起动机.docx

起动机.docx

《起动机.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《起动机.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

起动机

情景二

任务起动机的检修

课程名称

汽车电气构造与维修

学时

8

故障描述

起动发动机时，点火开关打到起动档，起动机不工作，直接给起动机电磁开关通电，起动机仍无反应。

咨询

一、起动机的构造

起动机由串励直流电动机、传动机构和操纵机构三个部分组成。

1、串励直流电动机

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。

二、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

①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。

②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

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤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。

三、直流串励式电动机

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。

1、直流串励电动机的构造

串励直流电动机由电枢、磁极等主要部件构成。

1）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，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：

起动机内部接线见图，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。

2）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。

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。

2、串励直流电动机的工作原理

1）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（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（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、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（上图）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

1）并励式电动机

电枢电阻很小，当电枢电流增大时，电动机转速下降并不大，具有硬的机械特性。

2）串励式电动机

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，见下图。

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，见下图：

在完全制动状态（n＝0）和空载（M＝0）时，起动机的功率等于零；电枢电流接近制动电流的一半时，电动机输出功率最大。

由于起动机起动时间很短，起动机可以最大功率运转，因此将其最大功率作为额定功率。

起动机功率必须保证发动机能够迅速可靠地起动。

若功率不够将会增加起动次数，缩短蓄电池的寿命，增加燃料消耗，增加低温下发动机零件的磨损。

起动发动机所必须的功率，取决于发动机的最低起动转速和起动阻力短，即

P＝

式中，MQ——发动机的起动阻力矩，单位为N·m；

nQ——发动机最低起动转速，r/min。

发动机的起动阻力短是指在最低起动转速时的发动机的阻力短。

由摩擦阻力短、压缩损失力矩、驱动发动机附件的阻力矩三部分组成。

而影响上述三种阻力短的因素主要有润滑油粘度、气缸的工作容积、压缩比、缸数、转速、温度及附件数等。

由于柴油机压缩比较大，驱动附件的功率也较大，柴油机的阻力矩一般比汽油机大一倍，各型发动机阻力短由实验方法确定。

发动机最低起动转速是指保证发动机可靠起动的最低转速。

在点火装置可靠点火的情况下，发动机起动尚需两个条件：

①气缸中吸入可燃的混合气；②压缩终了时，混合气具有一定的压力和温度。

转速过低进气管中气流速度低，不利于油的雾化，压缩行程时间长，热量损失大，不能形成可燃混合气，压缩终了的压力温度也会降低。

对柴油机而言，由于利用压燃着火，转速低时，由于压缩时间长，散热漏气增加，压缩终了温度压力降低，更不利于起动。

一般汽油机最低起动转速是50～70r／min，柴油机是100～200r／min。

在实际使用中，影响起动机功率的因素较多，必须对起动机进行正确保养。

影响因素主要有：

①接触电阻和导线电阻的影响。

电剧与换向器接触不良、电刷弹簧张力减弱以及导线与蓄电池接线柱连接不牢，都会使电阻增加；导线过长以及导线截面积过小也会造成较大的电压降。

由于起动机工作时电流特别大，这些都会使起动机功率减小。

因此必须保证电刷与换向器接触良好，导线接头牢固，并尽可能缩短蓄电池接至起动机的导线以及蓄电池搭铁线的长度，选用截面积足够大的导线，以保证起动机的正常工作。

②蓄电池容量的影响。

蓄电池容量越小，其内阻越大，内阻上的电压降也越大，因而供给起动机的电压降低，也会使起动机功率减小。

③温度的影响。

当温度降低时，由于蓄电池电解液粘度增大，内阻增加，会使蓄电池容量和端电压急剧下降，起动机功率将会显著降低。

4、起动机基本数据的确定

选择起动机，必须确定起动机的功率、起动机与发动机曲轴的传动比、蓄电池的容量。

（1）起动机功率的选择

起动发动机所需要的功率，取决于发动机的最低起动转速和发动机的起动阻力矩。

（2）传动比的选择

1）最佳传动比的确定

使起动机在发动机最低起动转速时能发出本身的最大功率

2）传动比的实际选择

实际中，传动比选择的比最佳值稍小，以增加起动转矩。

同时还要考虑起动机驱动齿轮的齿数。

汽油机i＝13～17，柴油机i＝8～10

（3）蓄电池容量的确定

5、起动机的传动机构

起动机的传动机构是起动机的主要组成部件，它包括离合器和拨叉两个部分。

离合器的作用是将电动机的电磁转短传递给发动机使之起动，同时又能在发动机起动后自动打滑，保护起动机不致飞散损坏。

传动机构中的离合器分为滚柱式离合器、摩擦片式离合器、弹簧式离合器几种。

而拨叉的作用是使离合器作轴向移动，将驱动齿轮啮入和脱离飞轮齿圈。

发动机起动时，按下按钮或起动开关，线圈通电产生电磁力将铁心吸入，于是带动拨叉转动，由拨叉头推出离合器，使驱动齿轮喻人飞轮齿圈。

发动机起动后，只要松开按钮或开关，线圈即断电，电磁力消失，在回位弹簧的作用下，铁心退出，拨叉返回，拨叉头将打滑工况下的离合器拨回，驱动齿轮脱离飞轮齿圈。

（1）滚柱式离合器

滚往式离合器是目前国内外汽车起动机中使用最多的一种，解放牌汽车、东风牌汽车、北京牌吉普车等均使用滚柱式离合器。

滚柱式离合器的结构见下图。

其中，驱动齿轮采用40号中碳钢经加工淬火而成，与外壳连成一体。

外壳内装有十字块和4套滚往及弹簧，十字块与花键套简固定连接，壳底与外壳相互折合密封。

花键套筒的外面装有缓冲弹簧及村圈，末端固装着拨环与卡圈。

整个离合器总成利用花键套简套在起动机轴的花键部位上，可以作轴向移动和随轴移动。

滚柱式离合器的工作原理如下：

在上图（a）中，发动机起动时，经拨叉将离合器沿花键推出，驱动齿轮啮入发动机飞轮齿圈。

由于十字块处于主动状态，随电动机电枢一起旋转，促使4套滚柱进八糟的窄端，将花键套筒与外壳挤紧，于是电动机电枢的转矩就可由十字块经滚柱式离合器外壳传给驱动齿轮，从而达到驱动发动机飞轮齿圈旋转、起动发动机运转的目的。

在图（b）中，发动机起动后，飞轮齿圈的转速高于驱动齿轮，十字块处于被动状态，促使滚技进入槽的宽端而自由滚动，只有驱动齿轮随飞轮齿圈作高速旋转，起动机转速并不升高。

这种离合器的打滑功能，防止了电枢超速飞散的危险。

起动完毕，由于拨叉回位弹簧的作用，经拨环使离合器退回，驱动齿轮完全脱离飞轮齿圈。

这种滚柱式离合器具有结构简单。

坚固耐用、体积小、质量轻、工作可靠等优点，因此得到广泛采用。

其不足是不能用于大功率起动机上。

（2）摩擦片式离合器

该离合器的驱动齿轮与外接合鼓做成一个整体，见下图。

在外接合鼓的内壁有4道轴向槽沟，钢质被动摩擦片利用外围4个齿插装其中。

在花键套筒的一端表面亦有3条螺旋花键，其上套着内接合鼓。

内接合鼓的表面也有4条轴向槽沟，用钢或青铜制造的主动摩擦片利用内圆4个齿套装在沟槽内。

主动摩擦片和被动摩擦片彼此相间地排列组装。

内接合鼓的外面装有缓冲弹簧，端部固装着拨环。

离合器总成在起动机不工作时，主、被动摩擦片之间处于放松无摩擦力状态。

发动机起动时，通过拨叉推动拨环使内接合鼓沿3条螺旋花键向外移动，主动和被动磨擦片相互压紧，具有了摩擦力。

当驱动齿轮啮入飞轮齿圈时，就能利用起动机转短驱动曲轴旋转。

发动机起动后，驱动齿轮被飞轮齿圈带动高速旋转，在惯性力和拨叉返回的作用下，内接合鼓沿3条螺旋花键向内移动，于是主动和被动摩擦片之间的摩擦力消失而打滑，防止了电枢超速飞散的危险。

摩擦片式离合器具有传递大转矩，防止超载损坏起动机的优点，多用在大功率起动机上。

但由于摩擦片容易磨损而影响起动性能，需要经常检查、调整或更换摩擦片。

此外，这种离合器结构比较复杂，耗用材料较多，加工费时，而且不便于维修。

（3）弹簧式离合器

弹簧式离合器的主动套筒套装在电枢轴的花键上，见下图：

小齿轮套筒套在电枢轴的光滑部分，在小齿轮套筒与主动套筒外圆上装有驱动弹簧，驱动弹簧内径略大于两套筒的外径。

起动发动机时，传动叉拨动滑环，并压缩弹簧，推动离合器移向飞轮齿圈一端，使小齿轮啮人飞轮齿圈。

电枢旋转时带动主动套筒，在摩擦力的作用下，驱动弹簧被扭紧，将两个套筒抱死，起动机转矩便由此传给飞轮。

起动机起动后，驱动小齿轮和飞轮齿圈的主动与从动关系改变，啮合器因驱动弹簧被放松而打滑，从而使电枢轴避免了超速运转的危险。

弹簧式离合器具有结构简单、制造工艺简单、成本低等优点，但由于驱动弹簧所需圈数较多，使其轴向尺寸增大。

6、起动机的控制装置

现代汽车上，均采用电磁式控制电路，利用电磁开关的电磁力控制蓄电池与电动机之间的电路，并操纵拨叉，使驱动齿轮与飞轮齿圈啮合或分离。

（1）强制啮合式起动机

以QD124型起动机的工作原理为例：

1）起动继电器接通后，起动机电磁开关中，吸引线圈和保持线圈同时通电。

其中，保持线圈直接搭铁；吸引线圈上的电流又通过主接线柱进入直流电动机（磁场绕组和电枢绕组）后搭铁。

2）线圈通电产生电磁力，使铁心移动。

一方面，通过拨叉带动驱动齿轮轴向移动，与飞轮齿圈啮合；另一方面，推动接触盘移动，使两个主接线柱接通。

（此时，电动机缓慢旋转，便于驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合……）

3）主接线柱接通后，蓄电池电流通过主接线柱直接进入起动机，使电动机进入正常运转。

此时，吸引线圈被短路，仅依靠保持线圈上产生的电磁力来维持主触点（主接线柱）的接通。

4）起动完成之后，驾驶员操纵点火开关退出“起动档”，吸引线圈和保持线圈上产生相反方向的电磁力，促使铁心回位，接触盘退回，拨叉带动驱动齿轮退出与飞轮齿圈的啮合。

完成整个起动过程。

（2）电枢移动式起动机

1）电枢移动式起动机是借磁极磁通的电磁力，移动整个电枢而使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿环的。

2）工作原理：

（3）齿轮移动式起动机

1）依靠电磁开关推动安装在电枢轴孔内的啮合杆，而使驱动齿轮与飞轮齿环啮合的。

2）工作原理：

（4）减速起动机

1）在起动机电枢与驱动齿轮之间增加了一对减速齿轮，可将起动机电枢的工作转速设计得较高，然后通过减速机构使驱动齿轮的转速降低并使转矩增加。

2）在电动机功率一定时，提高电动机的转速，降低电动机力矩，可以使起动机重量和体积减小。

3）装用减速起动机构，可采用小型、高速、低转矩的电动机，缺点是零件增加，电机转速高，结构及生产工艺复杂。

（5）起动机的保护电路

采用起动复合继电器，由起动继电器和保护继电器组成。

四、起动系的故障诊断

1、起动机不运转

1）故障现象：

点火开关扭至起动档位后，起动机不转动。

2）故障原因：

A蓄电池亏电严重，导线接头松动或极桩太脏。

B起动机电磁开关触点烧蚀或调整不当而未闭合。

C磁场绕组或电枢绕组有断路、短路或搭铁。

D绝缘电刷搭铁，或电刷在电刷架内卡死、弹簧折断，以致电刷与换向器不能接触。

E电磁开关吸引线圈短路、断路。

F起动继电器的触点不能闭合，或触点烧蚀、油污；保护继电器的触点烧蚀、油污。

概括来说，故障可能发生在以下几个方面：

蓄电池、继电器、电动机、电磁开关、线路……

3）诊断方法：

2、起动机运转无力

1）故障现象：

起动机转动缓慢无力，带动发动机运转困难；或接通点火开关起动档后，起动机就发出“咔嗒”一声响，但不能转动。

2）故障原因：

A换向器过脏

B电刷磨损过多或电刷弹簧压力不足使电刷接触不良

C磁场绕组和电枢绕组有局部短路

D起动机开关触点烧蚀

E发动机装配过紧或温度过低，使转动阻力过大

3、起动机驱动齿轮与飞轮不能啮合且有撞击声

1）起动机驱动齿轮或飞轮磨损过甚或损坏

2）开关闭合过早，起动机驱动齿轮尚未啮入时，起动机就已旋转

4、起动机驱动齿轮周期性的敲击齿轮，发出“哒哒”声

原因：

保持线圈断路、短路或者搭铁不良

5、起动机空转

1）故障现象：

拧动点火开关至起动档时，起动机运转正常，但发动机曲轴不转。

2）故障原因：

A单向离合器打滑、弹簧过软或驱动齿轮损坏。

B拨叉损坏，不能拨动驱动齿轮轴向移动。

C飞轮齿圈损坏。

D起动机转子轴支承衬套磨损严重。

3）故障的诊断与排除

A从车上拆下起动机总成，检查飞轮齿圈是否损坏，齿圈轮齿严重损伤时，应予更换。

B检查单向离合器是否打滑（进行制动试验）；弹簧弹力是否明显减弱；驱动齿轮是否损坏。

不符合要求时应更换新件。

C解体检查转子轴与衬套配合是否松旷；拨叉是否折断，拨叉各铰接部位是否磨损松旷等。

转子轴与衬套配合松旷，应更换支承衬套；拨叉损坏应更换新件。

6、单向离合器不回位

1）复合继电器中的起动继电器触点烧结。

2）电磁开关中触点与接触盘烧结。

3）复位弹簧失效。

4）蓄电池容量不足，齿轮啮合后不运转。

5）起动机安装不牢固，电机轴线倾斜。

7、失去自动保护性能

发动机起动后，不松开钥匙，起动机不能自动停止运转；发动机运转过程中，若将点火开关扭至起动档，则发出齿轮撞击声。

1）充电系发生故障，发电机中性点无电压。

2）发电机接线柱N至复合继电器接线柱N的导线断路或连接不良。

3）复合继电器中保护继电器的触点烧结，或磁化线圈断路、短路、搭铁。

4）复合继电器搭铁不良。

步骤

内容

备注

计划与决策

实施

检查与评估