1、第 3 章 起動(dòng)機(jī)nnn發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系一般由蓄電池、電流表、起動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火開關(guān)、繼電器等組成。起動(dòng)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，目前汽車上普遍使用的是電力起動(dòng)機(jī)。起動(dòng)機(jī)一般由直流串激式電動(dòng)機(jī) 、傳動(dòng)裝置和控制機(jī)構(gòu)（即電磁開關(guān)）組成。典型起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.1 起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.1.1 直流電動(dòng)機(jī)1. 直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造直流電動(dòng)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(dòng)機(jī)的電磁場。磁場繞組的接法a）四個(gè)繞組相互串聯(lián)b）四個(gè)繞組兩串兩并（3）電樞電樞是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的核心

2、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(dòng)機(jī)。（6）端蓋起動(dòng)機(jī)有前后兩個(gè)端蓋。2. 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理（1）基本原理直流電動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩nnnn直流電動(dòng)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：M = CmIS式中 , Cm 電機(jī)常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)P、電樞繞組總根數(shù)Z及電樞繞

3、組電路的支路對(duì)數(shù)有關(guān)（Cm=PZ/2）；IS 電樞電流； 磁極磁通。（3）轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)原理nnn在直流電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞旋轉(zhuǎn)，然而電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，其繞組又會(huì)切割磁力線，按電磁感應(yīng)理論，在電樞繞組中又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢恰好與外加電樞電流方向相反，因此稱為反電動(dòng)勢，其大小為：E f = Cen式中 Ce 與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（Ce=PZ/60）；n 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。nnn由于反電動(dòng)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(dòng)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U = E f + I sRs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

4、向器的接觸電阻。可求出電樞電流：U CenRs=U E fRsIs =nn當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，由于電樞軸上的阻力矩增大，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動(dòng)勢隨之減小，電樞電流則增大，因此，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩將隨之增大，并且直到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大到與阻力矩相等時(shí)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)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載減小時(shí)，電樞轉(zhuǎn)速上升，反電動(dòng)勢增大，則電樞電流減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，直至電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小到與阻力矩相等時(shí)為止，電動(dòng)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(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩將會(huì)自動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)原理。3.1

5、.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)nnn傳動(dòng)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(dòng)機(jī)起動(dòng)，同時(shí)又能在起動(dòng)后自動(dòng)打滑，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后飛輪帶動(dòng)起動(dòng)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(dòng)襯套一起使單向離合器做軸向移動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪嚙合。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2. 摩擦片式單向離合器3. 彈簧式單向離合器3.1.3 電磁式控制裝置nnn一般稱之為起動(dòng)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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)

6、主要由活動(dòng)鐵心、保持線圈、吸引線圈、接觸盤、撥叉等組成。黃河JNl50型汽車用ST614型起動(dòng)機(jī)n具體工作過程分析3.1.4 起動(dòng)機(jī)的特性1. 直流串激式電動(dòng)機(jī)的特性（1）轉(zhuǎn)矩特性nnn轉(zhuǎn)矩特性是指電動(dòng)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(dòng)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(shí)，磁通與電樞電流IS成正比，即=C1Is。所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為：M=CmIS=CmC1IS2=CIS2式中, C 常數(shù)，C=Cm C1 ；IS 電樞電流；n磁路飽和后：=常數(shù)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為：M=CmISn 由上面兩個(gè)公式可知，串激式直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在磁路未飽和

7、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)矩才與電樞電流成線性關(guān)系，如圖所示。n這是串激式直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要特點(diǎn)，即在電樞電流相同的情況下串激式直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩要比并激式直流電動(dòng)機(jī)大。特別在起動(dòng)的瞬間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩很大，起動(dòng)機(jī)處于完全制動(dòng)的情況下，n n =0，反電動(dòng)勢Ef0。此時(shí)電樞電流將達(dá)最大值（稱為制動(dòng)電流），產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩），從而使發(fā)電機(jī)易于起動(dòng)。這是起動(dòng)機(jī)采用串激電動(dòng)機(jī)的主要原起動(dòng)機(jī)采用串激電動(dòng)機(jī)的主要原因之一因之一。U IS(RS + RL)Cm（2）機(jī)械特性nnn電動(dòng)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(dòng)機(jī)中

8、，由電壓平衡方程式可得：n =在磁路未飽和時(shí)，由于不是常數(shù)，IS增大時(shí)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(dòng)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。nn由于串激直流電動(dòng)機(jī)具有軟的機(jī)械特性，即輕載時(shí)轉(zhuǎn)速高、重載時(shí)轉(zhuǎn)速低，故對(duì)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)十分有利。因?yàn)橹剌d時(shí)轉(zhuǎn)速低，可使起動(dòng)安全可靠，這是起動(dòng)機(jī)采用串激式直流電起動(dòng)機(jī)采用串激式直流電動(dòng)機(jī)的又一原因動(dòng)機(jī)的又一原因。串激直流電動(dòng)機(jī)在輕載時(shí)轉(zhuǎn)速很高，易造成電機(jī)“飛車”事故。因此對(duì)于功率較大的串激直流電動(dòng)機(jī)不允許在輕載或空載下運(yùn)行。2. 起動(dòng)機(jī)的特性曲線n起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、

9、功率與電流的關(guān)系稱為起動(dòng)機(jī)的特性曲線，如圖所示為QDl24型起動(dòng)機(jī)的特性曲線。由圖可見：nnnn發(fā)動(dòng)機(jī)即將起動(dòng)時(shí)，即起動(dòng)機(jī)剛接入瞬間，此時(shí)0，電流最大(稱為制動(dòng)電流)，轉(zhuǎn)矩也達(dá)最大值(稱為制動(dòng)扭矩)。在起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)電流接近制動(dòng)電流的一半時(shí)，起動(dòng)機(jī)的功率最大。因此在完全制動(dòng)(0)和空載(M = 0)時(shí)起動(dòng)機(jī)的功率都等于零。當(dāng)電流為制動(dòng)電流的一半時(shí)，起動(dòng)機(jī)能發(fā)出最大功率。由于起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很短，允許它以最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，所以把起動(dòng)機(jī)的最大輸出功率稱為起動(dòng)機(jī)的額定功率。3.2 起動(dòng)機(jī)基本參數(shù)的選擇1. 起動(dòng)機(jī)功率的選擇式中P 起動(dòng)機(jī)功率

10、，單位為kW；MQ 發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩，單位為Nm；nQ 最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，單位為r/min。nn發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩是指在最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩。發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速是指保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)的曲軸最低轉(zhuǎn)速。M QnQ9549.3P =2. 傳動(dòng)比的選擇nn最佳傳動(dòng)比的計(jì)算傳動(dòng)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(dòng)機(jī)額定功率，單位為kW；U起動(dòng)機(jī)額定電壓，單位為V。PUC = (600800)3.4 典型起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.4.1 起動(dòng)機(jī)的分類nnnn電磁控制強(qiáng)制嚙合式電樞移動(dòng)式齒輪移動(dòng)式目前應(yīng)用較多的是電磁控制磁性嚙合式起動(dòng)機(jī)。3.4.2 電磁控制

11、強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)1. 豐田車用常規(guī)式起動(dòng)機(jī)工作原理工作原理2. 國產(chǎn)QDl24型起動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，將點(diǎn)火開關(guān)3 旋至起動(dòng)檔位，起動(dòng)繼電器線圈有電流通過，吸下可動(dòng)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。nnnn起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)l閉合，接通電磁開關(guān)電路。兩個(gè)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(dòng)機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)之下，撥叉19推出滾柱式離合器20，使驅(qū)動(dòng)齒輪21柔和地嚙入飛輪齒環(huán)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒環(huán)接近完全嚙合時(shí)，電磁鐵心15推動(dòng)接觸盤10將起動(dòng)機(jī)的主電路接通，起動(dòng)機(jī)便以正常轉(zhuǎn)速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。主電路接通時(shí)，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

12、位置。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，離合器開始打滑，松開點(diǎn)火開關(guān)鑰匙即自動(dòng)轉(zhuǎn)回到點(diǎn)火檔位，起動(dòng)繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)1跳開，使電磁開關(guān)兩個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)齒輪便脫離了飛輪齒環(huán)，起動(dòng)機(jī)完成起動(dòng)工作。3.4.3 新型起動(dòng)機(jī)1.電樞移動(dòng)式起動(dòng)機(jī)電樞移動(dòng)式起動(dòng)機(jī)電樞移動(dòng)式起動(dòng)機(jī)的工作過程分為兩個(gè)階段，串聯(lián)輔助勵(lì)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

13、路；并聯(lián)輔助勵(lì)磁繞組則在兩個(gè)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。2. 減速式起動(dòng)機(jī)nn減速式起動(dòng)機(jī)與普通的帶電磁開關(guān)的強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是在起動(dòng)機(jī)電樞和驅(qū)動(dòng)齒輪之間增加了一套減速機(jī)構(gòu)，因此可將起動(dòng)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(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速降低并使轉(zhuǎn)矩增加。減速起動(dòng)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。（1）內(nèi)嚙合減速式起動(dòng)機(jī)QD254減速起動(dòng)機(jī)的工作原理（2）行星齒輪減速式起動(dòng)機(jī)12VDW1.4型永磁減速式起動(dòng)機(jī)行星齒輪減速裝置的嚙合關(guān)系（3）外嚙合減速式起動(dòng)機(jī)豐田車用減速式起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)豐田車用減

14、速式起動(dòng)機(jī)的原理示意圖3.5 起動(dòng)系統(tǒng)常見故障及診斷3.5.1 起動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)nn故障現(xiàn)象起動(dòng)時(shí)，接通起動(dòng)開關(guān)，起動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，無動(dòng)作跡象。故障原因2）起動(dòng)機(jī)故障4）點(diǎn)火開關(guān)故障1）電源故障3）起動(dòng)繼電器故障5）起動(dòng)系控制線路故障n故障診斷3.5.2 起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力nnn故障現(xiàn)象起動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)齒輪能嚙人飛輪齒環(huán)，但起動(dòng)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(dòng)機(jī)故障故障診斷3.5.3 起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)nnn故障現(xiàn)象起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，但發(fā)動(dòng)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3.5.4 驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒環(huán)撞擊nnn故障現(xiàn)象起動(dòng)時(shí)可聽到驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒環(huán)的金屬碰擊聲，

15、驅(qū)動(dòng)齒輪不能嚙入。故障原因電磁開關(guān)觸點(diǎn)接通的時(shí)間過早，驅(qū)動(dòng)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(dòng)齒輪磨損嚴(yán)重。故障診斷3.5.5 電磁開關(guān)吸合不牢nnn故障現(xiàn)象起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，可聽到驅(qū)動(dòng)齒輪軸向來回竄動(dòng)的聲響。故障原因蓄電池虧電或起動(dòng)機(jī)電源線路有接觸不良之處；起動(dòng)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3.6 起動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)與調(diào)整3.6.1 空載試驗(yàn)nn空載試驗(yàn)的目的是測量起動(dòng)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(dòng)機(jī)內(nèi)部有無電路和機(jī)械故障。將起動(dòng)機(jī)夾在虎鉗上，按下圖接線。接通起動(dòng)機(jī)電路（每次試驗(yàn)不要超過1min，以免起動(dòng)機(jī)過熱），起動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)均

16、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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其值應(yīng)符合規(guī)定。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(dòng)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(dòng)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）。3.6.2 全制動(dòng)試驗(yàn)nn全制動(dòng)試驗(yàn)的目的是測量起動(dòng)機(jī)在完全制動(dòng)時(shí)所消耗的電流(制動(dòng)電流)和制動(dòng)力矩，以判斷起動(dòng)機(jī)主電路是否正常，并檢查單向離合器是否打滑。將起動(dòng)機(jī)夾持在試驗(yàn)臺(tái)上，使杠桿的一端夾住起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪的三個(gè)齒（見下圖）。按下開關(guān)K 起動(dòng)機(jī)通電，呈現(xiàn)制動(dòng)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。若制動(dòng)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(dòng)齒輪鎖止而電樞軸有緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，則說明單向離合器有打滑現(xiàn)象。思考題與習(xí)題1.