单向离合器、摩擦片式单向离合器、弹簧式单向离合器等几种。1、滚珠式单向离合器 滚柱式单向离合器是目前国内外汽车启动机中使用最多的一种。驱动齿轮采用40号中碳钢经加工淬火而成，与外壳连成一体。外壳内装有十字块，十字块与 外壳形成四个楔形槽，槽内装有四道滚柱及弹簧。十字快与花键套固定连接，壳底与外壳相互折叠密封。花键套筒的外面装有缓冲弹簧、波还击卡环。单向离合器总成

14、利用花键套与启动机轴的花键形成间隙配合，可以做轴向移动和随轴移动。滚柱式单向离合器的工作原理如图3-4所示，发动机起动时，经拨叉又将单向离合器沿电枢花键轴推出，驱动齿轮啮入发动机飞轮齿圈。由于十字块处于主动状态，随电动机电枢一起旋转，促使四个滚柱进入楔形槽的窄端，将十字快与外壳挤紧，于是电动机电枢的转矩就可有十字快经滚柱、外壳传给驱动齿轮，从而达到发动机飞轮齿圈旋转、启动发动机运转的目的。 这种滚柱式单向离合器具有结构简单、坚固耐用、体积小、质量轻、工作可靠等优点。因此得到广泛的采用。气不足是不能用于大功率启动机上。2、摩擦片式单向离合器摩片式单向离合器的驱动齿轮与外结合鼓做成一个整体，外结合

15、鼓内有4道轴向槽沟，装有钢制从动片。在花键套筒的一端表面亦有3道花键，与内结合鼓的表面也有4条轴向槽沟，装有钢或青铜制造的主动摩擦片。主动摩擦片和从动摩擦片彼此相间的排列组装。内结合鼓的外面有缓冲弹簧，端部装着拨环。发动机启动时，拨叉推动拨环使内结合鼓沿3条花键向外移动，由于螺旋花键的作用，主动和从动摩擦片被相互压紧，具有了摩擦力。当驱动齿轮啮入飞轮齿圈后，由电动机转矩使主动、从动压的更紧，摩擦力更大启动机的转矩通过摩擦传到主动摩擦片的摩擦力减小，并带动花键鼓转动，使花键鼓与螺旋花键旋松，于是主动与被动摩擦片之间的摩擦力消失而打滑，防止电枢超速飞散的危险。3、弹簧式单向离合器 弹簧式单向离合器

16、的结构如图11所示，传动套套在电枢轴的花键上，驱动齿轮套装在电枢轴前端的光滑的部分，在驱动齿轮与传动套外侧有扭力弹簧，启动发动机时，传动叉拨动拨环，并压缩缓冲弹簧，推动单向离合器移向飞轮齿圈的一端，使小齿轮啮入飞轮齿圈。电枢转动时带动传动套筒旋转，在摩擦力的作用下扭力弹簧被扭紧，将两个套筒抱死，启动机转矩便经扭力弹簧传给驱动齿轮再传给飞轮。启动机启动后，驱动齿轮被飞轮齿圈拖动，同时驱动齿轮与传动套的主从动关系也发生改变，这种改变是扭力弹簧被旋送而打滑，从而使电枢轴避免了超速运转的危险。六、 操纵机构工作原理 起动机操纵机构主要由电磁开关、拨叉、拨环等组成。主要有启动电磁开关的控制，而电磁开关又

17、受别的装置控制。如果电磁开关受点火开关的控制，则称为直接控制式电磁开关；如果在电磁开关的控制回路中加入继电器控制回路，则称为带启动继电器式电磁开关。1、直接控制式电磁开关（1）电磁开关结构特点电磁开关主要由电磁铁机构和电动机开关两部分组成。电磁铁机构由固定铁心、活动铁心、吸引线圈和保持线圈等组成。固定铁心固定不动，活动铁心可以在铜套里做轴向移动。活动铁心前端固定有推杆，推杆前端安装有开关触盘，活动铁心后段用调节螺钉和连接销与拨叉连接。铜套外面安装有复位弹簧，作用是使活动铁心等可移动部件复位。电磁开关接线的端子的排列位置如图所示（2）电磁开关工作原理当吸引线圈和保持线圈通电产生的磁通方向相同时，

18、其电磁吸力相互叠加，可以吸引活动铁心向前移动，直到推杆前端的触盘将电动开关触点接通势电动机主电路接通为止。当吸引线圈和保持线圈通电产生的磁痛方向相反时，其电磁吸力相互抵消，在复位弹簧的作用下，活动铁心等可移动部件自动复位，触盘与触点断开，电动机主电路断开。2、启动机电容控制的电磁开关 CA1091型汽车启动机由复合继电器控制。而复合继电器又由启动继电器和充电指示灯继电器组成。启动继电器中的L1线圈通过充电指示灯继电器常闭触点K2搭铁，使之具有驱动保护作用。充电指示灯继电器触点K2同时也是充电指示灯的搭铁通路，用于监测充电系统是否工作正常，触点K2由发电机的中性点的电压控制。七、 启动机故障诊断

19、与排除1、启动机的检修 （1）启动机的检修励磁绕组的检修电视绕组的检修换向器的检修电枢轴的检修电刷与刷架的检修单向离合器的检修电磁开关的检修（2）启动机的调整启动机驱动齿轮断面与端盖凸缘间距的调整电磁开关接通时刻的调整轴承及轴承位的检查2、启动机不转的故障诊断与排除（1）现象 将点火开关旋到启动位置，启动机不转。（2）故障原因 该故障可以归纳为三类，即、电源及线路部分启动继电器、启动故障。电源及线路部分的故障：蓄电池严重亏电；蓄电池正、负极柱上的电缆接头松动或接触不良；控制线路断路。启动继电器的故障：继电器线圈绕组烧毁可断路；继电器触点严重烧蚀或接触不能闭合。启动机的故障:启动机电磁开关触点严

20、重烧蚀或两个触点高度调整不当而导致触点表面不再同一平面内，使处盘不能将两个触点接通；换向器严重烧蚀导致电刷与换向器接触不良；电刷弹簧压力过小或电刷卡死在电刷架上；电刷与励磁绕组短路或正电刷搭铁；磁场绕组或电枢绕组有短路、断路或搭铁故障；电枢轴的铜套磨损过多，使电枢轴平偏心或电枢轴弯曲，导致电枢铁心“扫堂”（3）故障诊断与排除方法：打开前照大灯开关或按下喇叭按钮，若灯光较亮或喇叭声音洪亮，说明蓄电池存电较足，故障不再蓄电池；若灯光很暗或喇叭声音很小，说明电池容量严重不足；若灯不亮、喇叭不响，说明线路有故障，应坚检查电路。若灯亮喇叭响，说明故障在启动机、电磁开关或控制电路。可用螺钉旋具将电磁开关的

21、30#接柱与C接柱接通。若起动机不转，则启动机有故障；若启动机空转正常，说明电磁开关或控制电路有故障。诊断启动机故障时，可用螺钉旋具短接30#与C接线柱时产生火花的强弱来辨别。若短接时无火花，说明磁场绕组、电枢绕组或电刷引线等有段路故障；若短接时有强烈火花而启动机不转，说明启动机内部有短路或搭铁故障，需拆下启动机进一步检查。检测电磁开关或控制电路故障时，可用导线将蓄电池正极与电磁开关50#柱接通如果接通时，如果启动机不转，说明电磁开关故障，应拆下检修或更换电磁开关；如果通电时启动机转，说明开关回路或控制回路有段路故障。判断开关回路还是控制回路故障时，可根据是否有启动继电器吸合的影响来判断。若有

22、继电器吸合的响声，说明开关回路有断路故障；若无继电器吸合的声音响，说明是控制回路有段路故障。排除线路的断路故障，可用万用表或试灯逐段检查排除。3、启动机无力的诊断与排除（1）现象 将点火开关旋至启动档时，启动机能运转，但功率明显不足，时转时停。（2）故障原因蓄电池储存电量不足或有短路故障导致供电能力降低。启动机回路接触电阻增大使启动机工作电流减小，接触电阻增大的原因包括蓄电池正、负极柱上接触不良；启动机电磁开关触点与导电盘烧蚀；电刷与换向器接触不良或换向器烧蚀等。启动机磁场绕组或点数绕组间短路使启动机输出功率降低。启动机装配过紧有“扫堂”现象发动机阻力矩过大（3）故障诊断与排除方法检查电池容量

23、，若容量不足，可用容量充足的蓄电池辅助检测方法加以排除。检查蓄电池接头启动电磁开关的松动情况，若松动，加以紧固。若怀疑启动机内部故障，可用同型号无故障的启动机替换加以排除。确认是起动机内部故障时，应进一步拆检启动机。案例:故障现象：打启动机时，有时能运转将发动机启动、有时不运转不能将发动机启动。 故障检修： 故障现象是打启动机时，有时启动机转动能将发动机启动；有时则不转动。在启动机不转动时，其电磁开关有吸动的“嗒、嗒”声。 检修时，首先检查蓄电池，确认其电量充足。然后把启动机从发动机上拆下来，解体检查。检查中发现它的四只电刷过度磨损，整流子表面有明显的烧痕。由于电刷和整流子接触不良，造成了启动

24、机时转时不转的故障。用车床把整流子表面修复，再更换四只新的电刷，将启动机修复后装车试验。此时打启动机，启动机正常驱动发动机，发动机也顺利着车。故障完全排除。 故障现象同一。在启动机不能正常转动时，表现为动力下降。 检修时，首先检查蓄电池，确认其电量充足。然后把启动机从发动机上拆下来，在拆卸过程中发现启动机的前滑动轴承已从发动机后瓢上的轴承孔中脱出。启动机转子因前轴承损坏失去支撑，造成了转子扫膛动力下降，所以有时无力驱动发动机运转。 取一新的铜质滑动轴承，按工艺要求镶在发动机后瓢上的轴承孔内，再把启动机做例行保养后装车试验。此时打启动机，启动机正常驱动发动机，发动机也顺利着车。故障完全排除。 故

25、障现象同一。在启动机不运转时，电磁开关也没有“嗒、嗒”的吸合声。 检修时，首先检查蓄电池，确认其电量充足。在机舱内蓄电池右侧找到启动机电磁开关驱动线，将其连接器脱开。从蓄电池直接引火线接通电磁开关驱动线，此时启动机正常驱动发动机。初步判断可能是点火开关启动挡的触点有时接触不良而引发上述故障。换装一只新的点火开关后，再打启动机，启动机完全恢复了正常功能。故障完全排除。 故障现象同一。其症状表现为毫无规律性。 检修中，首先检查蓄电池，确认其电量充足。然后把启动机从发动机上拆下来，解体检查。在解体过程中，发现机内有尼龙碎屑，仔细观察发现其尼龙拨叉的支撑架已破裂。由于支撑架在安装孔中，不解体时虽破裂尚

26、能维持原形，只是有时丧失支撑功能，所以造成了上述故障。 取一新的拨叉总成将启动机修复，然后装车试验。此时打启动机，启动机正常驱动发动机运转，发动机也顺利着车。故障完全排除。 故障现象同一。但明显症状是在打启动机时其电磁开关吸而复放、频繁动作。 检修中，首先检查蓄电池，确认其电量充足。然后把启动机从发动机上拆下来。从故障现象分析该电磁开关的吸拉线圈工作正常；而保持线圈工作异常。将电磁开关从启动机上拆下来，经测试果然其保持线圈断路。取一只新的电磁开关装在启动机上，然后把启动机装到车上试验。此时打启动机。启动机正常驱动发动机运转，发动机也顺利着车。故障完全排除。4、启动机其他故障诊断与排除（1）启动

27、机空转的故障诊断与排除现象 启动发动机是，启动机运转且转速很高，响声较大而发动机不运转。故障原因 单向离合器打滑，不能传递驱动力矩。排除方法 更换单向离合器故障即可排除。（2）驱动齿轮与飞轮齿圈啮合异响的故障诊断与排除现象 启动发动机时驱动齿轮不能顺利啮入飞轮齿圈，有齿轮撞击声。故障原因 驱动齿轮或飞轮齿圈轮齿磨损过甚或个别齿损坏；启动机调整不当，驱动齿轮端面与端盖凸缘间的距离过小。当驱动齿轮与飞轮齿磨损过甚，启动机主电路就已经接通，于是驱动齿轮高速旋转着与静止的齿轮啮合而发生的撞击声。排除方法 若是齿轮损坏或个别齿损坏，则更换驱动齿轮、飞轮齿圈。若是启动机调整不当，则按要求调整好启动机。（3

28、）启动机电磁开关异响的故障诊断与排除现象 启动发动机时电磁开关发出异响故障原因 电磁开关保位线圈短路或搭铁不良；蓄电池严重亏电或内部短路；启动继电器断开电压过高。排除方法 启动发动机时，用万用表检测蓄电池电压不得低于9.6V。若电压过低，说明严重亏电或内部短路，应予更换。若蓄电池没有问题，启动时电磁开关应有异响，应拆检电磁开关的保位线圈是否短路或搭铁不良。案例：CA1091型汽车起动机故障及排除 故障现象：一辆CA1091型汽车，用起动机起动发动机时，点火开关转到起动挡后，能听到吸动触点的“咔嗒”声，但起动机无反应。 故障检查：开始判断为起动机磁力开关拉保线圈断路，但更换磁力开关后故障依旧。后又怀疑蓄电池存电不足，换上新蓄电池起动机仍无反应。于是用导线连接起动机开关接柱，起动机即运转正常;再用导线连接火线接柱和拉保线圈接柱，发动机便能正常起动。据此，判断为组合继电器电源接柱与起动接柱之间断路。经进一步检查，发现点火开关转到起动挡后，组合继电器常闭触点上的衔铁虽能被