汽车电器知识第4章起动机功能及结构.docx
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汽车电器知识第4章起动机功能及结构
第四章起动机功能及结构
第一节起动机的功能汽车装用的汽油发动机或柴油发动机属于内燃机，其本身不能起动，必须借助外力，才能开始运转，并完成发动机最基本的动作－进气、压缩、爆发及排气。
发动机所借助的外力一般是指以蓄电池为电源的直流电动机，人们把起动发动机用的这种电动机称为起动机。
起动机与普通直流电动机的最大区别在于：
起动机是一种带有与发动机啮合、脱开机构的电动机。
首先看一下发动机的起动过程，开始起动机是静止的，必须向起动机通电使其旋转,同时起动机还要与发动机短时间地连在一起，即起动机小齿轮与飞轮齿环啮合，带动发动机旋转，当发动机已被起动，可以靠自身的力量旋转时，就应立即脱开起动机与发动机的连接机构。
若发动机起动之后，仍与起动机连接在一起的话，发动机反过来就要带动起动机旋转，当发动机转速升高时，就会带动起动机高速运转，甚至损坏起动机内的零部件。
因此发动机被起动的同时，必须使发动机和起动机分离。
由此可以看出，起动机结构要比普通直流电动机复杂得多。
一、起动机的型号
根据中华人民共和国行业标准<>规定，起动机的型号如下：
起动机的产品代号：
QD表示起动机；QDJ表示减速起动机；QDY表示永磁型起动机（包括永磁减速型起动机）。
2.电压等级代号
1表示12V;2表示24V。
3.功率等级代号
功率等级代号含义见下表
1
2
3
5
6
7
1kW以下
1-2kW
2-3kW
3-4kW
4-6kW
6-7kW
4.设计序号（1-2位）
5.变型代号（省略、AB、C、D、E、F、---Y、Z）
例如：
QD263Y（24V、4.5KW）
QD1538（12V3.2KW）
QDJ131（12V、2.2KW）
二、起动机的特点：
1体积小、功率大
由于发动机结构本身的特点，不可能给附件以充分的空
间，与普通电动机相比，体积、重量为同功率电动机的1/
10左右；其次其“饭量”也相当惊人，12V、2.5kW的起动
机，在每次起动时要吃进600A左右的电流，其电流密度为
普通电动机的3〜5倍
2工作时间短
按起动机技术条件规定，每次起动时间不超过5秒，属于短时定额工作制。
3性能受电源影响从起动机的输出功率来看，因为起动机是以蓄电池为电源的，所以蓄电池的容量越大，起动机的输出功率越大。
采用小容量或充电状态很差的蓄电池，起动机将达不到设计的输出功率。
第二节起动机结构一、起动机结构型式
起动机是由产生转矩的电机部分、与发动机啮合及脱开的机构组成。
即由直流电动机、传动机构、控制装置三部分组成。
QD263Y型起动机由三部分共八大件组成：
直流电动机部分有五大件组成，分别为：
前盖装配、中盖装配、电枢装配、定子装配、后盖装配；
传动机构部分有两大件组成，分别为：
移动叉装配、单向器；
控制装置由（起动开关、起动继电器）、电磁开关组成。
其它还有13个零件（防护带、连接片、挡圈、销轴、电刷、螺栓等）及28个标准件组成。
QD263Y起动机外形图
起动机结构见图1
1-连接片2-紧固螺栓3-后盖装配4-防护盖
5-定子装配6-电枢装配7-前盖装配8-单向器
9-挡圈10-中盖装配11-移动叉装配
14-电磁开关
图1
1、直流电动机部分
作用：
产生电磁转矩。
（1）前盖装配
前盖装配由前盖及铜衬组成，前盖的材料一般为球墨铸
铁QT450-10,铜衬为铜基粉末冶金含油轴衬，它起着支撑电
枢及连接发动机的作用。
见图2。
图2
（2）中盖装配
由中盖板及铜衬组成，起支撑电枢的作用。
见图3
图3
中盖板用厚度2毫米的ST12冷轧板料深拉伸成形加工
（3）电枢装配（见图4）
电枢装配包括全塑换向器、轴、铁芯和电枢绕组等。
起着产生转矩的作用。
全塑换向器和铁芯通过过盈配合压装在
轴上，电枢绕组则嵌装在铁芯内。
为了获得足够的转矩，通过电枢绕组的电流很大，一般可达200〜1500A,故电枢绕组采用较粗的矩形裸铜线制造，为了防止裸铜线绕组短路，在铜线与铜线及铜线与铁芯之间，均用耐高温性能好的DMD色
缘纸隔开。
较粗的裸铜线在高速旋转时，可能会因离心力作用而被甩出，故在铁芯两侧用无纬带将裸铜线扎紧。
电枢端部均点焊在全塑换向器上，全塑换向器由铜片和酚醛塑料叠压而成。
见图5。
图4电枢装配
图5全塑换向器
（4）定子装配（见图6）
定子装配由磁极铁芯（见图7）、机壳（见图8）、励磁
绕组（见图9）组成。
图6定子装配
图7磁极铁芯
图8机壳
图9励磁绕组
定子装配作用是产生磁场，与电枢装配一起构成完整的磁路。
磁极铁芯一般为4个，磁极铁芯上装有用铜线绕制的励磁绕组，励磁绕组互相连接后，再经过电刷和换向器与电枢绕组“串联”，“串激”式起动机的名称由此而来。
汽车用起动机的直流电动机的励磁方式有：
串励式和复励式两种。
要求零件的机械强度高，励磁绕组电路电阻小。
我公司励磁绕组一般采用“两组绕组分别串联后再并联”简称“两串两并”式。
这种接法可以增大起动电流，提高起动机转矩。
磁路见图10。
绕组的连接型式见图11。
图10磁路
四个励磁绕组串联两串两并
图11绕组的连接型式
（5）后盖装配
后盖装配由后盖、刷架、刷簧、铜衬组成，起支撑作用。
刷架内装有电刷，电刷一般为金属石墨电刷，12V电机电刷
牌号为J487或J488，24V电机电刷牌号为J205。
见图12。
Inc.
图12
2、传动机构部分
作用:
起动发动机时，移动叉使起动机的单向器和发动机飞轮齿圈啮合，将电动机的转矩传给飞轮；发动机起动后，自动切断动力传递，防止电动机被发动机反拖动，超速旋转而破坏。
由于起动机小齿轮与飞轮齿圈之间的传动比很大，因此，
在传动机构中设置了单向器，在发动机起动时，使起动机的
小齿轮啮合入飞轮齿圈，将起动机转矩传给发动机曲轴，在发动机起动后，使起动机自动脱开飞轮齿圈。
（1）移动叉装配
它的作用是起动时将单向器推出并与飞轮齿圈啮合，起动结束后把单向器拨至原位。
见图13。
图13
（2）单向器
单向器又称离合器，它的作用是与飞轮齿环啮合，将转矩传递到发动机曲轴上，并且发动机起动以后反向打滑，防止起动机电枢被飞轮齿环带动旋转而超速损坏。
我厂单向器有滚柱式、弹簧式、摩擦片式、棘轮式四种。
1滚柱式单向器
见图14。
图14
图15
工作过程
1）起动发动机时，开始小齿轮与飞轮齿圈啮合而相对静止，电枢轴经花键套筒带动小齿轮旋转，在小齿轮外圆的摩擦力和弹簧张力作用下，使滚柱位于锲型腔室较窄的一端，将花键套筒和小齿轮尾部卡紧成一体，于是小齿轮随电枢轴一起转动并带动飞轮旋转，使发动机起动。
2）起动发动机后，由于飞轮齿圈带动小齿轮高速旋转，
且比电枢轴转速高的多（即被发动机反带），小齿轮外圆的
摩擦力带动滚柱克服弹簧压力，使滚柱滚向锲型腔室较宽的一端，于是滚柱将在小齿轮与花键套筒间发生滑动摩擦，发动机动力不能传给电枢轴，起到分离作用，电枢轴只按自己的转速空转，避免电枢超速飞散的危险。
3）优缺点
构造简单，工作可靠；
接合时为刚性，能承受大的冲击力，传递大扭矩。
但在被发动机反带时小弹簧易失效；
适用于额定功率在6.6KW以下的起动机。
2弹簧式单向器
图16
优缺点
结构简单、加工方便，成本低；
轴向尺寸长，适用于小功率起动机
3摩擦片式单向器
结构见图17
图17
④棘轮式单向器。
见图18
图18
3、控制装置
作用：
控制驱动齿轮和飞轮的啮合与分离；接通和切断直流电
动机与蓄电池之间的电流输入。
常用的控制方式有机械式和电磁式（即电磁开关）。
①起动继电器
作用是接通、切断吸引线圈和保持线圈电流通路。
②起动开关
作用是接通、切断起动继电器线圈电流通路。
起动开关与点火开关组合在一起。
③电磁开关电磁开关有两方面的作用，一是接通主电路使起动机旋转，二是通过拨叉把单向器推出与发动机飞轮齿圈啮合。
所以要求电磁开关吸力大、行程大、触点能可靠通断大电流。
电磁开关和动铁芯可在装有螺管式线圈的黄铜套管内顺利移动，动铁芯通过移动叉与单向器相连。
在回位弹簧的作用下，动铁芯一般保持在不工作的初始位置。
起动时，起动机单向器要向前移动约12〜20mm因此在电磁开关开始吸
合时需要很大的磁势以产生足够大的初始吸力，而吸动之后，气隙逐步减小，所需电磁吸力也逐步减少。
为此电磁开关都采用两组线圈（吸引线圈和保持线圈），开始时由吸引线圈和保持线圈共同产生吸力，当开关主触点闭合后将吸引线圈短路，单独由保持线圈工作，使开关趋于吸合状态。
保持线圈电流比较小，可用较细的漆包线绕制。
QD1538型起动机所用电磁开关吸引线圈为①1.31绕160
匝，电流为25A;保持线圈为①0.8绕160匝，电流为15A。
QD263Y型起动机所用电磁开关吸引线圈为①0.93绕225匝，电流为35A;保持线圈为①0.64绕225匝，电流为20A。
见图19。
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■
图19
二、起动机工作过程
1接通起动开关，电磁开关通电（吸引线圈和保持线圈
同时工作）；
2在电磁吸力作用下，动铁芯被吸动，借助于移动叉使
起动机单向器前移与飞轮齿圈啮合（或顶住齿圈）；
3开关主触点闭合，接通起动机电源，电枢旋转（若有
顶齿则旋转后啮合）并传递转矩给发动机曲轴。
4主触点闭合的同时，吸引线圈被短路，此后靠保持线圈使动铁芯继续运动直至完全吸合并保持吸合状态；
5起动机单向器由于螺旋花键的作用将继续前移直至
碰到挡圈为止；
6单向器为主动轮拖动飞轮齿圈旋转；
7发动机起动后，电磁开关仍为吸合状态，单向器与飞轮齿圈保持啮合，飞轮齿圈成为主动轮，单向器开始反向旋转，保护起动机，起动机电流下降，这时起动机转速相当高，有时达15000r／min；
8断开起动开关，电磁开关两组线圈的吸力互相抵消，在回位弹簧的作用下，动铁芯退出，主触点断开，起动机停止工作，同时单向器回到原始位置，起动过程结束。
三、起动机的试验
1、空载试验将被试起动机置于试验台上，加额定电压于起动机主电路，运转5秒后，测取电流和转速值：
1若电流大于标准值，而转速低于标准值，表明起动机装配过紧或电枢、励磁绕组内部有短路故障；
2若电流和转速低于标准值，表明起动机线路中有接触不良的地方；
3若电流小于标准值，而转速大于标准值，表明起动机性能良好。
2、制动试验目的是测量起动机在完全制动时所消耗的电流和制动转矩，以判断起动机主电路是否正常，并检查单向器是否打
滑。
做此试验，每次接通起动机时间不超过2秒。
1若制动电流、制动转矩均小于标准值，说明起动机内部有接触不良故障；
2若制动电流小于标准值，电机空转，表明单向器已打滑；
3若制动电流大于标准值，转矩小于标准值，说明起动机装配过紧，或内部有短路；
4若制动电流符合标准值，制动转矩大于标准值，说明起动机性能良好。
3、起动机的接线原理图如下所示:
I
起动机■
1蓄电池接线柱的电缆电阻，12V和24V系统分别不大
于0.001Q和0.002Q（20C）。
相当于使用32mrn软铜编织蓄电池线长度不超过1.5m。
2电磁开关供电线路电阻值（包括起动继电器）12V系统不大于0.035Q,24V系统不大于0.07Q。
相当于使用4mm聚氯乙烯软铜导电线长度不超过6m。
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