精品课教案第3章docWord文档下载推荐.docx

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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。

传动机构的作用是在发动机起动时使起动机轴上的小齿轮啮人飞轮齿圈，将起动机的转矩传递给发动机曲轴；

在发动机起动后又能使起动机小齿轮与飞轮齿圈自动脱开。

3．操纵机构

操纵机构的作用是用来接通和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。

3．1．2起动机的分类

在各种起动机的三个组成部分中，电动机部分一般没有本质的差别。

但近些年来，由于出现了永磁式起动机，因此，按磁场产生的方式可将起动机分为励磁式起动机和永磁式起动机。

永磁式起动机以永磁材料为磁极，由于电动机中无磁极绕组，故可使起动机结构简化，体积和质量都可相应减小。

而起动机的传动机构和操纵机构则有很大差异，因此起动机主要是按传动机构和操纵机构的不同来分类的。

1．按操纵机构分类

⑴．直接操纵式起动机

它是由脚踏或手拉杠杆联动机构直接控制起动机的主电路开关来接通或切断主电路，也称机械式起动机。

这种方式虽然结构简单、工作可靠，但由于要求起动机、蓄电池靠近驾驶室，而受安装布局的限制，因而操作不便，已很少采用。

⑵．电磁操纵式起动机

它是由按钮或点火开关控制继电器，再由继电器控制起动机的主开关来接通或切断主电路，也称电磁控制式起动机。

这种方式可实现远距离控制，操作方便，在现代汽车上广泛采用。

2．按传动机构的啮合方式分类

⑴．惯性啮合式起动机

起动机旋转时，其啮合小齿轮靠惯性力自动啮入飞轮齿圈。

起动后，小齿轮又借惯性力自动与飞轮齿圈脱离。

这种啮合机构结构简单，但不能传递较大的转矩，而且可靠性较差，已很少采用。

⑵．强制咽合式起动机

它是靠人力或电磁力拉动杠杆强制小齿轮啮人飞轮齿圈的。

这种啮合机构结构简单、动作可靠、操作方便，仍被现代汽车所采用。

⑶．电枢移动式起动机

它是靠起动机磁极磁通的吸力，使电枢沿轴向移动而使小齿轮啮人飞轮齿圈的，起动后再由回位弹簧使电枢回位，让驱动齿轮退出飞轮齿圈。

这种啮合机构多用于大功率的柴油发动机上。

⑷．齿轮移动式起动机

它是靠电磁开关推动安装在电枢轴孔内的啮合杆，使小齿轮啮入飞轮齿圈的。

⑸．减速式起动机

它也是靠电磁吸力推动单向离合器，使小齿轮啮人飞轮齿圈的。

减速起动机的结构特点是在电枢和驱动齿轮之间装有一级减速齿轮（一般减速比为3～4），它的优点是：

可采用小型高速低转矩的电动机，使起动机的体积减小、质量约减少35％，并便于安装；

提高了起动机的起动转矩，有利于发动机的起动；

电枢轴较短，不易弯曲；

减速齿轮的结构简单、效率高，保证了良好的机械性能。

同时拆装修理方便。

减速起动机减速机构根据结构可分为外哨合式、内啮合式和行星齿轮哨合式三种类型。

外啮合式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，无需拨叉。

因此，起动机的外形与普通的起动机有较大的差别。

图3．3是丰田系列汽车用外啮合式减速起动机。

但有些外啮合式减速机构中间不加惰轮，驱动齿轮必须通过拨叉拨动才能进行啮合。

外啮合式减速机构的传动中心距较大，因此受起动机结构的限制，其减速比不能太大，一般用在小功率的起动机上。

内啮合式减速机构传动中心距小，可有较大的减速比，故适用于较大功率的起动机。

但内啮合式减速机构的驱动齿轮仍须拨叉拨动进行啮合，因此，起动机的外形与普通起动机相似。

图3．4是国产QD254型减速起动机原理图。

行星齿轮啮合式减速机构结构紧凑、传动比大、效率高。

由于输出轴与电枢轴同心、同旋向，电枢轴无径向载荷，可使整机尺寸减小。

除了结构上增加行星齿轮减速机构之外，由于行星齿轮啮合式减速起动机的轴向位置结构与普通起动机相同，因此配件可通用。

行星齿轮咽合式减速机构见图3．5。

3．1．3起动机的型号

根据中华人民共和国行业标准QC／T73－93汽车电气设备产品型号编制方法》规定，起动机的型号如下：

第1部分为产品代号：

起动机的产品代号QD、QDJ、QDY分别表示起动机、减速起动机及永磁起动机。

第2部分为电压等级代号：

l－12V；

2－24V；

3－6V。

第3部分为功率等级代号：

其含义见表3．l。

第4部分为设计序号。

第5部分为变形代号。

例如，QD124表示额定电压为12V、功率为l－2kw、第四次设计的起动机。

3．2直流电动机

串励直流电动机是起动机最主要的组成部件，它的工作原理和特性决定了起动机的工作原理和特性。

3．2．1串励直流电动机的构造

串励直流电动机由电枢、磁极等主要部件构成。

1．电枢

电枢是直流电动机的旋转部分，包括电枢轴、换向器、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为200－600A，因此电枢绕组采用较粗的短形探铜线绕

制出成型绕组。

电枢绕组一般采用单波绕组，图3．6为QD124型起动机电枢绕组的展开图，其中，铁心27槽，换向片27片，槽节距l－8，换向器节距l－14，线圈数27个，铜线截面积2.0×

4．4㎜2。

电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器片上，通过换向器和电剧将蓄电池的电流引进来。

换向片和云母片叠压成换向器，为了避免电刷磨损的粉末落入换向片之间造成短路，起动机换向片间的云母一般不必割低。

2．磁极

磁极一般是4个，两对磁极相对交错安装在电动机定子内壳上。

定于与转子铁心形成的磁回路见图3.7，低碳钢板制成的机壳也是磁路的一部分。

4个励磁线圈可互相串联后再与电枢绕组串联，也可两两串联后并联再与电枢绕组串联，见图3．8。

起动机内部接线见图3．9，励磁绕组一端接在外壳的绝缘接线柱1上，另一端与两个非搭铁电剧相连。

当起动开关接通时，起动机的电路为：

蓄电池正极→接线技l→励磁绕组4→电刷→一电枢绕组→搭铁电刷5→搭铁→蓄电池负极。

3．电刷架与机壳

电刷架一般为框式结构，其中正极刷架与瑞盖绝缘地固装，负极刷架直接搭铁。

电刷置于电刷架中，电刷由铜粉与石墨粉压制而成，呈棕红色。

刷架上装有弹性较好的盘形弹簧。

起动机机壳的一端有4个检查窗口，中部只有一个电流输入接线柱，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，后端盖由发口铸铁浇制而成，是缺口杯状。

它们的中心均压装着青铜石墨轴承套或铁基含油轴承套，外围有2个或4个组装螺孔。

电刷装在前端盖内，后端盖上有拨叉座，盖口有凸线和安装螺孔，还有拧紧中间轴承板的螺钉孔。

3．2．2串励直流电动机的工作原理；

1．电磁转矩的产生

它是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用的原理而制成的。

其工作原理如图3．10所示。

电动机工作时，电流通过电刷和换向片流入电枢绕组。

如图3．10（a）所示，换向片A与正电刷接触，换向片B与负电刷接触，绕组中的电流从a→d，根据左手定则判定绕组匝边ab、cd均受到电磁力厂的作用，由此产生逆时针方向的电磁转矩M使电枢转动；

当电枢转动至换向片A与负电刷接触，换向片B与正电刷接触时，电流改由d→a，见图3．10（b），但电磁转矩的方向仍保持不变，使电枢按逆时针方向继续转动。

由此可见，直流电动机的换向器可将电源提供的直流电转换成电枢绕组所需的交流电，以保证电枢所产生的电磁力短的方向保持不变，使其产生定向转动。

但实际的直流电动机为了产生足够大且转速稳定的电磁力矩，其电枢上绕有很多组线圈，换向器的铜片也随其相应增加。

根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量Φ及电枢电流Is之间的关系为

M＝CmΦIs

式中，Cm为电动机的转矩常数，它与电动机磁极对数人电枢绕组导线总根数Z及电枢绕组电路的支路对数a有关，即Cm＝PZ／（2πa）。

2．直流电动机转矩自动调节原理

根据上述原理分析，电枢在电磁力矩M作用下产生转动。

由于绕组在转动时切割磁力线而产生感生电动势，并根据右手规则判定其方向与电枢电流Is的方向相反，故称反电动势Ef。

反电动势Ef与磁极的磁通量。

和电枢的转速n成正比，即

Ef＝CeΦn

式中的Ce为电机的电动势常数。

由此可推出电枢回路的电压平衡方程式，即

U＝Ef＋IsRs

式中的Rs为电枢回路电阻，其中包括电枢绕组的电阻和电剧与换向器的接触电阻。

在直流电动机刚接通电源的瞬间，电枢转速n为零，电枢反电动势也为零。

此时，电枢绕组中的电流达到最大值，即Iam＝U／Rs，将相应产生最大电磁转矩，即Mmax，若此时的电磁转矩大于电动机的阻力短Ms，电枢就开始加速转动起来。

随着电枢转速的上升，Ef增大，Is下降，电磁转矩M也就随之下降。

当M下降至与Ms相平衡（M＝Ms）时，电枢就以此转速运转。

如果直流电动机在工作过程中负载发生变化，就会出现如下的变化。

工作负载增大时，M＜Ms→n↓→Ef↓→Is↑→M↑→M＝Ms，达到新的稳定；

工作负载减小时，M＞Ms→n↑→Ef↑→Is↓→M↓→M＝Ms，达到新的稳定。

可见，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功能。

3．2．3起动机的工作特性

起动机的转短、转速、功率与电流的关系称为起动机的特性曲线。

起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起动转矩大，机械特性软。

1．转矩特性

对于串励直流电动机，其磁场电流Ij与电枢电流Is相同，并且磁极未饱和时，磁通Φ与电枢电流成正比，即Φ＝C1Is。

所以，串励直流电动机的转矩可表示为

M＝CmIsΦ＝C1CmIs2

可见，在磁极未饱和的情况下，串励直流电动机的电磁转矩M与电枢电流Is的平方成正比。

由直流电动机的转矩特性（图3．11）可知，只有在磁场饱和后，串励直流电动机的电磁转矩才与电枢电流成正比。

而当电枢电流相同时，串励电动机产生的电磁转矩要比并励电动机大得多，这是起动机采用串励直流电动机的原因之一。

2．机械特性

串励直流电动机转速n与电枢电流Is的关系式为

n＝

相比而言，串励电动机在磁极未饱和时，由于Φ不为常数，当Is增加，即电磁转知增大时，由于Φ。

与Is（Rs＋Rj）同时随之增加。

因此，电枢转速n随Is（M）的增大下降较快，故具有较软的机械特性，见图3．12。

从机械特性同样可以看出，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，可以保证电动机在起动时（重载）不会超出限定值而烧毁，使起动安全可靠。

这是起动机采

用串励直流电动机的又一原因。

但由于其轻载或空载时转速很高，容易造成“飞散”事故，故对于功率较大的串励直流电动机，不允许在轻载或空载下运行。

3．功率特性

起动机功率由电动机电枢转矩M和电枢的转速n来确定，即

P＝

由转矩特性、机械特性及上式可得到起动机特性曲线，见图3．13。

在完全制动状态（n＝0）和空载（M＝0）时，起动机的功率等于零；

电