汽車起動機工作原理
責任編輯： 錄入時間：2016-10-11 閱讀次數：1847
1、組成：
直流電動機－－產生電磁轉矩
傳動裝置（嚙合機構）－－起動時，嚙合傳動；起動后，打滑脫開
控制裝置（電磁開關）－－接通、切斷電動機與蓄電池之間的電路
2、分類
（1）按控制裝置分為：
直接操縱式
電磁操縱式
（2）按傳動機構的嚙合方式分為：
慣性嚙合式－－已淘汰
強制嚙合式－－工作可靠、操縱方便、廣泛應用
電樞移動式－－結構較復雜，大功率柴油車
齒輪移動式－－電磁開關推動嚙合桿
減速式－－質量體積小，結構工藝復雜
3、型號
（1）產品代號：
qdy－－表示永磁起動機
（2）電壓等級：1－12v；2－24v
（3）功率等級：1－0~1kw；2－1~2kw ;9－8~kw
（4）設計序號
（5）變型代號：拼音大寫字母表示，多表示電氣參數的變化
qd1225－－12v，1~2kw，第25次設計，普通式起動機
二、發動機的起動性能和工作特性
1、發動機的起動性能評價指標有：
（1）起動轉矩
（2）最低起動轉速
（3）起動功率
（4）起動極限溫度
1、起動轉矩
起動機要有足夠大的轉矩來克服發動機初始轉動時的各種阻力。
起動阻力包括：
（1）摩擦阻力矩
（2）壓縮阻力矩
（3）慣性阻力矩
2、最低起動轉速
（１）在一定溫度下，發動機能夠起動的最低曲軸轉速。汽油機一般約為50~70r/min，最好70~100 r/min以上。
（２）起動機傳給發動機的轉速要大于發動機的最低轉速：
若低于這個轉速，汽油泵供油不足，氣流速度過低，可燃混合氣形成不充分，還會使壓縮行程的散熱損失和漏氣損失增加，導致發動機不能起動。
3、起動功率
起動機所具有的功率應和發動機起動所必需的起動功率相匹配。
p=(450~600）p/u
4、起動極限溫度
當環境溫度低于起動極限溫度時，應采取起動輔助措施：
（2）進氣加熱
2、起動機的工作特性
1、起動機工作特性圖
2、分析
當i=0時，m=0，所以，p=0，轉速n達到最大，n=nmax（起動機空載）；
當i=imax時，n=0，所以，p=0，輸出轉矩達到最大m=mmax（起動機制動）。
空載和制動的工作情況，常用來檢驗起動機的故障：
空載時轉速低于規定值，同時電流大，說明有機械故障；
制動實驗時，電源電壓和電流正常，轉矩下降，有電路故障
3、影響起動機工作特性的因素
（1）蓄電池的容量和充電情況
容量大，充電充足，內阻小，供給起動機電流大，起動機的功率、轉速、制動力矩都大。
（2）起動電路的電阻影響
起動機內部電阻和起動線路電阻越大，起動機得輸出功率、轉速、制動力矩均會降低。
（3）環境溫度的影響
環境溫度低時，起動性能不好。
三、通用型起動機的構造
四、直流電動機
1、概述
在現代汽車中，普遍采用電力起動，它以蓄電池為電源，以直流電動機為動力，通過傳動裝置和控制機構進行工作。它在工作時有兩個顯著特點：
一是扭矩大；
二是工作時間短。
2、直流串勵式電動機結構
（1） 作用－－產生轉矩。
（2） 要求－－零件的機械強度高，電路電阻小。
（3） 組成：
1、電樞
產生電磁轉矩
電樞線圈是用扁銅線繞成，較粗且匝數少；電樞軸中部位置制有螺旋齒槽，用以裝置嚙合器，有些起動機除兩端裝有襯套外，中間還裝有支承襯套。為了防止軸向竄動，軸的前端制有槽，用于裝置鎖板機構，軸的后端制有槽，用于裝置止動擋圈及彈性檔圈。
2、磁極
由外殼、磁極、磁場線圈等部分組成。外殼內壁裝有四個磁極（有些是二個磁極），在其上面裝有磁場線圈，相對的是同極，相鄰的是異極。磁場線圈用扁而粗的銅線（或小銅線并聯的方法）繞成。磁場線圈采用串聯或并聯，一端與外殼上的絕緣接柱（即磁場接柱）相連，另一端與正電刷相連，線路連接如圖所示。
由磁極、磁場繞組和機殼組成。
磁場與磁路見圖。
3、電刷組件
用銅粉和碳粉（或石墨）壓制而成。一般有四個，相對的電刷為同極。兩個負電刷搭鐵，兩個正電刷接磁場線圈，它們在壓簧的作用下緊密地與換向器接觸。
4、換向器和電刷
三、直流電動機的工作原理
將通電導線放入磁場中，導線會在磁場力的作用下做有規律的運動（其運動方向可以用電動機左手定則來判斷），這是直流電動機能夠轉動的基本道理。
直流電動機工作原理：
上圖是最簡單的直流電動機，它由磁場、電樞線圈、換向器和電刷等機件組成。當線圈在垂直位置時，如圖（a），電刷不與換向器接觸，線圈中沒有電流通過，因此電樞線圈不轉動。如將電樞線圈稍向順時針方向轉過一些，如圖（b），換向器片分別與兩電刷接觸，線圈中有電流通過，其方向是從線圈i邊流入，從ⅱ邊流出。根據左手定則可以判定，線圈i邊向下運動，ⅱ邊向上運動，電樞線圈向順時針方向轉動。
當線圈轉到如圖（c）的位置時，換向器片不與電刷接觸，線圈中無電流通過，此時，電樞線圈在慣性作用下轉過這個位置。當線圈轉過垂直位置時，換向器片又與兩電刷接觸，如圖（d）所示。但此時換向器片已經調換了位置。因此電流從線圈ⅱ邊流入，從i邊流出。根據左手定則可以判定，線圈i邊向上運動，ⅱ邊向下運動，電樞線圈仍向順時針方向轉動。這樣，使電流不斷地通入線圈，線圈便按一定方向繼續不停地轉動。
一個線圈的電動機，雖能旋轉，但轉動力量小，轉速也不穩定，而且在圖（a，c）的位置時不能轉動。所以，實際使用的起動電動機都是由較多的線圈和配有相應換向片構成，同時采用多對電磁鐵來產生較強的磁場。但其工作原理還是一樣的。
四、電動機轉矩自動調節特性
電動機的電磁轉矩m取決于磁通φ、
電樞電流ia的乘積，即
m= cmφia
其中cm－電機結構常數
1、反電動勢
直流電動機拖動負載，當負載發生變化時，電動機的電樞轉速、電樞電流、電磁轉矩均會自動的作相應的變化，以滿足不同負載的需要。其原理如下：
通電的線圈在磁場中受力而轉動，運動的線圈切割磁力線產生電動勢，電動勢的方向和線圈電流方向相反，電動勢的大小為：
e反=ceφn
其中，ce－－電機結構常數；φ－－磁極磁通；n－－電樞轉速。
２、電動機工作時，電壓平衡方程式為：
ub=e反+iara
即電動機在一定條件下可以變成發電機，用于電機制動和儲能
3、轉矩自動調節過程
電樞電流為：ia=（ub- e反）/ra
分析：
當負載↓→軸上阻力矩↓→電樞轉速↑→e反↑→ia↓→電磁轉矩↓→直至電磁轉矩減至與阻轉矩相等→電機拖動負載以較高轉速平穩運轉；
當負載↑→軸上阻力矩↑→電樞轉速↓→e反↓→ia↑→電磁轉矩↑→直至電磁轉矩增至與阻轉矩相等→電機拖動負載以較低轉速平穩運轉。
五、傳動裝置（嚙合機構－－離合器）
發動機起動時，使起動機的驅動齒輪和發動機飛輪齒環嚙合，將電動機的轉矩傳給飛輪；發動機起動后，自動切斷動力傳遞，防止電動機被發動機帶動，超速旋轉而破壞。起動機驅動齒輪與曲軸飛輪齒環之間的傳動比很大，在傳動機構中設置了單向離合器，起動時傳遞斷聯系。外形見下圖。
嚙合器（離合器）
嚙合器有多種型式，通常汽車起動機上普遍采用超越式嚙合器。
嚙合器的構造如下圖所示，主要由起動齒輪（小齒輪），單向滑輪，傳動導管、推入彈簧和套筒等部分組成
超越式嚙合器
單向滑輪
單向滑輪的構造如下圖所示，圖形外座圈2與傳動導管1的一端固裝在一起，外座圈內部制成“+”字形空腔。起動齒輪7的尾部成圓柱形，伸在外座圈的空腔內，使四周形成四個楔形的小腔室，內裝有滾柱。在楔形腔室較寬的一邊的座圈孔內，還裝有彈簧4和壓帽5，平時彈簧經壓帽將滾柱壓向楔形室較窄的一面。滑輪外包鐵殼6，起密封和保護作用。為增加承載能力，現單向滑輪內常制有五個腔室，采用扁形彈簧，不需鉆孔和壓帽。
滾柱式單向離合器
1-驅動齒輪；2-外殼；3-十字塊；4-滾柱；5-壓帽彈簧；6-墊圈；7-護蓋；8-花鍵套筒；9-彈簧座；10-嚙合彈簧；11-撥環；12-卡簧
單向滑輪的工作
1、飛輪2、起動齒輪 3、外座圈 4、起動齒輪尾部 5、滾柱 6、壓帽 7、彈簧
離合器的作用是：①在起動發動機時，將起動機產生的動力傳給飛輪，以帶動發動機起動；②當發動機起動后，迅速將發動機與起動機間的動力切斷，避免起動機超速旋轉而損壞。
離合器的工作情況如下：
當傳動叉撥動套筒，推動單向離合器向后移動而使起動齒輪和飛輪環齒嚙合時，起動機開關便把電路接通，電樞開始旋轉，它帶動單向滑輪的外座圈轉動。在外座圈內壁的摩擦力作用下，滾柱向楔形腔室窄的一邊滾動，緊緊地卡在外座圈和起動齒輪尾部之間，從而起動齒輪同起動機一起旋轉，驅動飛輪
當發動機起動后，起動齒輪被飛輪帶著超速旋轉。它的轉速高于電樞轉速，此時，起動齒輪尾部帶動滾柱克服彈簧的張力，使滾柱向楔形腔室較寬的一邊滾動，于是滾柱在起動齒輪尾部與外座圈間發生滑摩，導致起動齒輪和外座圈以及電樞脫離聯系，此時僅起動齒輪隨飛輪旋轉，從而避免了電樞超速旋轉導線在強離心力作用下甩出的危險，
滾柱式單向離合器
優缺點
結構簡單、加工方便，成本低；
軸向尺寸長，適用于大功率起動機。
摩擦片式離合器構造
六、控制裝置（電磁開關）
電磁開關主要由電動機開關和磁力線圈組成，見下圖中虛線部分所示。電磁開關殼體的前部，裝有電動機開關的c和30接線柱和磁力線圈50接柱，活動觸盤裝在觸桿上，與觸桿上的機件絕緣，起動機不工作時，在回位彈簧的作用下，使觸盤與觸點保持分開狀態。
電磁開關構造（虛線部分）
控制裝置作用
控制裝置的作用是控制驅動齒輪和飛輪的嚙合與分離；
控制電動機電路的接通與切斷。常用的裝置有機械式和電磁式
汽車上廣泛使用電磁式控制裝置（電磁開關）。
qd124型起動機電磁控制裝置構造如下圖
磁力線圈的作用
磁力線圈的作用:是用電磁力來操縱嚙合器和電動機開關工作的。磁力線圈由導線粗、匝數少的拉動線圈和導線細，匝數多的保持線圈組成。拉動線圈的兩端分別接在c和50接柱上。保持線圈的兩端分別接在50接柱和搭鐵上。引鐵活裝在電磁開關引鐵套內，引鐵尾部裝有連接鉤，與傳動桿上部相連，有些連接鉤可以借其螺紋進行調整。
減速起動機
1、傳動殼（后端蓋） 2、嚙合器及怠速齒輪 3、鋼珠 4、回位彈簧5、電磁開關 6、螺栓8 、電樞 7 、起動機外殼（軛） 9、電刷架 10、電動機前端蓋11、氈墊圈 12、軛及電樞 13、拉緊螺栓
七、減速起動機的構造
機主要由電磁嚙合開關，減速齒輪，電動機、起動齒輪（小齒輪）及單向嚙合器等部分組成，如圖9，10所示。
減速起動機和傳統起動機一樣，都是串激式起動機，它們的結構大體相似。但是，減速起動機具有以下顯著特點：
①動力輸出結構分為電樞軸和傳動軸兩部分。電樞軸兩端用滾珠軸承支承，負荷分布均勻，使用時間長，不易磨損，電樞較短，不易出現電樞軸彎曲，磨壞磁場繞組的情況。
減速起動機圖
②采用了減速裝置，在轉子和起動齒輪之間，安裝有減速齒輪，起動電動機傳遞給起動齒輪的扭距就會增大。利用電磁開關，使得承擔電動機（經減速齒輪后）的動力輸出是起動齒輪和起動齒輪軸，而嚙合器部分不動。輸出功率小的起動機，常采用外嚙合方式，輸出功率大的起動機采用內嚙合方式。
③減速起動機采用電磁開關操縱，有些備有輔助開關（或稱副開關）。它的作用是防止燒壞電磁開關和電門（起動）開關。分級接通電源，大大降低了起動機損壞的可能性，從而延長了起動機的使用壽命。
減速裝置
在電動機的電樞軸和輸出軸之間，設置了齒輪減速裝置。
1）作用：通過轉矩的倍增作用，使起動機的輸出特性適應發動機的起動要求。齒輪減速比一般為3～5。
2）結構型式：見上圖
減速裝置齒輪結構形式
（1）外嚙合齒輪減速器；
（2）內嚙合齒輪減速器；
（3）行星齒輪減速器。
傳動機構及控制裝置
1）減速起動機的傳動裝置（單向離合器）
仍采用滾柱式單向離合器，結構形式和普通起動機相同，但耐沖擊要求提高了。
2）減速起動機的控制裝置
電磁開關和普通起動機相同。但單向離合器的操縱有兩種型式：
（1）撥叉式：和普通起動機相同，用在行星減速機構上。
（2）直動齒輪式：驅動齒輪和引鐵裝在一起，用在平行軸外嚙合式減速機構上
（3）減速起動機的體積和重量大約是傳統起動機的一半，節約了原材料，同時拆裝修理很方便。
（4）減速起動機的磁極對數與傳統的起動機一樣，但磁場線圈繞組常采用小導線多根半聯的方法，電樞繞組的繞法雖與傳統的原理相同，但制造工藝先進。
