起動(dòng)機(jī)概述和控制裝置

1、起動(dòng)機(jī)概述和控制裝置第一節(jié) 概述第二節(jié) 直流串激式電動(dòng)機(jī)第三節(jié) 起動(dòng)機(jī)的特性第四節(jié) 起動(dòng)機(jī)基本參數(shù)的確定第五節(jié) 起動(dòng)機(jī)的控制裝置第一節(jié) 概述一、發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式 人力起動(dòng) 它是用手搖或繩拉，屬于最簡單的一種。輔助汽油機(jī)起動(dòng) 這種方式在汽車上不采用，只在大功率的拖拉機(jī)柴油機(jī)，如東方紅一75等上采用。電力起動(dòng)機(jī)起動(dòng) 它是由直流電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。它具有能源方便，操作簡便，體積小，質(zhì)量輕，安全可靠，起動(dòng)容易而迅速，又具有重復(fù)起動(dòng)的能力，所以在現(xiàn)代汽車上已廣泛采用。二、起動(dòng)機(jī)的作用 發(fā)動(dòng)機(jī)是靠外力起動(dòng)的。通常把汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在外力作用下，從開始轉(zhuǎn)動(dòng)到怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。 起

2、動(dòng)機(jī)的作用就是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，起動(dòng)機(jī)立即停止工作。 三、起動(dòng)機(jī)的組成 起動(dòng)機(jī)都是由直流串激式電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置三大部分組成。直流串激式電動(dòng)機(jī)的作用是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又稱離合器、嚙合器。 它的作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)使起動(dòng)機(jī)小齒嚙入飛輪齒環(huán)，將起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸；在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后又能使起動(dòng)機(jī)小齒輪與飛輪齒環(huán)自動(dòng)脫開。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分滾柱式、彈簧式、摩擦片式等。 控制裝置 也就是開關(guān)，它的作用是接通和切斷電動(dòng)機(jī)與蓄電池之間的電路。有些汽車上的控制開關(guān)，還具有接入和除去點(diǎn)火線圈附加電阻的作用。 四、對起動(dòng)機(jī)的要

3、求 1、起動(dòng)機(jī)小齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合要容易，不發(fā)生沖擊。2、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，起動(dòng)機(jī)小齒輪應(yīng)自動(dòng)退出，不得再與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合。3、結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，工作要可靠，使用方便，起動(dòng)迅速。注意：發(fā)動(dòng)機(jī)能否迅速、方便、可靠地起動(dòng)，是評價(jià)起動(dòng)機(jī)性能好壞的重要指標(biāo)之一。 第二節(jié)直流串激式電動(dòng)機(jī) 一、直流串激式電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 直流串激式電機(jī)主要由：電樞磁極端蓋機(jī)殼電刷刷架等部件組成。 1、電樞的構(gòu)成電樞由電樞繞組、換向器、電樞軸等部件組成。 l）電樞繞組 為了得到較大的轉(zhuǎn)矩，其電樞電流很大（一般汽油機(jī) 200A 600A，柴油可達(dá)1000A），因此電樞繞組都是用較粗的矩形截面的裸銅線繞制而成。電樞繞組多采用波繞法

4、。2）換向器 換向器由銅片和云母片相間疊壓而成。換向器的作用是把通入電刷的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中導(dǎo)體所需的交變電流。3）電樞軸 除固裝電樞鐵芯及換向器以外，還伸出一定長度的花鍵部分，以便套裝離合器總成。2、起動(dòng)機(jī)的磁極 為了增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)機(jī)一般有四個(gè)磁極。四個(gè)磁場繞組所產(chǎn)生的磁場是相互交錯(cuò)的。 四個(gè)磁極的磁路2、起動(dòng)機(jī)磁極（兩種接法）圖（a）是繞組的串聯(lián)接法，如解放CA10B用的ST8B起動(dòng)機(jī) 圖（b）是先兩個(gè)串聯(lián)后再并聯(lián)，如黃河JN150型汽車用的ST614型起動(dòng)機(jī)就是這種接法。這種接法可以在導(dǎo)線截面積相同的情況下增大起動(dòng)電流，提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2、起動(dòng)機(jī)磁極（兩種接法）2、起動(dòng)機(jī)磁極（兩

5、種接法）每個(gè)磁極上套裝的激磁繞組亦為矩形截面的銅條，外包絕緣層，按一定繞向連接后使S級與N極相間排列。3、電刷及刷架 電刷用銅與石墨粉壓制而成，呈紅棕色，一般含銅8090，石墨1020。刷架多制成框式，正極刷架與端蓋絕緣地固裝，負(fù)極刷架直接搭鐵。刷架上裝有彈力較大的盤形彈簧。 4、機(jī)殼機(jī)殼的一端有四個(gè)檢查窗口，中部只有一個(gè)電流輸入接線柱，并在內(nèi)部與激磁繞組的一端相聯(lián)接。5、前、后端蓋前端蓋一般用銅板壓制而成，電刷裝在前端蓋內(nèi)。后端蓋為灰鑄鐵澆制成缺口杯狀。它的中心壓裝著青銅石墨軸承或鐵基含油軸承，外圍有2或4個(gè)組裝螺孔。后端蓋上面有撥叉座，蓋口有突緣和安裝螺孔，還有裝中間軸承板的螺釘孔。二、電

6、力起動(dòng)機(jī)的工作原理電力起動(dòng)機(jī)的工作原理是根據(jù)根據(jù)帶電導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用這一理論。 磁場中帶電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向可以根據(jù)左手定則進(jìn)行判斷。根據(jù)通電線匝在磁場中將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的理論，就可以制成實(shí)用的直流電動(dòng)機(jī)。 二、電力起動(dòng)機(jī)工作原理（圖）三、直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩大小的計(jì)算公式如下：三、直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩式中 ，p為極磁對數(shù) Z為電樞導(dǎo)體總數(shù) D為電樞的直徑 Ia為電樞電流 a為電樞繞組的支路對數(shù)，當(dāng)采用 波繞法時(shí)a=1 取決于電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造，為一常數(shù)，故稱為電機(jī)常數(shù)。 由以上公式可知，電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電樞電流Ia及磁極的磁通 成正比。 四、直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)原理 1、反電動(dòng)勢 直

7、流電動(dòng)機(jī)的電樞在電磁力力矩作用下轉(zhuǎn)，但同時(shí)，它又切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢的方向恰與電樞電流方向相反，故稱為反電動(dòng)勢。其大小為：式中C1電動(dòng)常數(shù)； n電樞轉(zhuǎn)速。2、電壓平衡方程式 外加于電樞上的電壓，一部分消耗在電樞電阻上，另一部分則用來平衡電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢。 即：這是電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須滿足的一個(gè)基本條件，稱為電壓平衡方程式。 3、電樞電流Ia 由反電動(dòng)勢公式和電壓電壓平衡方程式得到電樞電流的計(jì)算公式如下:4、電樞電流Ia的物理意義當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，轉(zhuǎn)軸上阻力矩也增大，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動(dòng)勢E隨之減小，電極電流Ia增大，所以電磁轉(zhuǎn)矩 M（ ）也增大。直至電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增加到與阻力

8、矩相等為止。這時(shí)電動(dòng)機(jī)將在新的負(fù)載下以新的較低的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。反之，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，電樞轉(zhuǎn)速升高，反電動(dòng)勢增大，電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩也減小，直至與阻力矩相等為止。電動(dòng)機(jī)將在較高的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。由以上分析可見，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流和轉(zhuǎn)矩將會(huì)自動(dòng)作相應(yīng)變化，以滿足負(fù)載的需要，這就是直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié) 的原理。第三節(jié) 起動(dòng)機(jī)的特性一、轉(zhuǎn)矩特性 電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩隨電樞電流變化的關(guān)系，稱為轉(zhuǎn)矩特性。即：對串激直流電動(dòng)機(jī)而言，由于磁場繞組與電樞繞組串聯(lián)，電樞電流Ia與磁場電流If相同，即Ia=If。 1、串激直流電機(jī)電路圖2、串激直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性在磁路未飽和時(shí)，由于磁通與電樞電流Ia成正

9、比，即 ，故電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： 串激式直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在磁路未飽和時(shí)與電樞電流的平方成正比。在磁路飽和后，磁通幾乎不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成直線關(guān)系。 轉(zhuǎn)矩特性曲線如下圖中M曲線所示。由以上分析知，直流串激式電動(dòng)機(jī)的特征是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適宜作起動(dòng)機(jī)二、轉(zhuǎn)速特性 根據(jù)克希荷夫第二定律經(jīng)推導(dǎo)可知串激直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速： 電刷接觸電壓降電樞繞組電阻、磁場繞組電阻、導(dǎo)線電阻、蓄電池內(nèi)阻1、轉(zhuǎn)速公式的物理意義由上式可知，當(dāng)Ia增加時(shí)，則分子減少，在磁路未飽和時(shí)，磁通也增加。于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n將隨Ia的增加，而顯著下降。如圖38中n曲線所示。 起動(dòng)機(jī)的特性曲線2、串激直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性的特點(diǎn)串激式直流電動(dòng)

10、機(jī)具有輕載轉(zhuǎn)速高重載轉(zhuǎn)速低的軟機(jī)械特性，能保證發(fā)動(dòng)機(jī)既安全又可靠地起動(dòng)。這是汽車起動(dòng)機(jī)采用直流串激式電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的又一個(gè)重要原因。 三、功率特性 串激直流電動(dòng)機(jī)的電磁功率和電樞電流的關(guān)系是一對稱的拋物線，如圖3一8中P線所示。 三、功率特性工程上，起動(dòng)機(jī)的功率還可由測量電樞軸上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來確定，即：三、功率特性綜上所述：1、當(dāng)完全制動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于剛接入起動(dòng)機(jī)的情況，這時(shí)n=0，電樞電流Ia達(dá)到最大值（稱為制動(dòng)電流），轉(zhuǎn)矩M也達(dá)到最大，稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)功率P=0。2、在起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，電流Ia最?。ǚQ為空載電流），轉(zhuǎn)速n達(dá)到最大值，稱為空載轉(zhuǎn)速。此時(shí)，功率P0。3、在電樞電流接近制動(dòng)電流的一半

11、（Iamax2）時(shí)，起動(dòng)機(jī)的功率達(dá)到最大值。四、注意事項(xiàng)起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很短，每次工作時(shí)間決不允許超過5s，重復(fù)起動(dòng)應(yīng)停歇12min，連續(xù)第三次起動(dòng)應(yīng)在檢查的基礎(chǔ)上停歇15min。起動(dòng)時(shí)，允許以最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，所以常常將起動(dòng)機(jī)最大輸出功率作為起動(dòng)機(jī)的額定功率。第四節(jié)起動(dòng)機(jī)基本參數(shù)的確定 選擇起動(dòng)機(jī)時(shí)必須確定的基本參數(shù):起動(dòng)機(jī)的功率起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的傳動(dòng)比蓄電池的容量 一、起動(dòng)機(jī)功率的選擇 起動(dòng)機(jī)功率的選擇，主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速n0和發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩M01、發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)最低轉(zhuǎn)速n0 據(jù)汽油的霧化條件，當(dāng)汽車在020 時(shí)其最小轉(zhuǎn)速一般為3540rmin。為了在更低溫度下能順利起動(dòng)，常取最低起

12、動(dòng)轉(zhuǎn)速為5070rmin。對于柴油機(jī)一般為100200rmin。 2、發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩M0 發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩M0是指在最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩。它包括三部分： 摩擦力矩。約占全部阻力矩的60左右。 壓縮損失力矩。約占全部阻力矩的25左右。 驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)附件的驅(qū)動(dòng)阻力矩。約占全部阻力矩的 15。2、發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩M0綜上可知，發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩主要取決于氣缸的工作容積、缸數(shù)、壓縮比、轉(zhuǎn)速和溫度。柴油機(jī)的壓縮比高，且驅(qū)動(dòng)高壓泵等輔助機(jī)構(gòu)的功率消耗也大，因此柴油機(jī)的阻力矩幾乎比汽油機(jī)大一倍。 2、發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩M00時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩為： MCL 式中L發(fā)動(dòng)機(jī)的工作容積（L）； C系數(shù)（不同

13、發(fā)動(dòng)機(jī)的系數(shù)有表可供參考）。二、傳動(dòng)比的選擇起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)比如果選擇不當(dāng)，則起動(dòng)機(jī)的功率不能充分利用，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難。因此，必須正確選擇傳動(dòng)比，以便使起動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，能發(fā)出最大功率。1、最佳傳動(dòng)比的確定 所謂最佳傳動(dòng)比，就是起動(dòng)機(jī)工作在最大功率時(shí)所對應(yīng)的傳動(dòng)比。它可以通過下式確定：2、實(shí)際傳動(dòng)比的選擇 實(shí)際上，傳動(dòng)比的選擇要受飛輪齒環(huán)和起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪的限制。傳動(dòng)比的實(shí)際選擇往往比最佳值稍小。實(shí)際傳動(dòng)比的計(jì)算公式如下：2、實(shí)際傳動(dòng)比的選擇通常起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)一般為913（個(gè)別有57的）。汽油機(jī)中，起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的傳動(dòng)比一般為1317。柴油機(jī)因起動(dòng)轉(zhuǎn)速較高，傳動(dòng)比較小，一般為 810。 3、蓄電池容量的確定 起動(dòng)機(jī)的功率確定以后即可按如下經(jīng)驗(yàn)公式確定蓄電池的容量：式中 Q