直流電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、1緒論2011年以來(lái)，隨著政府刺激內(nèi)需政策效應(yīng)的逐漸顯現(xiàn)以及國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的好轉(zhuǎn)，減速起動(dòng)機(jī)下游行業(yè)進(jìn)入新一輪景氣周期從而帶來(lái)減速起動(dòng)機(jī)市場(chǎng)需求的膨脹，減速起動(dòng)機(jī)行業(yè)的銷(xiāo)售回升明顯，供求關(guān)系得到改善，行業(yè)盈利能力穩(wěn)步提升。減速起動(dòng)機(jī)面臨巨大的市場(chǎng)投資機(jī)遇，行業(yè)有望迎來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。1.1減速起動(dòng)機(jī)發(fā)明和變遷起動(dòng)用的起動(dòng)機(jī)是在一次顧客駕駛事故后開(kāi)始研制的。一開(kāi)始汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)起動(dòng)，有些是采用機(jī)械裝置，有一些是用氣動(dòng)的，也有些是用電驅(qū)動(dòng)的方式。但是對(duì)各種自起動(dòng)的嘗試均因可靠性、有效性、緊湊性等方面的不足。為了起動(dòng)機(jī)的輕量化改善起動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵在于提高起動(dòng)電機(jī)的輸出功率和力矩。傳統(tǒng)的起動(dòng)機(jī)要達(dá)到這一

2、目的，必須增加體積和重量, 而采用減速機(jī)構(gòu)既是提高輸出功率和力矩的有效方法。減速電機(jī)有電勵(lì)磁減速和永磁減速兩種，他們都具有減小體積、減輕重量、提高比功率，降低成本、提高工效、增加收益，增加功率和力矩的輸出，改善起動(dòng)性能，延長(zhǎng)壽命等優(yōu)越性。雖然我國(guó)汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的年產(chǎn)量巨大，行業(yè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，但其整體產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力卻處于一個(gè)相對(duì)低的水平。事實(shí)上，我國(guó)絕大多數(shù)汽車(chē)起動(dòng)機(jī)制造廠家的現(xiàn)狀是：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面, 沒(méi)有完全自主的設(shè)計(jì)能力, 對(duì)影響其產(chǎn)品性能的各種參數(shù)沒(méi)有充分了解；在材料、制造工藝水平、質(zhì)量提高方面依靠經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際試驗(yàn)較多，借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)較少，故其產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)化周期較長(zhǎng); 在起動(dòng)機(jī)性

3、能檢測(cè)方面，集成度、通用性、自動(dòng)化程度不高，有的還相當(dāng)落后，處于手工或半自動(dòng)檢測(cè)的水平。因此，目前很有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外起動(dòng)機(jī)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展研究概況進(jìn)行總結(jié)， 并針對(duì)我國(guó)汽車(chē)起動(dòng)機(jī)行業(yè)的現(xiàn)狀提出一些新的研究課題。1.2減速起動(dòng)機(jī)的分類(lèi)和特點(diǎn)1.2.1減速起動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（1）外嚙合式減速起動(dòng)機(jī)其減速機(jī)構(gòu)在電樞軸和起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪之間利用惰輪作中間傳動(dòng)，且電磁開(kāi)關(guān)鐵心與驅(qū)動(dòng)齒輪同軸心，直接推動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪進(jìn)入嚙合，無(wú)需撥叉。因此，起動(dòng)機(jī)的外形與普通的起動(dòng)機(jī)有較大的差別。通常分有惰輪外嚙合式減速起動(dòng)機(jī)和無(wú)惰輪外嚙合式減速起動(dòng)機(jī)。外嚙合式減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中心距較大，因此受起動(dòng)機(jī)構(gòu)的限制，其減速比不能太大，一般不大于

4、5，多用在小功率的起動(dòng)機(jī)上。（2）內(nèi)嚙合式減速起動(dòng)機(jī)其減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中心距小，可有較大的減速比，故適用于較大功率的起動(dòng)機(jī)。但內(nèi)嚙合式減速機(jī)構(gòu)噪聲較大，驅(qū)動(dòng)齒輪仍需撥叉撥動(dòng)進(jìn)入嚙合，因此，起動(dòng)機(jī)的外形與普通起動(dòng)機(jī)相似。（3）行星齒輪式減速起動(dòng)機(jī)減速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高。由于輸出軸與電樞軸同軸線、同旋向，電樞軸另外，行星齒輪式減速起動(dòng)機(jī)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載平均分配在三個(gè)行星齒輪上，可以采用塑料內(nèi)齒圈和粉末冶金的行星齒輪，使質(zhì)量減輕、噪聲降低；盡管增加行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，但是起動(dòng)機(jī)的軸向其他結(jié)構(gòu)與普通起動(dòng)機(jī)相同，故配件可以通用。1.2.2減速起動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)在起動(dòng)機(jī)的電樞軸與驅(qū)動(dòng)齒輪之間裝有齒輪減

5、速器的起動(dòng)機(jī)，稱為減速起動(dòng)機(jī)。串激式直流電動(dòng)機(jī)的功率與其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成正比，可見(jiàn)，當(dāng)提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)降低其轉(zhuǎn)矩時(shí)，可以保持起動(dòng)機(jī)功率不變，故當(dāng)采用高速、低轉(zhuǎn)矩的串激式直流電動(dòng)機(jī)作為起動(dòng)機(jī)，在功率相同的情況下，可以使起動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量大大減小。但是，起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩過(guò)低，不能滿足起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。為此，在起動(dòng)機(jī)中采用高速、低轉(zhuǎn)矩的直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)的電樞軸與驅(qū)動(dòng)齒輪之間安裝齒輪減速器，可以在降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)提高其轉(zhuǎn)矩。2 減速起動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的過(guò)程稱為起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)要借助外力發(fā)動(dòng)。起動(dòng)機(jī)就是使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止變?yōu)檫\(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)器件。起動(dòng)機(jī)可以將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械

6、能，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。2.1減速起動(dòng)機(jī)工作原理減速起動(dòng)機(jī)與常規(guī)起動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別是在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電樞軸之間安裝了一套齒輪減速裝置，通過(guò)減速裝置把力矩傳遞給單向離合器，可以降低電動(dòng)機(jī)的速度增大輸出力矩，減小起動(dòng)機(jī)的體積和重量。 圖2.1 減速起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 1起動(dòng)開(kāi)關(guān) 2起動(dòng)繼電器磁化線圈 3起動(dòng)繼電器觸點(diǎn) 4主觸點(diǎn)5接觸盤(pán) 6吸引線圈 7保持線圈 8活動(dòng)鐵心 9拔叉10單向離合器 11螺旋花鍵軸 12內(nèi)嚙合減速齒輪13主動(dòng)齒輪 14電樞繞組 15勵(lì)磁繞組減速型起動(dòng)機(jī)的一般原理：當(dāng)按下起動(dòng)開(kāi)關(guān), 起動(dòng)繼電器線圈和觸點(diǎn)吸合，吸引線圈和保持線圈的電路接通。其電路為：蓄電池正極一起動(dòng)繼

7、電器一電磁開(kāi)關(guān)接線柱, 然后分兩路, 一路為保持線圈一搭鐵一蓄電池負(fù)極；另一路為吸引線圈一起動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)繞組一搭鐵一蓄電池負(fù)極?；顒?dòng)鐵芯在兩個(gè)線圈吸力的共同作用下，克服復(fù)位彈簧的彈力而向左移動(dòng)，帶動(dòng)撥叉將單向離合器推出與負(fù)載飛輪嚙合。由于此時(shí)吸引線圈的電流流經(jīng)磁場(chǎng)繞組和電樞繞組，能產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩。所以單向離合器的小齒輪是在緩慢旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中與負(fù)載飛輪嚙合的。在齒輪嚙合好的同時(shí)，由于活動(dòng)鐵芯的繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，使得接觸盤(pán)與主觸點(diǎn)接通，于是蓄電池的大電流流經(jīng)起動(dòng)機(jī)的電樞和磁場(chǎng)繞組，產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。與此同時(shí)，吸引線圈被短路，齒輪的嚙合位置由保持線圈的吸力來(lái)保持。當(dāng)

8、發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)，松開(kāi)起動(dòng)開(kāi)關(guān)的瞬間， 保持線圈中的電流只能經(jīng)吸引線圈構(gòu)成回路。由于這兩個(gè)線圈的繞向、匝數(shù)相同，此時(shí)它們所產(chǎn)生的磁通方向相反而相互抵消，于是活動(dòng)鐵芯在復(fù)位彈簧的作用下回至原位，單向離合器小齒輪退出嚙合，接觸盤(pán)脫離與主觸點(diǎn)的接觸，切斷主回路，起動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由上可見(jiàn)，減速型起動(dòng)機(jī)通過(guò)在電樞軸與傳動(dòng)軸之間增設(shè)一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，使得電機(jī)在同等輸出功率的情況下可以將電樞轉(zhuǎn)速提高，將轉(zhuǎn)矩減小。這樣，電機(jī)的尺寸、材料消耗就可以大大減小。起動(dòng)機(jī)可以被設(shè)計(jì)得精致而緊湊，同時(shí)還能使蓄電池的負(fù)擔(dān)減輕。2.2減速起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)2.2.1直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)是起動(dòng)系統(tǒng)的核心，其功用是在直流電的作用下產(chǎn)生電磁力矩，

9、帶動(dòng)拔叉推動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪，使之與發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪嚙合。起動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器、電刷及端蓋等組成：定子俗稱“磁極”，作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，分勵(lì)磁式和永磁式兩類(lèi)。為增大轉(zhuǎn)矩，汽車(chē)起動(dòng)機(jī)通常采用四個(gè)磁極，兩對(duì)磁極相對(duì)交錯(cuò)安裝，定子與轉(zhuǎn)子鐵心形成的磁力線回路。轉(zhuǎn)子俗稱“電樞”，由電樞軸、鐵心、電樞繞組和換向器等組成。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。換向器由鋼片和云母疊壓而成，壓裝于電樞軸前端，鋼片間絕緣，銅片與軸之間也絕緣，換向片與線頭采用錫焊連接。電刷置于電刷架中，電刷有銅粉與石墨粉壓制而成，呈棕黑色。驅(qū)動(dòng)端蓋上有撥叉座和驅(qū)動(dòng)齒輪行程調(diào)整螺釘，還有支撐撥叉的軸銷(xiāo)孔。2.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是

10、將直流發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪，以帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部件是單向離合器，它的作用是單方向傳遞轉(zhuǎn)矩。單向離合器有滾柱式、摩擦式和扭簧式三種。2.2.3控制裝置控制裝置主要有啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、電磁開(kāi)關(guān)等組成。其功用是控制驅(qū)動(dòng)齒輪和飛輪的嚙合與分離；控制電動(dòng)機(jī)電路的接通與切斷。電磁開(kāi)關(guān)，顧名思義就是用電磁鐵控制的開(kāi)關(guān)，也就是電磁鐵與開(kāi)關(guān)的結(jié)合體。當(dāng)電磁鐵線圈通電后產(chǎn)生電磁吸力，活動(dòng)鐵芯推或拉動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合，從而接通所控制電路。電磁開(kāi)關(guān)在各行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，如果沒(méi)有特別說(shuō)明，電磁開(kāi)關(guān)是指汽車(chē)起動(dòng)機(jī)上的控制開(kāi)關(guān)，其工作原理是線圈通電后產(chǎn)生電磁吸力，使活動(dòng)鐵芯移動(dòng)，從而一方面拉動(dòng)傳動(dòng)嚙合機(jī)構(gòu)使起

11、動(dòng)機(jī)小齒輪前移與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈嚙合，另一方面推動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接通，使直流電動(dòng)機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。2.2.4減速機(jī)構(gòu)減速起動(dòng)機(jī)主要由電磁嚙合開(kāi)關(guān)、減速齒輪、起動(dòng)齒輪（小齒輪）及單向嚙合器等部分組成。減速齒輪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪接合而啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，采用單向驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)電動(dòng)機(jī)上的小齒輪的轉(zhuǎn)速高于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈的速度時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于電動(dòng)機(jī)時(shí)，它們之間的動(dòng)力傳遞關(guān)系自動(dòng)解除。3 起動(dòng)機(jī)的工作特性和激勵(lì)方式起動(dòng)機(jī)的工作特性，就是指起動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下運(yùn)行時(shí),起動(dòng)機(jī)的端電壓u、電樞電流i、起動(dòng)轉(zhuǎn)速n和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩m對(duì)輸出功率p的關(guān)系,這種關(guān)系通常用曲線來(lái)表示。3.1直流電動(dòng)機(jī)

12、的工作特性3.1.1直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)特性 直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電樞轉(zhuǎn)速、電樞電流、電磁轉(zhuǎn)矩均會(huì)自動(dòng)的作相應(yīng)的變化，以滿足不同負(fù)載的需要。通電的線圈在磁場(chǎng)中受力而轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的線圈切割磁力線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（發(fā)電動(dòng)勢(shì)），電動(dòng)勢(shì)的方向和線圈電流方向相反，電動(dòng)勢(shì)的大小為： （3.1） 其中，ce電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)；磁極磁通；n電樞轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電壓平衡方程式為： （3.2） 由公式（3.2）則電樞電流為： （3.3） 圖3.1 直流電動(dòng)機(jī)在磁場(chǎng)中 見(jiàn)公式（3.3）分析： 負(fù)載軸上阻力矩電樞轉(zhuǎn)速e反ia電磁轉(zhuǎn)矩直至電磁轉(zhuǎn)矩減至與阻轉(zhuǎn)矩相等電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載以較高轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)； 負(fù)載軸

13、上阻力矩電樞轉(zhuǎn)速e反ia電磁轉(zhuǎn)矩直至電磁轉(zhuǎn)矩增至與阻轉(zhuǎn)矩相等電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載以較低轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢?jiàn)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)能通過(guò)轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩的自動(dòng)變化來(lái)滿足負(fù)載的需要，使之能在新的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。因此直流電動(dòng)機(jī)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩功能。3.1.2起動(dòng)機(jī)的工作特性包括機(jī)械特性電樞轉(zhuǎn)速與電流的關(guān)系: （3.4）并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流ia的關(guān)系式為： （3.5）電樞電阻很小，當(dāng)電樞電流增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降并不大，具有硬的機(jī)械特性。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流is的關(guān)系式為： （3.6）相比而言，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在磁極未飽和時(shí)，由于不為常數(shù)，當(dāng)is增加，即電磁轉(zhuǎn)知增大時(shí)，由于與is（rsrj）同時(shí)

14、隨之增加。因此，電樞轉(zhuǎn)速n隨is(m)的增大下降較快，故具有較軟的機(jī)械特性，見(jiàn)下圖。n并激串激i圖3.2 機(jī)械特性圖從機(jī)械特性同樣可以看出，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有輕載轉(zhuǎn)速高、重載轉(zhuǎn)速低的特點(diǎn)。重載轉(zhuǎn)速低，可以保證電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)（重載）不會(huì)超出限定值而燒毀，使起動(dòng)安全可靠。這是起動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的又一原因。但由于其輕載或空載時(shí)轉(zhuǎn)速很高，容易造成“飛散”事故，故對(duì)于功率較大的串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，不允許在輕載或空載下運(yùn)行。轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩與電流的關(guān)系: （3.7）對(duì)于串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其磁場(chǎng)電流ij與電樞電流ia 相同，并且磁極未飽和時(shí)，磁通與電樞電流成正比，即把它代入到公式（3.7）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

15、矩可表示為： （3.8）可見(jiàn)，在磁極未飽和的情況下，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 m與電樞電流is的平方成正比。由直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性可知，只有在磁場(chǎng)飽和后，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩才與電樞電流成正比。而當(dāng)電樞電流相同時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩要比并勵(lì)電動(dòng)機(jī)大得多，這是起動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的原因之一。 由電樞電流得，在起動(dòng)瞬間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩很大。起動(dòng)機(jī)處于完全轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，n=0，故電樞電流ia將達(dá)到最大值（制動(dòng)電流），產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（制動(dòng)轉(zhuǎn)矩），從而使起動(dòng)機(jī)易于起動(dòng)，這是汽車(chē)上采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的另一原因。m串激并激i 圖3.3 轉(zhuǎn)矩特性功率特性功率與電流的關(guān)系起動(dòng)機(jī)功率由電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)矩

16、m和電樞的轉(zhuǎn)速n來(lái)確定，即: （3.9）由轉(zhuǎn)矩特性、機(jī)械特性及上式可得到起動(dòng)機(jī)特性曲線，見(jiàn)下圖：npmpnmi圖3.4 起動(dòng)機(jī)特性曲線在完全制動(dòng)狀態(tài)（n0）和空載（m0）時(shí)，起動(dòng)機(jī)的功率等于零；電樞電流接近制動(dòng)電流的一半時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出功率最大。由于起動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間很短，起動(dòng)機(jī)可以最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，因此將其最大功率作為額定功率。起動(dòng)機(jī)功率必須保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠迅速可靠地起動(dòng)。若功率不夠?qū)?huì)增加起動(dòng)次數(shù)，縮短蓄電池的壽命，增加燃料消耗，增加低溫下發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所必須的功率，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速和起動(dòng)阻力矩，即： （3.10）式中，mq發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩，單位為 n· m； nq

17、發(fā)動(dòng)機(jī)最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力短是指在最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩。由摩擦阻力矩、壓縮損失力矩、驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)附件的阻力矩三部分組成。而影響上述三種阻力短的因素主要有潤(rùn)滑油粘度、氣缸的工作容積、壓縮比、缸數(shù)、轉(zhuǎn)速、溫度及附件數(shù)等。由于柴油機(jī)壓縮比較大，驅(qū)動(dòng)附件的功率也較大，柴油機(jī)的阻力矩一般比汽油機(jī)大一倍，各型發(fā)動(dòng)機(jī)阻力短由實(shí)驗(yàn)方法確定。在實(shí)際使用中，影響起動(dòng)機(jī)功率的因素較多，必須對(duì)起動(dòng)機(jī)進(jìn)行正確保養(yǎng)。影響因素主要有：接觸電阻和導(dǎo)線電阻的影響。電劇與換向器接觸不良、電刷彈簧張力減弱以及導(dǎo)線與蓄電池接線柱連接不牢，都會(huì)使電阻增加；導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng)以及導(dǎo)線截面積過(guò)小也會(huì)造成較大的電壓降。由

18、于起動(dòng)機(jī)工作時(shí)電流特別大，這些都會(huì)使起動(dòng)機(jī)功率減小。蓄電池容量的影響。蓄電池容量越小，其內(nèi)阻越大，內(nèi)阻上的電壓降也越大，因而供給起動(dòng)機(jī)的電壓降低，也會(huì)使起動(dòng)機(jī)功率減小。溫度的影響。當(dāng)溫度降低時(shí)，由于蓄電池電解液粘度增大，內(nèi)阻增加，會(huì)使蓄電池容量和端電壓急劇下降，起動(dòng)機(jī)功率將會(huì)顯著降低。4 直流電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。4.1直流電動(dòng)機(jī)概述直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，其間有一定的氣隙。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成，其中

19、主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。4.2定子線圈4.2.1主磁極磁極一般用低碳鋼制成，用來(lái)固定勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。-hcdhc-brefbrcbbhao磁極的鐵磁材料的磁滯回路：在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁材料就已經(jīng)達(dá)到一定程度的磁化，稱之為自發(fā)磁化。未經(jīng)磁化的鐵磁材料中，各磁疇自發(fā)磁化的取向是雜亂的，磁矩相互抵消，整個(gè)材料不顯示磁性。當(dāng)一電流i的長(zhǎng)直導(dǎo)線穿過(guò)一磁環(huán)，磁環(huán)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度h和電流i間的關(guān)系為： r磁環(huán)半徑當(dāng)磁環(huán)線圈有n匝時(shí)： （4.1）圖4.1 鐵磁材料的磁滯回線圖在交變磁場(chǎng)下，根據(jù)法

20、拉第電磁感應(yīng)定律，樣品中的磁通的變化，s為樣品的截面積，在測(cè)量線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為： （4.2） （4.3） （4.4） 4.2.2定子線圈鐵心磁場(chǎng)要靠繞在外面的勵(lì)磁繞組通電建立。為使電動(dòng)機(jī)磁通能按設(shè)計(jì)要求分布，將鐵心制成瓦片狀，并用埋頭螺釘緊固在機(jī)殼上。勵(lì)磁繞組由扁銅帶（矩形截面）繞制而成，其匝數(shù)一般為610匝；銅帶之間用絕緣紙絕緣，并用白布帶以半疊包扎法包好后浸上絕緣漆烘干而成。勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子串聯(lián)，故稱串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)。先將勵(lì)磁繞組兩兩串聯(lián)后并聯(lián)再與電樞（轉(zhuǎn)子）繞組串聯(lián)。圖4.2 勵(lì)磁繞組線圈簡(jiǎn)化圖當(dāng)定子線圈通入直流電后，線圈將產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子一般由四個(gè)定子線圈組成，而它們的連接方式串

21、聯(lián)，且由于電流的相對(duì)方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也相反，所以定子線圈將產(chǎn)生n、s、n、s或s、n、s、n的固定磁場(chǎng)。圖4.3（a）、（b）是一臺(tái)最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝有一對(duì)用直流勵(lì)磁的主磁極n和s，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。電樞鐵心上裝有由a和x兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別接到兩個(gè)圓弧形的和上，此圓弧稱為換向片，換向片之間相互絕緣。由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器，換向器固定在轉(zhuǎn)軸上。換向器上放置著一對(duì)靜止不動(dòng)的電刷和，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。ba圖 4.3 直流電機(jī)模型如果將直流電壓直接加到線圈ax上

22、，導(dǎo)體中的就有電流通過(guò)。設(shè)導(dǎo)體中的電流為i，截流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到電磁力，作用在線圈上的電磁轉(zhuǎn)矩則等于2倍的電磁力乘上力臂，即（為電樞外徑）： （4.5） 若電流i為恒定，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，氣隙磁通密度b的方向?yàn)橐徽回?fù)，因此電磁轉(zhuǎn)矩將為交變的，一個(gè)周期內(nèi)的平均值為0。然而在直流電動(dòng)機(jī)中，電流并非直接接入線圈，而是通過(guò)電刷和和換向器接入線圈，這樣情況就不同了。因?yàn)殡娝⒑挽o止不動(dòng)，電流i總是從正極性電刷流入，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的換向片流入位于n極下的導(dǎo)體，再經(jīng)位于s極下的導(dǎo)體，由負(fù)極性電刷流出。故當(dāng)導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)而交替地處于n極和s極下時(shí)，導(dǎo)體中的電流將隨所處磁極極性的改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始

23、終保持不變，并使電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電刷和換向器起到把外部電源通入的直流，改變成線圈內(nèi)的交流的“逆變”作用。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。實(shí)際的電樞繞組都是由裝置在電樞表面相隔一定角度的許多線圈串聯(lián)而成，如圖4.4（圖中為六個(gè)線圈）。從電刷端點(diǎn)看，此時(shí)電樞繞組形成兩條并聯(lián)支路，每條支路由三個(gè)線圈串聯(lián)而成，電刷、上的電動(dòng)勢(shì)為三個(gè)線圈電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值之和。圖4.4 電樞上裝有6個(gè)線圈4.2.3機(jī)座電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座。機(jī)座的作用有兩個(gè)：一是用來(lái)固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個(gè)電機(jī)的支撐和固定作用；二是機(jī)座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過(guò)的部分稱為磁軛。為保證機(jī)座具有足夠的機(jī)械

24、強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。4.2.4電刷裝置電刷裝置是用來(lái)引入或引出直流電壓和直流電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動(dòng)接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。4.3轉(zhuǎn)子（電樞總成）起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子又名電樞，電樞是直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，包括電樞軸、換向器、電樞鐵心、電樞繞組等部分。在電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中，起關(guān)鍵和樞紐作用的部件。對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，它是產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的部件。4.3.1電樞繞組為了獲得足夠的轉(zhuǎn)矩

25、，通過(guò)電樞繞組的電流一般為200600 a，因此電樞繞組采用較粗的銅線繞制出成型繞組。元件數(shù)s，換向片數(shù)k，槽數(shù) z，虛槽 zu ；它們的關(guān)系為： （4.6） 21單匝元件元件邊雙匝元件元件邊312y1yy2 圖4.5 單、雙匝元件電樞繞組雖然有不同類(lèi)型，但在結(jié)構(gòu)上有其共同的特點(diǎn)：它們都是由結(jié)構(gòu)形狀相同的繞組元件(簡(jiǎn)稱元件)按一定的規(guī)律聯(lián)結(jié)而成。繞組元件又叫線圈，一臺(tái)電機(jī)的總元件數(shù)用s表示，每一元件有兩個(gè)放在槽中能切割磁通感生電動(dòng)勢(shì)的有效邊稱元件邊。元件可分為單匝元件和多匝元件，前者的元件邊只有一根導(dǎo)體，后者元件邊則有多根導(dǎo)體串聯(lián)繞制而成，元件匝數(shù)以n表示。4.3.2直流電樞繞組的節(jié)距 1.第

26、一節(jié)距y1元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的距離稱為第一節(jié)距，用y1表示。第一節(jié)矩的大小通常用所的虛槽數(shù)計(jì)算。因?yàn)樵呏梅旁诓蹆?nèi)，所以y1必定是一個(gè)整數(shù)。為得到較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，y1最好等于或者接近于一個(gè)極距，即： （4.7）為使y1湊成整數(shù)的一個(gè)小數(shù)。通常，y1=t稱為整距元件；相應(yīng)的，為長(zhǎng)距；為短距。2第二節(jié)距y2y2為元件的下層邊與其相聯(lián)結(jié)的元件上層邊之間的距離，以虛槽數(shù)計(jì)。在相串聯(lián)的兩個(gè)元件中，第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊在電樞表面上所跨的距離，稱為第二節(jié)距。第二節(jié)距用y2表示，也用虛槽數(shù)計(jì)算。3合成節(jié)距y和換向片節(jié)距yky是相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊的距離，以虛槽

27、數(shù)計(jì)y與y1、y2的關(guān)系為：對(duì)疊繞組 （4.8） 對(duì)波繞組 （4.9）換向器節(jié)距yk，在換向器表面上，同一個(gè)元件的兩個(gè)出線端所接的兩個(gè)換向片之間所跨的距離，稱為換向器節(jié)距。換向器節(jié)距用yk表示，其大小用換向片數(shù)計(jì)算由于元件數(shù)等于換向片數(shù)，每連接一個(gè)元件時(shí)，元件邊在電樞表面前進(jìn)的距離，應(yīng)當(dāng)?shù)扔谄涑鼍€端在換向器表面所前進(jìn)的距離，所以換向器節(jié)距應(yīng)當(dāng)?shù)扔诤铣晒?jié)距，即： （4.10） 規(guī)定為右行繞組，為左行繞組，左行繞組每一個(gè)元件接到換向片上的兩根端接線要相互交又，亦較長(zhǎng)(用銅較多)，故較少采用。 4.3.3單疊繞組電樞繞組中任何兩個(gè)串聯(lián)的元件都是后一個(gè)疊在前一個(gè)的上面的稱為疊繞組。每繞一個(gè)元件便在電樞

28、表面移過(guò)一個(gè)虛槽的疊繞組稱為單疊繞組。如果，則繞組向右繞行，稱右行繞組，見(jiàn)圖4.6（a）；，則繞組向左繞行，稱左行繞組，見(jiàn)圖4.6（b）。12y1yy25yk=-1yk=+1（b）左行繞組（a）右行繞組 y115yy2圖4.6 單疊繞組元件的聯(lián)接情況每一個(gè)元件有兩個(gè)放在槽中切割磁力線、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效邊，稱為元件邊。元件在槽外(電樞鐵心兩端)的部分一般只作為聯(lián)接引線，稱為端接。與換向片相聯(lián)的一端為前端接，另一端叫后端接。引入“虛槽”概念，設(shè)槽內(nèi)每層有u個(gè)元件邊，則意味著一個(gè)實(shí)際的槽包含了u個(gè)“虛槽”。u2，即一個(gè)實(shí)槽包含兩個(gè)虛槽的情況。一般情況下，實(shí)際槽數(shù)z與虛槽數(shù)zu的關(guān)系為： （4.11）

29、 電樞繞組的特點(diǎn)常用虛槽數(shù)、元件數(shù)、換向片數(shù)及各種節(jié)距來(lái)表征。因?yàn)槊恳粋€(gè)元件有兩個(gè)元件邊，而每一片換向片同時(shí)接有一個(gè)上元件邊和一個(gè)下元件邊，所以元件數(shù)s一定與換向片數(shù)k相等；又由于每一個(gè)虛槽亦包含上、下層兩個(gè)元件邊，即虛槽數(shù)也與元件數(shù)相等，故有： （4.12）繞組聯(lián)接如下圖：12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 165* 6* 7* 8* 9* 10* 11* 12* 13* 14* 15* 16* 1* 2* 3* 4*下元件邊上元件邊圖4.7 繞組聯(lián)接示意圖 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 152 3 46 7

30、810 11 1214 15 16n s n sa1 b1 a2 b2a + b 圖中每根實(shí)斜線所連接的兩個(gè)元件邊構(gòu)成一個(gè)元件。如15*為第1元件等等，兩元件之間的虛線則表示通過(guò)換向器上的一片換向片把兩元件串聯(lián)的連接線。從表可見(jiàn)，從第1元件出發(fā)，繞完zu個(gè)元件后，又回到第1元件而形成閉合回路。直流電樞繞組總是自行閉合的。 圖4.8 單疊繞組的展開(kāi)圖繞組展開(kāi)圖如圖所示，它是假設(shè)把電樞從某一齒中心沿軸向切開(kāi)并展開(kāi)成一帶狀平面。上元件邊用實(shí)線段表示，下元件邊用虛線段表示。圖4.8中畫(huà)的磁極是在繞組的上面，因此n極的磁力線指向紙面，s極的磁力線從紙面穿出。左上方的箭頭表示繞組的旋轉(zhuǎn)方向。由此運(yùn)用右手定

31、則，可確定在圖示瞬間各元件邊內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向。并且可看出電刷電位的正負(fù)。 4.3.4單波繞組換向器和繞組元件之間的相對(duì)位置，對(duì)于常用的端接對(duì)稱的繞組，應(yīng)使每一元件所接的兩個(gè)換向片的中心線恰好與元件的軸線（元件兩邊跨距的平分線）重合。這樣，元件1的上元件邊接到換向片1，下元件邊接到換向片，再經(jīng)過(guò)元件2而接到換向片，如此繼續(xù)依次連接便得繞組展開(kāi)圖。 y1y2y1y2y（a）左行繞組（b）右行繞組y22 圖4.9 單波繞組元件的聯(lián)接情況單疊繞組中一個(gè)磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，這時(shí)支路中相串聯(lián)的元件電動(dòng)勢(shì)是同方向的。從這種觀點(diǎn)出發(fā)，也可以把所有同樣極性下的元件都串聯(lián)成一條支路，這時(shí)兩個(gè)相串聯(lián)的元件

32、的對(duì)應(yīng)邊相距（即合成節(jié)距y）約等于兩個(gè)極距（2），形成如圖所示的波浪形。這種繞組稱為波繞組。 單波繞組元件的第一節(jié)y1與疊繞組一樣，要求接近于極距。即但合成節(jié)距yyk接近于2而不能等于2。因?yàn)楫?dāng)y2時(shí)，由出發(fā)點(diǎn)串聯(lián)p個(gè)元件而繞電樞一周之后，就會(huì)回到出發(fā)點(diǎn)而閉合，以致繞組無(wú)法繼續(xù)繞下去，就換向片來(lái)說(shuō)也是一樣。如果繞組從某一換向片出發(fā)，經(jīng)電樞圓周沿?fù)Q向器繞一周后恰好回到原來(lái)出發(fā)的加個(gè)換向片相鄰的一片上，則可繼續(xù)繞第二周、第三周，最后把全部元件串聯(lián)完畢并與最初的出發(fā)點(diǎn)相接而構(gòu)成一閉合繞組。故要求yk值滿足下列關(guān)系：= （4.13）式中如取負(fù)號(hào)，則繞行一周后比出發(fā)時(shí)的換向片后退一片，稱為左行繞組，見(jiàn)圖

33、4.9（a）；如取正號(hào)，則前進(jìn)一片，稱為右行繞組，見(jiàn)圖4.9（b）。右行繞組的端接線交叉，比左行繞組長(zhǎng)，故不常用。 現(xiàn)舉例說(shuō)明單波繞組的繞法、支路電動(dòng)勢(shì)和支路數(shù)等問(wèn)題：已知電機(jī)極數(shù)2p4，槽數(shù)和換向片數(shù)均等于15。此時(shí)u1；。要求繞制一左行短距單波繞組。左行單波繞組 =7短距繞組 =3第二節(jié)距 虛槽數(shù) 如上可得：18 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 4* 11* 3* 10* 2* 9* 1* 8* 15* 7* 14* 6* 13* 5* 12* 下元件邊上元件邊 圖4.10 繞組聯(lián)接示意圖根據(jù)繞組連接表可繪制繞組展開(kāi)圖，如圖所示。通常波繞組也是端接對(duì)稱的，即

34、每一元件所接的兩換向片對(duì)稱地位于該元件軸線的左右兩邊，也就是元件所接兩換向片的中心線與元件軸線重合。在端接對(duì)稱的波繞組中，電刷也放在主極軸線下的換向片上。元件在換向器上的串聯(lián)次序是，元件1的上元件邊接到換向片1，它的下元件邊接到換向片1yk1+78，再串聯(lián)元件8而接到換向片8yk8+715，如此繼續(xù)串聯(lián)下去，可把15個(gè)元件串聯(lián)完畢而回到換向片1，構(gòu)成閉合回路。3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 a1 b1 a2 b2a + b 2 3 46 7 810 11 1213 14 155 1 9 n s n s 圖4.11 單波繞組展開(kāi)圖單波繞組只有兩條并聯(lián)支路，

35、而與主極數(shù)目無(wú)關(guān)。這是單波繞組的特點(diǎn)，即： 或 正因?yàn)槿绱?，在元件?shù)相同的情況下，波繞組每條支路的串聯(lián)元件數(shù)就可能比疊繞組多，支路電壓也就會(huì)比較高。這也是波繞組的基本特點(diǎn)。4.3.5線圈線徑和電磁力矩的計(jì)算電機(jī)額定值為：額定功率 額定電壓額定效率 額定電流額定轉(zhuǎn)速電樞外徑電樞長(zhǎng)度 電樞圓周速度 （4.14）電樞繞組電密 （4.15）由公式（4.13）（4.14）電樞繞組導(dǎo)線截面積預(yù)計(jì)值為:取導(dǎo)線截面積，導(dǎo)線線規(guī)電樞繞組繞制條件：氣隙系數(shù)串勵(lì)繞組電密 (4.15)由公式（4.15）繞組導(dǎo)線截面積預(yù)計(jì)值為：串勵(lì)繞組線規(guī)取 電磁力矩：設(shè)導(dǎo)體中的電流為，導(dǎo)體所在處的氣隙磁通密度為，則作用在該載流導(dǎo)體上

36、的電磁轉(zhuǎn)為應(yīng)為式中，為電樞外徑由于一個(gè)極下的載流導(dǎo)體數(shù)為，所以作用在一個(gè)極下載流導(dǎo)體上的合成電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)為式中，為平均氣隙磁通密度， 作用在整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)為額定功率6kw，額定電壓24v，電樞線徑規(guī)格為（mm），勵(lì)磁線圈線徑規(guī)格為，電磁力矩180n.m4.4設(shè)計(jì)參數(shù)工作制定額 小時(shí)制額定功率 額定電壓 空載轉(zhuǎn)速 負(fù)載轉(zhuǎn)速制動(dòng)力矩最大功率模數(shù) 12 齒數(shù)為 11勵(lì)磁方式 串勵(lì) 極對(duì)數(shù) 扁銅線寬度 定子線圈重量 線圈外寬 線圈外長(zhǎng) 線圈匝數(shù) 焊接部位 能承受300n拉脫力 定子總成耐壓測(cè)試 要求ac660v/50hz,2s不擊穿定子總成絕緣電阻檢查 保證總成絕緣電阻電樞外徑

37、 主極極數(shù)極距 繞組形式 單波繞組槽數(shù) 每槽元件數(shù)2槽距 電樞線圈線長(zhǎng) 節(jié)距 換向器直徑換向器片數(shù) 換向器高 換向器內(nèi)徑 換向器升高片高 氣隙系數(shù)絕緣端板寬 空心轉(zhuǎn)子高加固環(huán)a內(nèi)徑 加固環(huán)a外徑加固環(huán)b內(nèi)徑 加固環(huán)b外徑電樞繞組電阻 電刷壓降2v電樞繞組的銅重量動(dòng)平衡校驗(yàn) 要求鐵芯側(cè)不平衡量耐壓實(shí)驗(yàn) 要求ac750v/50hz，2s不擊穿，絕緣電阻值 5 電磁開(kāi)關(guān)和繼電器的選擇起動(dòng)機(jī)用的電磁開(kāi)關(guān)、繼電器是起動(dòng)機(jī)三大部件（直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)嚙合機(jī)構(gòu)、控制裝置）之一。主要由線圈、活動(dòng)鐵心、復(fù)位彈簧及主、輔觸點(diǎn)等組成，這些部件大多集中在一個(gè)鐵殼內(nèi)，用螺栓固定在前端殼體上。5.1電磁開(kāi)關(guān)5.1.1電磁開(kāi)

38、關(guān)的介紹電磁開(kāi)關(guān)，顧名思義就是用電磁鐵控制的開(kāi)關(guān)，也就是電磁鐵與開(kāi)關(guān)的結(jié)合體。當(dāng)電磁鐵線圈通電后產(chǎn)生電磁吸力，活動(dòng)鐵芯推或拉動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合，從而接通所控制電路。電磁開(kāi)關(guān)在各行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，最常見(jiàn)的是工業(yè)領(lǐng)域的接觸器。圖5.1 電磁開(kāi)關(guān)5.1.2電磁開(kāi)關(guān)的選擇選擇qdj2613a800型號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)，規(guī)格為24v，吸合電壓，釋放電壓，附加行程1.52.5mm，當(dāng)電磁開(kāi)關(guān)主觸點(diǎn)通過(guò)200a電流時(shí)，其電壓壓降不大于0.2v，當(dāng)開(kāi)關(guān)完全吸合，尺寸5.2電磁開(kāi)關(guān)的工作原理接通起動(dòng)開(kāi)關(guān)，電磁開(kāi)關(guān)通電，其電流通路為：蓄電池正極 接線柱1 起動(dòng)開(kāi)關(guān) 電磁開(kāi)關(guān)接線柱2 吸引線圈 接線柱3 起動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)

39、和電樞線保持線圈電源開(kāi)關(guān)搭鐵電源開(kāi)關(guān)蓄電池負(fù)極。1起動(dòng)開(kāi)關(guān)2吸引線圈保持線圈3搭鐵m起動(dòng)機(jī)+圖5.2 電磁開(kāi)關(guān)原理圖 此時(shí)由于通過(guò)吸引線圈和保持線圈的電流方向相同，因此產(chǎn)生的磁力方向相同，在兩線圈磁力的共同作用下，使動(dòng)鐵心克服彈簧力右移，帶動(dòng)撥叉將驅(qū)動(dòng)齒輪推向飛輪，與此同時(shí)，動(dòng)鐵心將動(dòng)觸點(diǎn)頂向接線柱1、3端部的靜觸點(diǎn)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪嚙合時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)將接線柱1、3端部的靜觸點(diǎn)接通，使起動(dòng)機(jī)通入起動(dòng)電流，產(chǎn)生正常電磁轉(zhuǎn)矩起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)觸點(diǎn)接通接線柱1、3端部的靜觸點(diǎn)時(shí)，吸引線圈被短路，活動(dòng)鐵心靠保持線圈的磁力保持在吸合的位置。 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，在斷開(kāi)起動(dòng)開(kāi)關(guān)的瞬間，動(dòng)觸點(diǎn)仍在接觸靜觸點(diǎn)位置，此時(shí)電磁

40、開(kāi)關(guān)線圈電流為：蓄電池正極接線柱1動(dòng)觸點(diǎn)接線柱3吸引線圈保持線圈搭鐵蓄電池負(fù)極。此時(shí)，吸引線圈與保持線圈中通過(guò)的電流相反，吸引線圈產(chǎn)生了與保持線圈相反方向的磁通，兩線圈磁力互相抵消，活動(dòng)鐵心在彈簧力的作用下復(fù)位，使驅(qū)動(dòng)齒輪退出；與此同時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)也回位，切斷起動(dòng)機(jī)電路，起動(dòng)機(jī)便停止工作。 5.3啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇啟動(dòng)開(kāi)關(guān)選擇用oem qdj2613型號(hào)的繼電器，規(guī)格為24v，觸點(diǎn)應(yīng)能承受瞬間電流200a，正常工作電流150a，閉合電壓12.5v15.5v，釋放電壓1.5v4.5v，線耳拉力。起動(dòng)機(jī)是一個(gè)百安級(jí)電流的“大電器”，這么大的電流用開(kāi)關(guān)直接控制開(kāi)關(guān)就要相當(dāng)大的個(gè)頭了，不方便操作，也

41、不安全，通過(guò)用可操作的小電流控制繼電器，再由繼電器來(lái)通斷大電流要方便安全得多。圖5.2 繼電器通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成： 起動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)蓄電池123 1線圈 2鐵芯 3觸點(diǎn) 圖5.3 電磁開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)

42、的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。6 起動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)起動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在電動(dòng)機(jī)電樞的延長(zhǎng)軸上，用來(lái)在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)將驅(qū)動(dòng)齒輪與電樞軸連成一體，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，將起動(dòng)機(jī)小齒輪嚙入飛輪齒環(huán)，將起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，而在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，使起動(dòng)機(jī)小齒輪與飛輪齒環(huán)自動(dòng)脫開(kāi)。6.1單向離合器的選擇離合器的作用是將電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)短傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)使之起動(dòng)，同時(shí)又能在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后自動(dòng)打滑，保護(hù)起動(dòng)機(jī)不致飛散損壞。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的離合器分為滾柱式離合器、摩擦片式離合器、彈簧式離合器幾種。選擇qdj2613a800滾柱式離合器，鍥角為4.5°

43、;，力矩為400n.m,單向器內(nèi)裝5個(gè)滾柱，齒數(shù)為11，模數(shù)為4 ，外徑為52mm。該產(chǎn)品在過(guò)載條件下主要是處于一個(gè)相對(duì)合理的滾動(dòng)摩擦狀態(tài)，在較長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載打滑也不會(huì)造成過(guò)熱和非正常損壞。產(chǎn)品的體積小、重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，可大大節(jié)省設(shè)備安裝空間并有效的減少電動(dòng)機(jī)及減速器的徑向載荷，起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及減速器的作用，從而延長(zhǎng)其使用壽命。圖6.1 起動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1單向器 2行星齒輪 3電樞 4太陽(yáng)輪 5齒環(huán)6.1.1滾柱式離合器滾柱式離合器的工作原理如下：發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，經(jīng)撥叉將離合器沿花鍵推出，驅(qū)動(dòng)齒輪嚙入發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈。由于十字塊處于主動(dòng)狀態(tài)，隨電動(dòng)機(jī)電樞一起旋轉(zhuǎn)，促使4套滾柱進(jìn)八糟的窄端，將花鍵套筒

44、與外殼擠緊，于是電動(dòng)機(jī)電樞的轉(zhuǎn)矩就可由十字塊經(jīng)滾柱式離合器外殼傳給驅(qū)動(dòng)齒輪，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈旋轉(zhuǎn)、起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，飛輪齒圈的轉(zhuǎn)速高于驅(qū)動(dòng)齒輪，十字塊處于被動(dòng)狀態(tài)，促使?jié)L技進(jìn)入槽的寬端而自由滾動(dòng)，只有驅(qū)動(dòng)齒輪隨飛輪齒圈作高速旋轉(zhuǎn)，起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并不升高。這種離合器的打滑功能，防止了電樞超速飛散的危險(xiǎn)。起動(dòng)完畢，由于撥叉回位彈簧的作用，經(jīng)撥環(huán)使離合器退回，驅(qū)動(dòng)齒輪完全脫離飛輪齒圈。這種滾柱式離合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。堅(jiān)固耐用、體積小、質(zhì)量輕、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛采用。其不足是不能用于大功率起動(dòng)機(jī)上。r1r2ooor2圖6.2 滾柱式離合器結(jié)構(gòu) 設(shè)驅(qū)動(dòng)齒輪端部半徑為，圓心

45、在；套筒滾柱室半徑為，圓心在，滾柱半徑為r，圓心在上，且的偏心距為a。明顯地，即鍥角。在中，根據(jù)余弦定理可得： （5.1）鍥角的選擇十分重要，鍥角過(guò)大不能形成可靠的結(jié)合；鍥角過(guò)小則滾柱不易退出，形成咬死現(xiàn)象，對(duì)于起動(dòng)機(jī)單向器來(lái)說(shuō)2一般在4°5.5°之間選取。所以我們選擇4.5°鍥角變化也是影響摩擦傳動(dòng)質(zhì)量的重要因素，設(shè)計(jì)時(shí)希望在滾柱磨損后，鍥角仍保持不變，即應(yīng)有.對(duì)上式求關(guān)于r的偏導(dǎo)后可得：對(duì)公式（5.1）進(jìn)行求偏導(dǎo)： 即 （5.2）由公式（5.2）式可以看出，如果在單向器設(shè)計(jì)中，取套管筒滾柱室內(nèi)曲面半徑驅(qū)動(dòng)齒輪端部半徑與滾柱直徑之和，可使?jié)L柱直徑變化對(duì)鍥角的影響

46、最小。滾子式單向離合器由外圍、滾子、彈簧和內(nèi)圈組成，滾子數(shù)目通常為68個(gè)。我們現(xiàn)在5個(gè)可以減少單向器裝配后套筒與驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)中心的同軸度誤差，工作過(guò)程中，若單向離合器的外圈相對(duì)于內(nèi)圈沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，那么，滾子便在具有凸輪型線的開(kāi)口槽中向大端移動(dòng)并壓縮彈簧。這時(shí)，單向離合器不會(huì)出現(xiàn)鎖止現(xiàn)象，而允許外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說(shuō)，圖示的單向離合器在任何時(shí)候都允許其外圈相對(duì)于內(nèi)圈作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。換一種說(shuō)法，即允許其內(nèi)圈相對(duì)于外圈作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但在工作過(guò)程中，若單向離合器的外圈試圖相對(duì)于內(nèi)圈沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，那么，滾子便在開(kāi)口槽中向小端移動(dòng)，楔入內(nèi)、外圈之間，將兩者鎖住，與此同時(shí)，還可以在兩者之間傳遞扭矩。此刻，

47、彈簧的作用是改善滾子最初的楔入動(dòng)作，一旦滾子楔入開(kāi)口槽的小端，則單向離合器出現(xiàn)鎖止，從而不允許其外圈相對(duì)于內(nèi)圈作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，或內(nèi)圈相對(duì)于外圈作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。f1n1n2f2n1圖6.3 受力分析圖假設(shè)單向器套筒按順時(shí)針?lè)较蜻x擇時(shí)，以滾柱為研究對(duì)象，它承受套筒和驅(qū)動(dòng)齒輪端部所施加的正壓力n1，n2和產(chǎn)生的摩擦力f1，f2。由于滾柱處于平衡狀態(tài)，則所受合力為0 。設(shè)單向器內(nèi)有z個(gè)滾柱，由此傳遞到驅(qū)動(dòng)軸上的力矩為： （5.3）6.2減速裝置減速起動(dòng)機(jī)與常規(guī)起動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別是在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電樞軸之間安裝了一套齒輪減速裝置，通過(guò)減速裝置把力矩傳遞給單向離合器，可以降低電動(dòng)機(jī)的速度增大輸出力矩，減小起動(dòng)機(jī)的體

48、積和重量。6.2.1減速機(jī)構(gòu)的選擇減速結(jié)構(gòu)有：外嚙合式減速結(jié)構(gòu)、內(nèi)嚙合式減速結(jié)構(gòu)、行星齒輪式減速結(jié)構(gòu)。三種方式相比內(nèi)嚙合式減速起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但高速時(shí)有振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲大；外嚙合式減速起動(dòng)機(jī)嚙合緊密，通過(guò)改變齒輪的傳動(dòng)比，可實(shí)現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩，但結(jié)構(gòu)稍大；行星齒輪式減速起動(dòng)機(jī)，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作穩(wěn)定，噪聲小。減速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高。由于輸出軸與電樞軸同軸線、同旋向，電樞軸無(wú)徑向載荷，振動(dòng)輕，整機(jī)尺寸減小。圖 6.4 行星齒輪選擇行星齒輪減速裝置，4個(gè)行星齒輪結(jié)構(gòu)，行星齒輪齒數(shù)18，齒圈齒數(shù)48，行星齒輪軸寬3mm，長(zhǎng)14.5mm，星軸正向拉脫力，反向拉脫力，傳動(dòng)軸長(zhǎng)134.5mm，花

49、鍵齒數(shù)12、壓力角為。6.2.2行星齒輪 行星齒輪除了能象定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)之外，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還隨著支架（稱為行星架）繞其它齒輪的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為“自轉(zhuǎn)”，繞其它齒輪軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為“公轉(zhuǎn)”，就象太陽(yáng)系中的行星那樣，因此得名。圖6.5 行星齒輪齒輪結(jié)構(gòu)假設(shè)太陽(yáng)輪有20個(gè)齒，齒圈從動(dòng)（輸出），行星輸入走過(guò)一圈是走過(guò)60個(gè)齒，帶動(dòng)齒圈輸出，那么齒圈也是走過(guò)60個(gè)齒，但是齒圈只有40個(gè)齒，所以這是一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)輪從動(dòng)，齒圈固定，太陽(yáng)輪走過(guò)60個(gè)齒，要走3圈；當(dāng)行星架作為從動(dòng)件時(shí)：太陽(yáng)輪主動(dòng)，齒圈固定，太陽(yáng)輪輸入走過(guò)一圈走了20個(gè)齒，帶動(dòng)行星架也是走了20個(gè)齒，但是行星

50、架有60個(gè)齒，走了20個(gè)齒，只是走了1/3圈，所以這是一個(gè)減速傳動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)輪固定，齒圈主動(dòng)，齒圈走一圈是40個(gè)齒，對(duì)于行星架來(lái)說(shuō)只是走過(guò)2/3圈，所以也是一個(gè)減速傳動(dòng)；當(dāng)行星架作為固定件，當(dāng)太陽(yáng)輪主動(dòng)，齒圈從動(dòng)，當(dāng)太陽(yáng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與行星齒輪外嚙合，行星齒輪則逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪與齒圈是內(nèi)嚙合，那么齒圈是與行星齒輪運(yùn)動(dòng)方向相反是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，所以是倒檔傳動(dòng)。太陽(yáng)輪從動(dòng)。齒圈主動(dòng)，齒圈順時(shí)針輸入帶動(dòng)行星齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)到，然后行星齒輪帶動(dòng)太陽(yáng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。所以也是一個(gè)倒檔傳動(dòng)。行星齒輪傳動(dòng)的符號(hào)：角速度 、n齒輪a的轉(zhuǎn)速 、n齒輪b的轉(zhuǎn)速、n轉(zhuǎn)臂x的轉(zhuǎn)速、n行星輪c的轉(zhuǎn)速、ia輪輸入，b輪輸出的傳動(dòng)比，即：，定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算公式為：=（1） （6.1）上式中，外嚙合傳動(dòng)比取“-”號(hào)；內(nèi)嚙合傳動(dòng)取“+”號(hào)。在一般情況下，已知行星齒輪傳動(dòng)各構(gòu)件a、b、c的角速度、和，則其相對(duì)角速度的傳動(dòng)比符號(hào)為i，它表示構(gòu)件a相對(duì)構(gòu)件c的相對(duì)角速度與構(gòu)件b相對(duì)于構(gòu)件的相對(duì)角速度之比值，即： （6.2）結(jié)論通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅把知識(shí)融會(huì)貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的過(guò)程中也了解了許多課外知識(shí)，開(kāi)拓了視野，認(rèn)識(shí)了將來(lái)電子的發(fā)展方向，使自己在專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面和動(dòng)手能力方面有了質(zhì)的飛躍。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)