常規(guī)起動(dòng)機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)和工作原理

1、1.2 常規(guī)起動(dòng)機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)和工作原理常規(guī)起動(dòng)機(jī)一般由直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置（也稱電磁開關(guān)）三部分組成。如圖21所示是其和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的嚙合關(guān)系，圖22所示是起動(dòng)機(jī)的組成。由圖可以看出，把點(diǎn)火開關(guān)旋至起動(dòng)檔時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電磁開關(guān)把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的小齒輪推出，使其與發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒圈嚙合，這樣就把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞給飛輪，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。圖2-1 起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的嚙合關(guān)系 圖22 常規(guī)起動(dòng)機(jī)的組成1.2.1 直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的作用是產(chǎn)生力矩。一般均采用直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)?！按畡?lì)”是指電樞繞組與磁場(chǎng)繞組串聯(lián)。1.2.1.1 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)由磁

2、極、電樞、換向器和外殼等組成如圖23所示，圖2-3 直流電動(dòng)機(jī)(1) 磁極 磁極的作用是產(chǎn)生電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的磁場(chǎng)，它由固定在機(jī)殼上的磁極鐵心和磁場(chǎng)繞組組成，見圖24。如圖25所示為勵(lì)磁繞組的內(nèi)部電路連接方法，勵(lì)磁繞組一端接在外殼的絕緣接線柱上，另一端與兩個(gè)非搭鐵電刷相圖24 磁極圖2-5 勵(lì)磁繞組的接法a)四個(gè)繞組相互串聯(lián)；b）兩個(gè)繞組串聯(lián)后再并聯(lián)(2) 電樞 如圖26所示為電樞總成，由外圓帶槽的硅鋼片疊成的鐵心和電樞繞組組成，磁場(chǎng)繞組和電樞繞組一般采用矩形斷面的裸銅線繞制。圖2-6 電樞總成 換向器裝在電樞軸上，它由許多換向片組成。換向片嵌裝在軸套上，各換向片之間均用云母絕緣。 (3) 電

3、刷 電刷和換向器配合使用用來連接磁場(chǎng)繞組和電樞繞組的電路，并使電樞軸上的電磁力矩保持固定方向。電刷裝在端蓋上的電刷架中，電刷彈簧使電刷與換向片之間具有適當(dāng)?shù)膲毫σ员３峙浜希鐖D2-7所示。 圖2-7 電刷及電刷架的組合以四磁極電動(dòng)機(jī)為例，其中兩個(gè)電刷與機(jī)殼絕緣，電流通過這兩個(gè)電刷進(jìn)入電樞繞組，另外兩個(gè)為搭鐵電刷，通過電樞繞組的電流通過這兩個(gè)電刷搭鐵。(4)機(jī)殼是電動(dòng)機(jī)的磁極和電樞的安裝機(jī)體，其中一端有四個(gè)檢查窗口，便于進(jìn)行電刷和換向器的維護(hù)，同時(shí)起動(dòng)機(jī)的電磁開關(guān)也安裝在機(jī)殼上，其上有一絕緣接線端，是電動(dòng)機(jī)電流的引入線。1.2.1.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理是通電的導(dǎo)體在

4、磁場(chǎng)中會(huì)受電磁力作用，電磁力的方向遵循左手定則。圖2-8 直流電動(dòng)機(jī)的原理圖如圖2-8所示，兩片換向片分別與環(huán)狀線圈的兩端連接，電刷一端與兩換向器片相接觸,另一端分別接蓄電池的正極和負(fù)極。在環(huán)狀線圈中電流的方向交替變化，用左手定則判斷可知,環(huán)狀線圈在電磁力矩作用下按順時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣在電源連續(xù)對(duì)電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，其線圈就不停地按同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 為了增大輸出力矩并使運(yùn)轉(zhuǎn)均勻，實(shí)際的電動(dòng)機(jī)中電樞采用多匝線圈，隨線圈匝數(shù)的增多換向片的數(shù)量也要增多。1.2.1.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)有如下的特點(diǎn)： 電動(dòng)機(jī)中電流越大，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩越大。 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，電樞線圈中產(chǎn)生的反電動(dòng)

5、勢(shì)就越大，電流也隨之下降。起動(dòng)機(jī)在初始起動(dòng)期間和起動(dòng)期間各項(xiàng)指標(biāo)的比較見表21。表21 階段項(xiàng)目初始起動(dòng)期間正常起動(dòng)期間電動(dòng)機(jī)速度較 低較 高電動(dòng)機(jī)電流較 大較 小電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩較 大較 小電樞中的反向電動(dòng)勢(shì)較 小較 大直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的力矩M、轉(zhuǎn)速n和功率P隨電樞電流變化的規(guī)律，稱為直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的特性。圖29所示為直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的特性曲線，其中曲線M、n和P分別代表力矩特性、轉(zhuǎn)速特性和功率特性。圖29 直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的特性結(jié)合表21和圖29可知，在起動(dòng)機(jī)起動(dòng)的瞬間，電樞轉(zhuǎn)速為零，電樞電流達(dá)到最大值，力矩也相應(yīng)達(dá)到最大值。使發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)變得很容易。這就是汽車起動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的主

6、要原因。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)在輸出力矩大時(shí)，電樞電流也大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨電流的增加而急劇下降；反之，在輸出力矩較小時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速又隨電樞電流的減小而很快上升。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)具有輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低的特性，對(duì)保證起動(dòng)安全可靠是非常有利的，是汽車上采用串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要原因。 串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的功率P可用下式表示：P=Mn/9550式中：M電樞軸上的力矩（Nm）；n電樞轉(zhuǎn)速（rmin）。電動(dòng)機(jī)完全制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和輸出功率為零，力矩達(dá)到最大值?？蛰d時(shí)電流最小，轉(zhuǎn)速最大，輸出功率也為零。當(dāng)電樞電流接近制動(dòng)電流一半時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出功率最大。1.2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是把直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩傳遞給飛輪齒圈，再通過

7、飛輪齒圈把轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；起動(dòng)后，飛輪齒圈與驅(qū)動(dòng)齒輪自動(dòng)打滑脫離。一般由驅(qū)動(dòng)齒輪、單向離合器、撥叉、嚙合彈簧等組成。單向離合器有滾柱式，摩擦片式，彈簧式等幾種類型。 其中滾柱式單向離合器是最常用的，下面就以滾柱式單向離合器為例，討論其結(jié)構(gòu)和工作原理。1.2.2.1 滾柱式單向離合器的構(gòu)造如圖210所示，滾柱式單向離合器的驅(qū)動(dòng)齒輪與外殼制成一體，外殼內(nèi)裝有十字塊和4套滾柱、壓帽和彈簧。十字塊與花鍵套筒固連，殼底與外殼相互扣合密封。圖210 滾柱式單向離合器1-驅(qū)動(dòng)齒輪；2-外殼；3-十字塊；4-滾柱；5-壓帽彈簧；6-墊圈；7-護(hù)蓋；8-花鍵套筒；9-彈簧座；10-嚙合彈簧

8、；11-撥環(huán)；12-卡簧花鍵套筒的外面裝有嚙合彈簧及襯圈，末端安裝著撥環(huán)與卡圈。整個(gè)離合器總成套裝在電動(dòng)機(jī)軸的花鍵部位上，可作軸向移動(dòng)和隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在外殼與十字塊之間，形成4個(gè)寬窄不等的楔形槽，槽內(nèi)分別裝有一套滾柱、壓帽及彈簧。滾柱的直徑略大于楔形槽窄端，略小于楔形槽的寬端。1.2.2.2 工作過程 受力分析如圖211所示，當(dāng)起動(dòng)機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩經(jīng)套筒帶動(dòng)十字塊旋轉(zhuǎn)，滾柱滾人楔形槽窄端，將十字塊與外殼卡緊，使十字塊與外殼之間能傳遞力矩，見圖2-11a）；發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，飛輪齒圈會(huì)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過電樞轉(zhuǎn)速時(shí)，滾柱滾人寬端打滑，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩就不會(huì)傳遞至起動(dòng)機(jī)，起到保護(hù)起動(dòng)機(jī)的作用。

9、見圖2-11b）。圖211 滾柱的受力及作用示意圖a起動(dòng)時(shí)；b.起動(dòng)后1.2.3 控制裝置電磁控制裝置在起動(dòng)機(jī)上稱為電磁開關(guān)，它的作用是控制驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈的嚙合與分離,并控制電動(dòng)機(jī)電路的接通與切斷。在現(xiàn)代汽車上，起動(dòng)機(jī)均采用電磁式控制電路，電磁式控制裝置是利用電磁開關(guān)的電磁力操縱撥叉，使驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪嚙合或分離。1.2.3.1 電磁控制裝置的組成 圖212所示為其結(jié)構(gòu)圖。電磁開關(guān)主要由吸引線圈、保持線圈、回位彈簧、可動(dòng)鐵心，接觸片等組成。其中，端子C接點(diǎn)火開關(guān)，通過點(diǎn)火開關(guān)再接電源；端子30直接接電源。圖212 電磁開關(guān)結(jié)構(gòu)圖1.2.3.2 基本工作過程 電磁開關(guān)的工作過程要結(jié)合電路進(jìn)行分

10、析，此處不對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的分析。主要的工作過程見起動(dòng)系統(tǒng)控制電路中圖214。當(dāng)起動(dòng)電路接通后，保持線圈的電流經(jīng)起動(dòng)機(jī)接線柱50進(jìn)入，經(jīng)線圈后直接搭鐵，吸引線圈的電流也經(jīng)起動(dòng)機(jī)接線柱50進(jìn)入，但通過線圈后未直接搭鐵，而是進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈和電樞后再搭鐵。兩線圈通電后產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁力，克服回位彈簧彈力使活動(dòng)鐵心移動(dòng)，一方面通過撥叉帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪移向飛輪齒圈并與之嚙合，另一方面推動(dòng)接觸片移向接線柱50和C的觸點(diǎn)，在驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈進(jìn)入嚙合后，接觸片將兩個(gè)主觸點(diǎn)接通，使電動(dòng)機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)。在驅(qū)動(dòng)齒輪進(jìn)入嚙合之前，由于經(jīng)過吸引線圈的電流經(jīng)過了電動(dòng)機(jī)，所以電動(dòng)機(jī)在這個(gè)電流的作用下會(huì)產(chǎn)生緩慢旋轉(zhuǎn)，以便于驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈進(jìn)入嚙合。在兩個(gè)主接線柱觸點(diǎn)接通之后，蓄電池的電流直接通過主觸點(diǎn)和接觸片進(jìn)入電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)通過吸引線圈的電路被短路，因此，吸引線圈中無電流通過，主觸點(diǎn)接通的位置靠保持線圈來保持。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，切斷起動(dòng)電路，保持線圈斷電，在彈簧的作用下，活動(dòng)鐵心回位，切斷了電動(dòng)機(jī)的電