起动机工作原理.docx

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起动机工作原理

汽车起动机工作原理

、

一、起动机的组成分类和型号

1、组成：

直流电动机－－产生电磁转矩

传动装置（啮合机构）－－起动时，啮合传动；起动后，打滑脱开

控制装置（电磁开关）－－接通、切断电动机与蓄电池之间的电路

2、分类

（1）按控制装置分为：

直接操纵式

电磁操纵式

（2）按传动机构的啮合方式分为：

惯性啮合式－－已淘汰

强制啮合式－－工作可靠、操纵方便、广泛应用

电枢移动式－－结构较复杂，大功率柴油车

齿轮移动式－－电磁开关推动啮合杆

减速式－－质量体积小，结构工艺复杂

3、型号

（1）产品代号：

qd－－表示起动机

qdj－－表示减速起动机

qdy－－表示永磁起动机

（2）电压等级：

1－12v；2－24v

（3）功率等级：

1－0~1kw；2－1~2kw;9－8~kw

（4）设计序号

（5）变型代号：

拼音大写字母表示，多表示电气参数的变化

qd1225－－12v，1~2kw，第25次设计，普通式起动机

二、发动机的起动性能和工作特性

1、发动机的起动性能评价指标有：

（1）起动转矩

（2）最低起动转速

（3）起动功率

（4）起动极限温度

1、起动转矩

起动机要有足够大的转矩来克服发动机初始转动时的各种阻力。

起动阻力包括：

（1）摩擦阻力矩

（2）压缩阻力矩

（3）惯性阻力矩

2、最低起动转速

（１）在一定温度下，发动机能够起动的最低曲轴转速。

汽油机一般约为50~70r/min，最好70~100r/min以上。

（２）起动机传给发动机的转速要大于发动机的最低转速：

若低于这个转速，汽油泵供油不足，气流速度过低，可燃混合气形成不充分，还会使压缩行程的散热损失和漏气损失增加，导致发动机不能起动。

3、起动功率

起动机所具有的功率应和发动机起动所必需的起动功率相匹配。

而蓄电池的容量与起动机的容量应成正比

p=（450~600）p/u

4、起动极限温度

当环境温度低于起动极限温度时，应采取起动辅助措施：

（1）加大蓄电池容量

（2）进气加热

（3）电喷车低温补偿

2、起动机的工作特性

1、起动机工作特性图

2、分析

当i=0时，m=0，所以，p=0，转速n达到最大，n=nmax（起动机空载）；

当i=imax时，n=0，所以，p=0，输出转矩达到最大m=mmax（起动机制动）。

空载和制动的工作情况，常用来检验起动机的故障：

空载时转速低于规定值，同时电流大，说明有机械故障；

制动实验时，电源电压和电流正常，转矩下降，有电路故障

3、影响起动机工作特性的因素

（1）蓄电池的容量和充电情况

容量大，充电充足，阻小，供给起动机电流大，起动机的功率、转速、制动力矩都大。

（2）起动电路的电阻影响

起动机部电阻和起动线路电阻越大，起动机得输出功率、转速、制动力矩均会降低。

（3）环境温度的影响

环境温度低时，起动性能不好。

三、通用型起动机的构造

四、直流电动机

1、概述

在现代汽车中，普遍采用电力起动，它以蓄电池为电源，以直流电动机为动力，通过传动装置和控制机构进行工作。

它在工作时有两个显著特点：

一是扭矩大；

二是工作时间短。

2、直流串励式电动机结构

（1）作用－－产生转矩。

（2）要求－－零件的机械强度高，电路电阻小。

（3）组成：

1、电枢

产生电磁转矩

电枢线圈是用扁铜线绕成，较粗且匝数少；电枢轴中部位置制有螺旋齿槽，用以装置啮合器，有些起动机除两端装有衬套外，中间还装有支承衬套。

为了防止轴向窜动，轴的前端制有槽，用于装置锁板机构，轴的后端制有槽，用于装置止动挡圈及弹性档圈。

2、磁极

由外壳、磁极、磁场线圈等部分组成。

外壳壁装有四个磁极（有些是二个磁极），在其上面装有磁场线圈，相对的是同极，相邻的是异极。

磁场线圈用扁而粗的铜线（或小铜线并联的方法）绕成。

磁场线圈采用串联或并联，一端与外壳上的绝缘接柱（即磁场接柱）相连，另一端与正电刷相连，线路连接如图所示。

由磁极、磁场绕组和机壳组成。

磁场与磁路见图。

3、电刷组件

用铜粉和碳粉（或石墨）压制而成。

一般有四个，相对的电刷为同极。

两个负电刷搭铁，两个正电刷接磁场线圈，它们在压簧的作用下紧密地与换向器接触。

4、换向器和电刷

三、直流电动机的工作原理

将通电导线放入磁场中，导线会在磁场力的作用下做有规律的运动（其运动方向可以用电动机左手定则来判断），这是直流电动机能够转动的基本道理。

直流电动机工作原理：

上图是最简单的直流电动机，它由磁场、电枢线圈、换向器和电刷等机件组成。

当线圈在垂直位置时，如图（a），电刷不与换向器接触，线圈中没有电流通过，因此电枢线圈不转动。

如将电枢线圈稍向顺时针方向转过一些，如图（b），换向器片分别与两电刷接触，线圈中有电流通过，其方向是从线圈i边流入，从ⅱ边流出。

根据左手定则可以判定，线圈i边向下运动，ⅱ边向上运动，电枢线圈向顺时针方向转动。

当线圈转到如图（c）的位置时，换向器片不与电刷接触，线圈中无电流通过，此时，电枢线圈在惯性作用下转过这个位置。

当线圈转过垂直位置时，换向器片又与两电刷接触，如图（d）所示。

但此时换向器片已经调换了位置。

因此电流从线圈ⅱ边流入，从i边流出。

根据左手定则可以判定，线圈i边向上运动，ⅱ边向下运动，电枢线圈仍向顺时针方向转动。

这样，使电流不断地通入线圈，线圈便按一定方向继续不停地转动。

一个线圈的电动机，虽能旋转，但转动力量小，转速也不稳定，而且在图（a，c）的位置时不能转动。

所以，实际使用的起动电动机都是由较多的线圈和配有相应换向片构成，同时采用多对电磁铁来产生较强的磁场。

但其工作原理还是一样的。

四、电动机转矩自动调节特性

电动机的电磁转矩m取决于磁通φ、

电枢电流ia的乘积，即

m=cmφia

其中cm－电机结构常数

1、反电动势

直流电动机拖动负载，当负载发生变化时，电动机的电枢转速、电枢电流、电磁转矩均会自动的作相应的变化，以满足不同负载的需要。

其原理如下：

通电的线圈在磁场中受力而转动，运动的线圈切割磁力线产生电动势，电动势的方向和线圈电流方向相反，电动势的大小为：

e反=ceφn

其中，ce－－电机结构常数；φ－－磁极磁通；n－－电枢转速。

２、电动机工作时，电压平衡方程式为：

ub=e反+iara

该公式称为电动机发电机一体公式

即电动机在一定条件下可以变成发电机，用于电机制动和储能

3、转矩自动调节过程

电枢电流为：

ia=（ub-e反）/ra

分析：

当负载↓→轴上阻力矩↓→电枢转速↑→e反↑→ia↓→电磁转矩↓→直至电磁转矩减至与阻转矩相等→电机拖动负载以较高转速平稳运转；

当负载↑→轴上阻力矩↑→电枢转速↓→e反↓→ia↑→电磁转矩↑→直至电磁转矩增至与阻转矩相等→电机拖动负载以较低转速平稳运转。

五、传动装置（啮合机构－－离合器）

发动机起动时，使起动机的驱动齿轮和发动机飞轮齿环啮合，将电动机的转矩传给飞轮；发动机起动后，自动切断动力传递，防止电动机被发动机带动，超速旋转而破坏。

起动机驱动齿轮与曲轴飞轮齿环之间的传动比很大，在传动机构中设置了单向离合器，起动时传递断联系。

外形见下图。

啮合器（离合器）

啮合器有多种型式，通常汽车起动机上普遍采用超越式啮合器。

啮合器的构造如下图所示，主要由起动齿轮（小齿轮），单向滑轮，传动导管、推入弹簧和套筒等部分组成

超越式啮合器

单向滑轮

单向滑轮的构造如下图所示，图形外座圈2与传动导管1的一端固装在一起，外座圈部制成“+”字形空腔。

起动齿轮7的尾部成圆柱形，伸在外座圈的空腔，使四周形成四个楔形的小腔室，装有滚柱。

在楔形腔室较宽的一边的座圈孔，还装有弹簧4和压帽5，平时弹簧经压帽将滚柱压向楔形室较窄的一面。

滑轮外包铁壳6，起密封和保护作用。

为增加承载能力，现单向滑轮常制有五个腔室，采用扁形弹簧，不需钻孔和压帽。

滚柱式单向离合器

1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽弹簧；6-垫圈；7-护盖；8-花键套筒；9-弹簧座；10-啮合弹簧；11-拨环；12-卡簧

单向滑轮的工作

1、飞轮2、起动齿轮3、外座圈4、起动齿轮尾部5、滚柱6、压帽7、弹簧

离合器的作用是：

①在起动发动机时，将起动机产生的动力传给飞轮，以带动发动机起动；②当发动机起动后，迅速将发动机与起动机间的动力切断，避免起动机超速旋转而损坏。

离合器的工作情况如下：

当传动叉拨动套筒，推动单向离合器向后移动而使起动齿轮和飞轮环齿啮合时，起动机开关便把电路接通，电枢开始旋转，它带动单向滑轮的外座圈转动。

在外座圈壁的摩擦力作用下，滚柱向楔形腔室窄的一边滚动，紧紧地卡在外座圈和起动齿轮尾部之间，从而起动齿轮同起动机一起旋转，驱动飞轮

当发动机起动后，起动齿轮被飞轮带着超速旋转。

它的转速高于电枢转速，此时，起动齿轮尾部带动滚柱克服弹簧的力，使滚柱向楔形腔室较宽的一边滚动，于是滚柱在起动齿轮尾部与外座圈间发生滑摩，导致起动齿轮和外座圈以及电枢脱离联系，此时仅起动齿轮随飞轮旋转，从而避免了电枢超速旋转导线在强离心力作用下甩出的危险，

滚柱式单向离合器

优缺点

结构简单、加工方便，成本低；

轴向尺寸长，适用于大功率起动机。

摩擦片式离合器构造

六、控制装置（电磁开关）

电磁开关主要由电动机开关和磁力线圈组成，见下图中虚线部分所示。

电磁开关壳体的前部，装有电动机开关的c和30接线柱和磁力线圈50接柱，活动触盘装在触杆上，与触杆上的机件绝缘，起动机不工作时，在回位弹簧的作用下，使触盘与触点保持分开状态。

电磁开关构造（虚线部分）

控制装置作用

控制装置的作用是控制驱动齿轮和飞轮的啮合与分离；

控制电动机电路的接通与切断。

常用的装置有机械式和电磁式

汽车上广泛使用电磁式控制装置（电磁开关）。

qd124型起动机电磁控制装置构造如下图

磁力线圈的作用

磁力线圈的作用:

是用电磁力来操纵啮合器和电动机开关工作的。

磁力线圈由导线粗、匝数少的拉动线圈和导线细，匝数多的保持线圈组成。

拉动线圈的两端分别接在c和50接柱上。

保持线圈的两端分别接在50接柱和搭铁上。

引铁活装在电磁开关引铁套，引铁尾部装有连接钩，与传动杆上部相连，有些连接钩可以借其螺纹进行调整。

减速起动机

1、传动壳（后端盖）2、啮合器及怠速齿轮3、钢珠4、回位弹簧5、电磁开关6、螺栓8、电枢7、起动机外壳（轭）9、电刷架10、电动机前端盖11、毡垫圈12、轭及电枢13、拉紧螺栓

七、减速起动机的构造

机主要由电磁啮合开关，减速齿轮，电动机、起动齿轮（小齿轮）及单向啮合器等部分组成，如图9，10所示。

减速起动机和传统起动机一样，都是串激式起动机，它们的结构大体相似。

但是，减速起动机具有以下显著特点：

①动力输出结构分为电枢轴和传动轴两部分。

电枢轴两端用滚珠轴承支承，负荷分布均匀，使用时间长，不易磨损，电枢较短，不易出现电枢轴弯曲，磨坏磁场绕组的情况。

减速起动机图

②采用了减速装置，在转子和起动齿轮之间，安装有减速齿轮，起动电动机传递给起动齿轮的扭距就会增大。

利用电磁开关，使得承担电动机（经减速齿轮后）的动力输出是起动齿轮和起动齿轮轴，而啮合器部分不动。

输出功率小的起动机，常采用外啮合方式，输出功率大的起动机采用啮合方式。

③减速起动机采用电磁开关操纵，有些备有辅助开关（或称副开关）。

它的作用是防止烧坏电磁开关和电门（起动）开关。

分级接通电源，大大降低了起动机损坏的可能性，从而延长了起动机的使用寿命。

减速装置

在电动机的电枢轴和输出轴之间，设置了齿轮减速装置。

1）作用：

通过转矩的倍增作用，使起动机的输出特性适应发动机的起动要求。

齿轮减速比一般为3～5。

2）结构型式：

见上图

减速装置齿轮结构形式

（1）外啮合齿轮减速器；

（2）啮合齿轮减速器；

（3）行星齿轮减速器。

传动机构及控制装置

1）减速起动机的传动装置（单向离合器）

仍采用滚柱式单向离合器，结构形式和普通起动机相同，但耐冲击要求提高了。

2）减速起动机的控制装置

电磁开关和普通起动机相同。

但单向离合器的操纵有两种型式：

（1）拨叉式：

和普通起动机相同，用在行星减速机构上。

（2）直动齿轮式：

驱动齿轮和引铁装在一起，用在平行轴外啮合式减速机构上

（3）减速起动机的体积和重量大约是传统起动机的一半，节约了原材料，同时拆装修理很方便。

（4）减速起动机的磁极对数与传统的起动机一样，但磁场线圈绕组常采用小导线多根半联的方法，电枢绕组的绕法虽与传统的原理相同，但制造工艺先进。