《汽車電器與電子技術(shù)》第03章起動機(jī)解讀課件

第3章起動機(jī)

發(fā)動機(jī)的起動系一般由蓄電池、電流表、起動機(jī)、點(diǎn)火開關(guān)、繼電器等組成。起動機(jī)的作用是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，驅(qū)動發(fā)動機(jī)使發(fā)動機(jī)起動，目前汽車上普遍使用的是電力起動機(jī)。起動機(jī)一般由直流串激式電動機(jī)、傳動裝置和控制機(jī)構(gòu)（即電磁開關(guān)）組成。第3章起動機(jī)發(fā)動機(jī)的起動系一般由蓄電池、電流表、起1典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)

典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)23.1起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.1.1直流電動機(jī)1.直流電動機(jī)的構(gòu)造

直流電動機(jī)主要由機(jī)殼、磁極、電樞、換向器及電刷等部分組成。（1）機(jī)殼（2）磁極磁極是由固定在機(jī)殼上的鐵芯和裝在鐵芯上的磁場繞組組成。磁極的作用是建立電動機(jī)的電磁場。

3.1起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.1.1直流電動機(jī)3磁場繞組的接法

a）四個繞組相互串聯(lián)b）四個繞組兩串兩并磁場繞組的接法a）四個繞組相互串聯(lián)b）四個繞4（3）電樞電樞是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的核心部件，由外圓帶槽的硅鋼片疊成的鐵芯和嵌裝在鐵芯槽內(nèi)的電摳繞組組成。（4）換向器換向器的作用是連接磁場繞組、電樞繞組和電源，并保證電樞產(chǎn)生的電磁力矩方向不變，使電樞軸能輸出固定方向的轉(zhuǎn)矩。（5）電刷作用是將電流引入電動機(jī)。（6）端蓋起動機(jī)有前后兩個端蓋。

（3）電樞52.直流電動機(jī)的工作原理

（1）基本原理直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備，它是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用這一基本原理進(jìn)行工作的，其原理示意如圖所示。

2.直流電動機(jī)的工作原理（1）基本原理6（2）直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩

直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，與電樞電流及磁極磁通的乘積成正比，可由下式表示：式中,Cm——

電機(jī)常數(shù)，與電動機(jī)的磁極對數(shù)P、電樞繞組總根數(shù)Z及電樞繞組電路的支路對數(shù)α有關(guān)（Cm=PZ/2πα）；IS——電樞電流；——磁極磁通。

（2）直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，與電樞電流及磁7（3）轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理

在直流電動機(jī)通電時，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞旋轉(zhuǎn)，然而電樞旋轉(zhuǎn)時，其繞組又會切割磁力線，按電磁感應(yīng)理論，在電樞繞組中又會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢恰好與外加電樞電流方向相反，因此稱為反電動勢，其大小為：式中Ce——與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（Ce=PZ/60α）；n——電動機(jī)轉(zhuǎn)速。（3）轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理在直流電動機(jī)通電時，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使8由于反電動勢的存在，直流電源加在電樞上的電壓，一部分用來平衡反電動勢，另一部分則降落在電樞繞組的電阻上，稱為電壓平衡方程式，即式中RS——電樞回路的電阻，它包括電樞繞組的電阻以及電刷與換向器的接觸電阻?？汕蟪鲭姌须娏鳎?/p>

由于反電動勢的存在，直流電源加在電樞上的電壓，一部分用來平衡9當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載增加時，由于電樞軸上的阻力矩增大，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動勢隨之減小，電樞電流則增大，因此，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩將隨之增大，并且直到電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大到與阻力矩相等時為止，這時電動機(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)電動機(jī)的負(fù)載減小時，電樞轉(zhuǎn)速上升，反電動勢增大，則電樞電流減小，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，直至電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小到與阻力矩相等時為止，電動機(jī)則在較高轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢姡?dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩將會自動地作相應(yīng)的變化，以滿足負(fù)載的要求。這就是直流串激式電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理。

當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載增加時，由于電樞軸上的阻力矩增大，電樞轉(zhuǎn)速降低103.1.2傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)包括單向離合器和撥叉等。單向離合器起著單向傳遞扭矩將發(fā)動機(jī)起動，同時又能在起動后自動打滑，以防止發(fā)動機(jī)起動后飛輪帶動起動機(jī)電樞高速飛轉(zhuǎn)而造成事故的作用。撥叉的作用是與移動襯套一起使單向離合器做軸向移動，將驅(qū)動齒輪與發(fā)動機(jī)飛輪嚙合。

3.1.2傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)包括單向離合器和撥叉等。11常用的單向離合器有滾柱式、摩擦片式和彈簧式三種。

1.滾柱式單向離合器

滾柱式單向離合器

常用的單向離合器有滾柱式、摩擦片式和彈簧式三122.摩擦片式單向離合器

2.摩擦片式單向離合器133.彈簧式單向離合器3.彈簧式單向離合器143.1.3電磁式控制裝置一般稱之為起動機(jī)的電磁開關(guān)，它與電磁式撥叉合裝在一起，利用擋鐵控制起動機(jī)驅(qū)動齒輪與飛輪的嚙合與分離。用按鈕或鑰匙控制電磁鐵，再由電磁鐵控制主電路開關(guān)，以接通或切斷主電路。電磁開關(guān)主要由活動鐵心、保持線圈、吸引線圈、接觸盤、撥叉等組成。

3.1.3電磁式控制裝置一般稱之為起動機(jī)的電磁開關(guān)，它與電15黃河JNl50型汽車用ST614型起動機(jī)

具體工作過程分析黃河JNl50型汽車用ST614型起動機(jī)具體工作過程分析163.1.4起動機(jī)的特性1.直流串激式電動機(jī)的特性

（1）轉(zhuǎn)矩特性

轉(zhuǎn)矩特性是指電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨電樞電流變化的關(guān)系，即M=f（IS）。由于串激式直流電動機(jī)的磁場繞組與電樞繞組串聯(lián)，故電樞電流與激磁電流相等。在磁路未飽和時，磁通Φ與電樞電流IS成正比，即Ф=C1Is。所以電動機(jī)轉(zhuǎn)矩為：

M=CmФIS=CmC1IS2=CIS2

式中,C——常數(shù)，C=CmC1

；IS——電樞電流；3.1.4起動機(jī)的特性1.直流串激式電動機(jī)的特性17磁路飽和后：Ф=常數(shù)，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩為：M=CmФIS

由上面兩個公式可知，串激式直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在磁路未飽和時，與電樞電流的平方成正比；在磁路飽和后，磁通Φ幾乎不變，電磁轉(zhuǎn)矩才與電樞電流成線性關(guān)系，如圖所示。磁路飽和后：Ф=常數(shù)，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩為：18這是串激式直流電動機(jī)的一個重要特點(diǎn)，即在電樞電流相同的情況下串激式直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩要比并激式直流電動機(jī)大。特別在起動的瞬間，由于發(fā)動機(jī)的阻力矩很大，起動機(jī)處于完全制動的情況下，n=0，反電動勢Ef＝0。此時電樞電流將達(dá)最大值（稱為制動電流），產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（稱為制動轉(zhuǎn)矩），從而使發(fā)電機(jī)易于起動。這是起動機(jī)采用串激電動機(jī)的主要原因之一。這是串激式直流電動機(jī)的一個重要特點(diǎn)，即在電樞電流相同的情況下19（2）機(jī)械特性

電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩而變化的關(guān)系，稱為機(jī)械特性，即=f（M）。在串激式直流電動機(jī)中，由電壓平衡方程式可得：在磁路未飽和時，由于Φ不是常數(shù)，IS增大時Φ也增大，故轉(zhuǎn)速n將隨Is的增加而顯著下降，又由于轉(zhuǎn)矩M正比于電樞電流Is的平方，所以串激式直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而迅速下降，如下圖所示，即具有軟的機(jī)械特性。（2）機(jī)械特性電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩而變化的關(guān)系，稱為機(jī)械特性，20由于串激直流電動機(jī)具有軟的機(jī)械特性，即輕載時轉(zhuǎn)速高、重載時轉(zhuǎn)速低，故對起動發(fā)動機(jī)十分有利。因?yàn)橹剌d時轉(zhuǎn)速低，可使起動安全可靠，這是起動機(jī)采用串激式直流電動機(jī)的又一原因。串激直流電動機(jī)在輕載時轉(zhuǎn)速很高，易造成電機(jī)“飛車”事故。因此對于功率較大的串激直流電動機(jī)不允許在輕載或空載下運(yùn)行。

由于串激直流電動機(jī)具有軟的機(jī)械特性，即輕載時轉(zhuǎn)速高、重載時轉(zhuǎn)212.起動機(jī)的特性曲線

起動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率與電流的關(guān)系稱為起動機(jī)的特性曲線，如圖所示為QDl24型起動機(jī)的特性曲線。

2.起動機(jī)的特性曲線起動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率與電流的關(guān)系22由圖可見：

發(fā)動機(jī)即將起動時，即起動機(jī)剛接入瞬間，此時＝0，電流最大(稱為制動電流)，轉(zhuǎn)矩也達(dá)最大值(稱為制動扭矩)。在起動機(jī)空轉(zhuǎn)時，電流Is最小(稱為空轉(zhuǎn)電流)，轉(zhuǎn)速達(dá)最大值(稱為空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速)。在起動電流接近制動電流的一半時，起動機(jī)的功率最大。因此在完全制動(＝0)和空載(M=0)時起動機(jī)的功率都等于零。當(dāng)電流為制動電流的一半時，起動機(jī)能發(fā)出最大功率。由于起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間很短，允許它以最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，所以把起動機(jī)的最大輸出功率稱為起動機(jī)的額定功率。

由圖可見：發(fā)動機(jī)即將起動時，即起動機(jī)剛接入瞬間，此時＝0，233.2起動機(jī)基本參數(shù)的選擇1.起動機(jī)功率的選擇

式中

P——起動機(jī)功率，單位為kW；MQ——發(fā)動機(jī)的起動阻力矩，單位為N﹒m；nQ——最低起動轉(zhuǎn)速，單位為r/min。發(fā)動機(jī)的起動阻力矩是指在最低起動轉(zhuǎn)速時的發(fā)動機(jī)阻力矩。發(fā)動機(jī)的最低起動轉(zhuǎn)速是指保證發(fā)動機(jī)可靠起動的曲軸最低轉(zhuǎn)速。3.2起動機(jī)基本參數(shù)的選擇1.起動機(jī)功率的選擇242.傳動比的選擇最佳傳動比的計(jì)算傳動比的實(shí)際選擇3.蓄電池容量的確定式中C——蓄電池額定容量，單位為A.h；

P——起動機(jī)額定功率，單位為kW；

U——起動機(jī)額定電壓，單位為V。2.傳動比的選擇最佳傳動比的計(jì)算253.4典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.4.1起動機(jī)的分類電磁控制強(qiáng)制嚙合式電樞移動式齒輪移動式目前應(yīng)用較多的是電磁控制磁性嚙合式起動機(jī)。

3.4典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.4.1起動機(jī)的分類263.4.2電磁控制強(qiáng)制嚙合式起動機(jī)1.豐田車用常規(guī)式起動機(jī)工作原理

3.4.2電磁控制強(qiáng)制嚙合式起動機(jī)1.豐田車用常規(guī)式起動272.國產(chǎn)QDl24型起動機(jī)

發(fā)動機(jī)起動時，將點(diǎn)火開關(guān)3旋至起動檔位，起動繼電器線圈有電流通過，吸下可動觸點(diǎn)臂，使繼電器觸點(diǎn)閉合，從而接通了電磁開關(guān)線圈的電路。2.國產(chǎn)QDl24型起動機(jī)發(fā)28起動繼電器觸點(diǎn)l閉合，接通電磁開關(guān)電路。兩個線圈的電流同方向產(chǎn)生合成電磁力將電磁鐵心15吸入，在起動機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動之下，撥叉19推出滾柱式離合器20，使驅(qū)動齒輪21柔和地嚙入飛輪齒環(huán)。當(dāng)驅(qū)動齒輪與飛輪齒環(huán)接近完全嚙合時，電磁鐵心15推動接觸盤10將起動機(jī)的主電路接通，起動機(jī)便以正常轉(zhuǎn)速起動發(fā)動機(jī)。主電路接通時，吸引線圈13被短接，齒輪的嚙合靠保持線圈14產(chǎn)生的電磁力維持在吸合位置。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動后，離合器開始打滑，松開點(diǎn)火開關(guān)鑰匙即自動轉(zhuǎn)回到點(diǎn)火檔位，起動繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)1跳開，使電磁開關(guān)兩個線圈串聯(lián)，吸引線圈13流過反向電流，加速電磁力的消失。由于電磁開關(guān)電磁力迅速消失，電磁鐵心15和活動桿11在回位彈簧作用下返回。接觸盤10先離開主接線柱4、5，觸頭切斷了起動機(jī)與蓄電池之間的電路，點(diǎn)火線圈附加電阻也隨即接入點(diǎn)火系。最后撥叉將打滑的離合器撥回，驅(qū)動齒輪便脫離了飛輪齒環(huán)，起動機(jī)完成起動工作。

起動繼電器觸點(diǎn)l閉合，接通電磁開關(guān)電路。兩個線圈的電流同方向293.4.3新型起動機(jī)電樞移動式起動機(jī)電樞移動式起動機(jī)的工作過程分為兩個階段，串聯(lián)輔助勵磁繞組主要在第一階段工作，第二階段中由于與主磁場繞組并聯(lián)而幾乎被短路；并聯(lián)輔助勵磁繞組則在兩個階段中都工作，不但可以增大吸引電摳的磁力，而且可以起限制空載轉(zhuǎn)速的作用。

3.4.3新型起動機(jī)電樞移動式起動機(jī)302.減速式起動機(jī)減速式起動機(jī)與普通的帶電磁開關(guān)的強(qiáng)制嚙合式起動機(jī)沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是在起動機(jī)電樞和驅(qū)動齒輪之間增加了一套減速機(jī)構(gòu)，因此可將起動機(jī)電樞的工作轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)得較高，然后通過減速機(jī)構(gòu)使驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速降低并使轉(zhuǎn)矩增加。減速起動機(jī)的減速裝置有內(nèi)嚙合式、外嚙合式和行星齒輪式(同軸式)三種型式。2.減速式起動機(jī)減速式起動機(jī)與普通的帶電磁開關(guān)的強(qiáng)制嚙合式31（1）內(nèi)嚙合減速式起動機(jī)

QD254減速起動機(jī)的工作原理

（1）內(nèi)嚙合減速式起動機(jī)QD254減速起動機(jī)的工作原32（2）行星齒輪減速式起動機(jī)

12VDW1.4型永磁減速式起動機(jī)

行星齒輪減速裝置的嚙合關(guān)系

（2）行星齒輪減速式起動機(jī)12VDW1.4型永磁減速式起動33（3）外嚙合減速式起動機(jī)

豐田車用減速式起動機(jī)的結(jié)構(gòu)

豐田車用減速式起動機(jī)的原理示意圖

（3）外嚙合減速式起動機(jī)豐田車用減速式起動機(jī)的結(jié)構(gòu)豐田車343.5起動系統(tǒng)常見故障及診斷

3.5.1起動機(jī)不轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象起動時，接通起動開關(guān)，起動機(jī)不轉(zhuǎn)動，無動作跡象。故障原因1）電源故障2）起動機(jī)故障3）起動繼電器故障4）點(diǎn)火開關(guān)故障5）起動系控制線路故障故障診斷3.5起動系統(tǒng)常見故障及診斷3.5.1起動機(jī)不轉(zhuǎn)353.5.2起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力故障現(xiàn)象起動時，驅(qū)動齒輪能嚙人飛輪齒環(huán)，但起動機(jī)轉(zhuǎn)速明顯偏低甚至停轉(zhuǎn)。故障原因1）電源故障2）起動機(jī)故障故障診斷3.5.2起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力故障現(xiàn)象363.5.3起動機(jī)空轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象起動時，起動機(jī)轉(zhuǎn)動，但發(fā)動機(jī)不轉(zhuǎn)。故障原因單向離合器打滑；飛輪齒環(huán)的某一部分嚴(yán)重缺損。故障診斷3.5.3起動機(jī)空轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象373.5.4驅(qū)動齒輪與飛輪齒環(huán)撞擊故障現(xiàn)象起動時可聽到驅(qū)動齒輪與飛輪齒環(huán)的金屬碰擊聲，驅(qū)動齒輪不能嚙入。故障原因電磁開關(guān)觸點(diǎn)接通的時間過早，驅(qū)動齒輪在嚙人以前就已高速旋轉(zhuǎn)起來；飛輪環(huán)齒磨損嚴(yán)重或驅(qū)動齒輪磨損嚴(yán)重。故障診斷3.5.4驅(qū)動齒輪與飛輪齒環(huán)撞擊故障現(xiàn)象383.5.5電磁開關(guān)吸合不牢故障現(xiàn)象起動時發(fā)動機(jī)不轉(zhuǎn)，可聽到驅(qū)動齒輪軸向來回竄動的聲響。故障原因蓄電池虧電或起動機(jī)電源線路有接觸不良之處；起動繼電器的斷開電壓過高；電磁開關(guān)保持線圈斷路、短路或搭鐵。故障診斷3.5.5電磁開關(guān)吸合不牢故障現(xiàn)象393.6起動機(jī)的試驗(yàn)與調(diào)整3.6.1空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)的目的是測量起動機(jī)的空載電流和空載轉(zhuǎn)速并與標(biāo)準(zhǔn)值比較，以判斷起動機(jī)內(nèi)部有無電路和機(jī)械故障。將起動機(jī)夾在虎鉗上，按下圖接線。接通起動機(jī)電路（每次試驗(yàn)不要超過1min，以免起動機(jī)過熱），起動機(jī)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)均勻、電刷下無火花。記下電流表、電壓表的讀數(shù)，并用轉(zhuǎn)速表測量起動機(jī)轉(zhuǎn)速，其值應(yīng)符合規(guī)定。3.6起動機(jī)的試驗(yàn)與調(diào)整3.6.1空載試驗(yàn)40若電流大于標(biāo)準(zhǔn)值，而轉(zhuǎn)速低于標(biāo)準(zhǔn)值，表明起動機(jī)裝配過緊或電樞繞組和磁場繞組內(nèi)有短路或搭鐵故障。若電流和轉(zhuǎn)速都小于標(biāo)準(zhǔn)值，則表示起動機(jī)線路中有接觸不良的地方（如電刷彈簧壓力不足，換向器與電刷接觸不良等）。

若電流大于標(biāo)準(zhǔn)值，而轉(zhuǎn)速低于標(biāo)準(zhǔn)值，表413.6.2全制動試驗(yàn)

全制動試驗(yàn)的目的是測量起動機(jī)在完全制動時所消耗的電流(制動電流)和制動力矩，以判斷起動機(jī)主電路是否正常，并檢查單向離合器是否打滑。將起動機(jī)夾持在試驗(yàn)臺上，使杠桿的一端夾住起動機(jī)驅(qū)動齒輪的三個齒（見下圖）。按下開關(guān)K起動機(jī)通電，呈現(xiàn)制動狀態(tài)，觀察單向離合器是否打滑并迅速記下電流表、電壓表及彈簧秤的讀數(shù)，其值均應(yīng)符規(guī)定。

3.6.2全制動試驗(yàn)全制動試驗(yàn)的目的是測量起動機(jī)在完全制42若制動力矩小于標(biāo)準(zhǔn)值而電流大于標(biāo)準(zhǔn)值，則表明磁場繞組或電樞繞組中有短路和搭鐵故障；若力矩和電流都小于標(biāo)準(zhǔn)值，表明線路中接觸電阻過大；若驅(qū)動齒輪鎖止而電樞軸有緩慢轉(zhuǎn)動，則說明單向離合器有打滑現(xiàn)象。

若制動力矩小于標(biāo)準(zhǔn)值而電流大于標(biāo)準(zhǔn)值，43思考題與習(xí)題1.起動機(jī)一般有哪幾部分組成?各部分的作用是什么?2.直流電動機(jī)的基本組成是什么？以及工作過程如何?3.串激式直流電動機(jī)負(fù)載變化時是如何自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的?4.汽車起動機(jī)為什么要采用直流串激式電動機(jī)?思考題與習(xí)題1.起動機(jī)一般有哪幾部分組成?各部分的作用是什445.起動機(jī)特性有哪些？影響起動機(jī)功率的因素有哪些?6.試述電磁操縱強(qiáng)制嚙合式起動機(jī)的工作原理。7.起動機(jī)常見的幾種單向離合器有幾種？各有什么特點(diǎn)?8.試述滾柱式單向離合器的結(jié)構(gòu)與工作原理。9.減速式起動機(jī)有哪幾種類型?各有什么特點(diǎn)?10.起動機(jī)運(yùn)行中的常見故障有哪些?如何診斷?11.如何檢驗(yàn)起動機(jī)的性能?5.起動機(jī)特性有哪些？影響起動機(jī)功率的因素有哪些?45第3章起動機(jī)

發(fā)動機(jī)的起動系一般由蓄電池、電流表、起動機(jī)、點(diǎn)火開關(guān)、繼電器等組成。起動機(jī)的作用是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，驅(qū)動發(fā)動機(jī)使發(fā)動機(jī)起動，目前汽車上普遍使用的是電力起動機(jī)。起動機(jī)一般由直流串激式電動機(jī)、傳動裝置和控制機(jī)構(gòu)（即電磁開關(guān)）組成。第3章起動機(jī)發(fā)動機(jī)的起動系一般由蓄電池、電流表、起46典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)

典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)473.1起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.1.1直流電動機(jī)1.直流電動機(jī)的構(gòu)造

直流電動機(jī)主要由機(jī)殼、磁極、電樞、換向器及電刷等部分組成。（1）機(jī)殼（2）磁極磁極是由固定在機(jī)殼上的鐵芯和裝在鐵芯上的磁場繞組組成。磁極的作用是建立電動機(jī)的電磁場。

3.1起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.1.1直流電動機(jī)48磁場繞組的接法

a）四個繞組相互串聯(lián)b）四個繞組兩串兩并磁場繞組的接法a）四個繞組相互串聯(lián)b）四個繞49（3）電樞電樞是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的核心部件，由外圓帶槽的硅鋼片疊成的鐵芯和嵌裝在鐵芯槽內(nèi)的電摳繞組組成。（4）換向器換向器的作用是連接磁場繞組、電樞繞組和電源，并保證電樞產(chǎn)生的電磁力矩方向不變，使電樞軸能輸出固定方向的轉(zhuǎn)矩。（5）電刷作用是將電流引入電動機(jī)。（6）端蓋起動機(jī)有前后兩個端蓋。

（3）電樞502.直流電動機(jī)的工作原理

（1）基本原理直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備，它是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用這一基本原理進(jìn)行工作的，其原理示意如圖所示。

2.直流電動機(jī)的工作原理（1）基本原理51（2）直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩

直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，與電樞電流及磁極磁通的乘積成正比，可由下式表示：式中,Cm——

電機(jī)常數(shù)，與電動機(jī)的磁極對數(shù)P、電樞繞組總根數(shù)Z及電樞繞組電路的支路對數(shù)α有關(guān)（Cm=PZ/2πα）；IS——電樞電流；——磁極磁通。

（2）直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，與電樞電流及磁52（3）轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理

在直流電動機(jī)通電時，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞旋轉(zhuǎn)，然而電樞旋轉(zhuǎn)時，其繞組又會切割磁力線，按電磁感應(yīng)理論，在電樞繞組中又會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢恰好與外加電樞電流方向相反，因此稱為反電動勢，其大小為：式中Ce——與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（Ce=PZ/60α）；n——電動機(jī)轉(zhuǎn)速。（3）轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理在直流電動機(jī)通電時，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使53由于反電動勢的存在，直流電源加在電樞上的電壓，一部分用來平衡反電動勢，另一部分則降落在電樞繞組的電阻上，稱為電壓平衡方程式，即式中RS——電樞回路的電阻，它包括電樞繞組的電阻以及電刷與換向器的接觸電阻?？汕蟪鲭姌须娏鳎?/p>

由于反電動勢的存在，直流電源加在電樞上的電壓，一部分用來平衡54當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載增加時，由于電樞軸上的阻力矩增大，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動勢隨之減小，電樞電流則增大，因此，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩將隨之增大，并且直到電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大到與阻力矩相等時為止，這時電動機(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)電動機(jī)的負(fù)載減小時，電樞轉(zhuǎn)速上升，反電動勢增大，則電樞電流減小，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，直至電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小到與阻力矩相等時為止，電動機(jī)則在較高轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。可見，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩將會自動地作相應(yīng)的變化，以滿足負(fù)載的要求。這就是直流串激式電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理。

當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載增加時，由于電樞軸上的阻力矩增大，電樞轉(zhuǎn)速降低553.1.2傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)包括單向離合器和撥叉等。單向離合器起著單向傳遞扭矩將發(fā)動機(jī)起動，同時又能在起動后自動打滑，以防止發(fā)動機(jī)起動后飛輪帶動起動機(jī)電樞高速飛轉(zhuǎn)而造成事故的作用。撥叉的作用是與移動襯套一起使單向離合器做軸向移動，將驅(qū)動齒輪與發(fā)動機(jī)飛輪嚙合。

3.1.2傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)包括單向離合器和撥叉等。56常用的單向離合器有滾柱式、摩擦片式和彈簧式三種。

1.滾柱式單向離合器

滾柱式單向離合器

常用的單向離合器有滾柱式、摩擦片式和彈簧式三572.摩擦片式單向離合器

2.摩擦片式單向離合器583.彈簧式單向離合器3.彈簧式單向離合器593.1.3電磁式控制裝置一般稱之為起動機(jī)的電磁開關(guān)，它與電磁式撥叉合裝在一起，利用擋鐵控制起動機(jī)驅(qū)動齒輪與飛輪的嚙合與分離。用按鈕或鑰匙控制電磁鐵，再由電磁鐵控制主電路開關(guān)，以接通或切斷主電路。電磁開關(guān)主要由活動鐵心、保持線圈、吸引線圈、接觸盤、撥叉等組成。

3.1.3電磁式控制裝置一般稱之為起動機(jī)的電磁開關(guān)，它與電60黃河JNl50型汽車用ST614型起動機(jī)

具體工作過程分析黃河JNl50型汽車用ST614型起動機(jī)具體工作過程分析613.1.4起動機(jī)的特性1.直流串激式電動機(jī)的特性

（1）轉(zhuǎn)矩特性

轉(zhuǎn)矩特性是指電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨電樞電流變化的關(guān)系，即M=f（IS）。由于串激式直流電動機(jī)的磁場繞組與電樞繞組串聯(lián)，故電樞電流與激磁電流相等。在磁路未飽和時，磁通Φ與電樞電流IS成正比，即Ф=C1Is。所以電動機(jī)轉(zhuǎn)矩為：

M=CmФIS=CmC1IS2=CIS2

式中,C——常數(shù)，C=CmC1

；IS——電樞電流；3.1.4起動機(jī)的特性1.直流串激式電動機(jī)的特性62磁路飽和后：Ф=常數(shù)，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩為：M=CmФIS

由上面兩個公式可知，串激式直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在磁路未飽和時，與電樞電流的平方成正比；在磁路飽和后，磁通Φ幾乎不變，電磁轉(zhuǎn)矩才與電樞電流成線性關(guān)系，如圖所示。磁路飽和后：Ф=常數(shù)，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩為：63這是串激式直流電動機(jī)的一個重要特點(diǎn)，即在電樞電流相同的情況下串激式直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩要比并激式直流電動機(jī)大。特別在起動的瞬間，由于發(fā)動機(jī)的阻力矩很大，起動機(jī)處于完全制動的情況下，n=0，反電動勢Ef＝0。此時電樞電流將達(dá)最大值（稱為制動電流），產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（稱為制動轉(zhuǎn)矩），從而使發(fā)電機(jī)易于起動。這是起動機(jī)采用串激電動機(jī)的主要原因之一。這是串激式直流電動機(jī)的一個重要特點(diǎn)，即在電樞電流相同的情況下64（2）機(jī)械特性

電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩而變化的關(guān)系，稱為機(jī)械特性，即=f（M）。在串激式直流電動機(jī)中，由電壓平衡方程式可得：在磁路未飽和時，由于Φ不是常數(shù)，IS增大時Φ也增大，故轉(zhuǎn)速n將隨Is的增加而顯著下降，又由于轉(zhuǎn)矩M正比于電樞電流Is的平方，所以串激式直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而迅速下降，如下圖所示，即具有軟的機(jī)械特性。（2）機(jī)械特性電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩而變化的關(guān)系，稱為機(jī)械特性，65由于串激直流電動機(jī)具有軟的機(jī)械特性，即輕載時轉(zhuǎn)速高、重載時轉(zhuǎn)速低，故對起動發(fā)動機(jī)十分有利。因?yàn)橹剌d時轉(zhuǎn)速低，可使起動安全可靠，這是起動機(jī)采用串激式直流電動機(jī)的又一原因。串激直流電動機(jī)在輕載時轉(zhuǎn)速很高，易造成電機(jī)“飛車”事故。因此對于功率較大的串激直流電動機(jī)不允許在輕載或空載下運(yùn)行。

由于串激直流電動機(jī)具有軟的機(jī)械特性，即輕載時轉(zhuǎn)速高、重載時轉(zhuǎn)662.起動機(jī)的特性曲線

起動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率與電流的關(guān)系稱為起動機(jī)的特性曲線，如圖所示為QDl24型起動機(jī)的特性曲線。

2.起動機(jī)的特性曲線起動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率與電流的關(guān)系67由圖可見：

發(fā)動機(jī)即將起動時，即起動機(jī)剛接入瞬間，此時＝0，電流最大(稱為制動電流)，轉(zhuǎn)矩也達(dá)最大值(稱為制動扭矩)。在起動機(jī)空轉(zhuǎn)時，電流Is最小(稱為空轉(zhuǎn)電流)，轉(zhuǎn)速達(dá)最大值(稱為空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速)。在起動電流接近制動電流的一半時，起動機(jī)的功率最大。因此在完全制動(＝0)和空載(M=0)時起動機(jī)的功率都等于零。當(dāng)電流為制動電流的一半時，起動機(jī)能發(fā)出最大功率。由于起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間很短，允許它以最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，所以把起動機(jī)的最大輸出功率稱為起動機(jī)的額定功率。

由圖可見：發(fā)動機(jī)即將起動時，即起動機(jī)剛接入瞬間，此時＝0，683.2起動機(jī)基本參數(shù)的選擇1.起動機(jī)功率的選擇

式中

P——起動機(jī)功率，單位為kW；MQ——發(fā)動機(jī)的起動阻力矩，單位為N﹒m；nQ——最低起動轉(zhuǎn)速，單位為r/min。發(fā)動機(jī)的起動阻力矩是指在最低起動轉(zhuǎn)速時的發(fā)動機(jī)阻力矩。發(fā)動機(jī)的最低起動轉(zhuǎn)速是指保證發(fā)動機(jī)可靠起動的曲軸最低轉(zhuǎn)速。3.2起動機(jī)基本參數(shù)的選擇1.起動機(jī)功率的選擇692.傳動比的選擇最佳傳動比的計(jì)算傳動比的實(shí)際選擇3.蓄電池容量的確定式中C——蓄電池額定容量，單位為A.h；

P——起動機(jī)額定功率，單位為kW；

U——起動機(jī)額定電壓，單位為V。2.傳動比的選擇最佳傳動比的計(jì)算703.4典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.4.1起動機(jī)的分類電磁控制強(qiáng)制嚙合式電樞移動式齒輪移動式目前應(yīng)用較多的是電磁控制磁性嚙合式起動機(jī)。

3.4典型起動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.4.1起動機(jī)的分類713.4.2電磁控制強(qiáng)制嚙合式起動機(jī)1.豐田車用常規(guī)式起動機(jī)工作原理

3.4.2電磁控制強(qiáng)制嚙合式起動機(jī)1.豐田車用常規(guī)式起動722.國產(chǎn)QDl24型起動機(jī)

發(fā)動機(jī)起動時，將點(diǎn)火開關(guān)3旋至起動檔位，起動繼電器線圈有電流通過，吸下可動觸點(diǎn)臂，使繼電器觸點(diǎn)閉合，從而接通了電磁開關(guān)線圈的電路。2.國產(chǎn)QDl24型起動機(jī)發(fā)73起動繼電器觸點(diǎn)l閉合，接通電磁開關(guān)電路。兩個線圈的電流同方向產(chǎn)生合成電磁力將電磁鐵心15吸入，在起動機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動之下，撥叉19推出滾柱式離合器20，使驅(qū)動齒輪21柔和地嚙入飛輪齒環(huán)。當(dāng)驅(qū)動齒輪與飛輪齒環(huán)接近完全嚙合時，電磁鐵心15推動接觸盤10將起動機(jī)的主電路接通，起動機(jī)便以正常轉(zhuǎn)速起動發(fā)動機(jī)。主電路接通時，吸引線圈13被短接，齒輪的嚙合靠保持線圈14產(chǎn)生的電磁力維持在吸合位置。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動后，離合器開始打滑，松開點(diǎn)火開關(guān)鑰匙即自動轉(zhuǎn)回到點(diǎn)火檔位，起動繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)1跳開，使電磁開關(guān)兩個線圈串聯(lián)，吸引線圈13流過反向電流，加速電磁力的消失。由于電磁開關(guān)電磁力迅速消失，電磁鐵心15和活動桿11在回位彈簧作用下返回。接觸盤10先離開主接線柱4、5，觸頭切斷了起動機(jī)與蓄電池之間的電路，點(diǎn)火線圈附加電阻也隨即接入點(diǎn)火系。最后撥叉將打滑的離合器撥回，驅(qū)動齒輪便脫離了飛輪齒環(huán)，起動機(jī)完成起動工作。

起動繼電器觸點(diǎn)l閉合，接通電磁開關(guān)電路。兩個線圈的電流同方向743.4.3新型起動機(jī)電樞移動式起動機(jī)電樞移動式起動機(jī)的工作過程分為兩個階段，串聯(lián)輔助勵磁繞組主要在第一階段工作，第二階段中由于與主磁場繞組并聯(lián)而幾乎被短路；并聯(lián)輔助勵磁繞組則在兩個階段中都工作，不但可以增大吸引電摳的磁力，而且可以起限制空載轉(zhuǎn)速的作用。

3.4.3新型起動機(jī)電樞移動式起動機(jī)752.減速式起動機(jī)減速式起動機(jī)與普通的帶電磁開關(guān)的強(qiáng)制嚙合式起動機(jī)沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是在起動機(jī)電樞和驅(qū)動齒輪之間增加了一套減速機(jī)構(gòu)，因此可將起動機(jī)電樞的工作轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)得較高，然后通過減速機(jī)構(gòu)使驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速降低并使轉(zhuǎn)矩增加。減速起動機(jī)的減速裝置有內(nèi)嚙合式、外嚙合式和行星齒輪式(同軸式)三種型式。2.減速式起動機(jī)減速式起動機(jī)與普通的帶電磁開關(guān)的強(qiáng)制嚙合式76（1）內(nèi)嚙合減速式起動機(jī)

QD254減速起動機(jī)的工作原理

（1）內(nèi)嚙合減速式起動機(jī)QD254減速起動機(jī)的工作原77（2）行星齒輪減速式起動機(jī)

12VDW1.4型永磁減速式起動機(jī)

行星齒輪減速裝置的嚙合關(guān)系

（2）行星齒輪減速式起動機(jī)12VDW1.4型永磁減速式起動78（3）外嚙合減速式起動機(jī)

豐田車用減速式起動機(jī)的結(jié)構(gòu)

豐田車用減速式起動機(jī)的原理示意圖

（3）外嚙合減速式起動機(jī)豐田車用減速式起動機(jī)的結(jié)構(gòu)豐田車793.5起動系統(tǒng)常見故障及診斷

3.5.1起動機(jī)不轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象起動時，接通起動開關(guān)，起動機(jī)不轉(zhuǎn)動，無動作跡象。故障原因1）電源故障2）起動機(jī)故障3）起動繼電器故障4）點(diǎn)火開關(guān)故障5）起動系控制線路故障故障診斷3.5起動系統(tǒng)常見故障及診斷3.5.1起動機(jī)不轉(zhuǎn)803.5.2起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力故障現(xiàn)象起動時，驅(qū)動齒輪能嚙人飛輪齒環(huán)，但起動機(jī)轉(zhuǎn)速明顯偏低甚至停轉(zhuǎn)。故障原因1）電源故障2）起動機(jī)故障故障診斷3.5.2起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力故障現(xiàn)象813.5.3起動機(jī)空轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象起動時，起動