汽車(chē)啟動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

1、汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理前言在工作過(guò)程中就曾接觸到汽車(chē)起動(dòng)機(jī)， 了解車(chē)輛對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)的工作要求，但是對(duì)汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理并不清楚，借譚老師布置作業(yè)的這個(gè)機(jī)會(huì)，最近比較系統(tǒng)的查閱了汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的相關(guān)課 件和參考書(shū)，了解了汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。汽車(chē)起動(dòng)機(jī)由直流電機(jī)、傳動(dòng)裝置和控制裝置組成， 直流電機(jī)沒(méi)有特殊之處，比較容易理解，傳動(dòng)裝置和控制裝置結(jié)構(gòu)較為特殊，本文重點(diǎn)整理了所查閱的汽 車(chē)起動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)裝置和控制裝置的相關(guān)資料。要使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài)，必須用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使氣缸內(nèi)吸入（或形成）可燃混合氣并燃燒膨脹， 工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方式是用電

2、動(dòng)機(jī)作為機(jī)械動(dòng)力， 當(dāng)將電動(dòng)機(jī)軸上的齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪周緣的齒圈嚙合時(shí)，動(dòng)力就傳到飛輪和曲軸，使之旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)本身又用蓄電池作為能源。目前絕大多數(shù)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)都采用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。起動(dòng)機(jī)一般由直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制裝置三部分組成。圖1起動(dòng)機(jī)1. 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)在直流電壓的作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。直流電動(dòng)機(jī)主要由電樞、磁極、電刷、 電刷架及殼體等部件組成。1.1電樞電樞是直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，用來(lái)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，即在起動(dòng)機(jī)通電時(shí)， 與磁場(chǎng) 相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。1.2磁極磁極是直流電動(dòng)機(jī)的定子部分，用來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所必須的磁場(chǎng)，它由磁極鐵心、安裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組及機(jī)殼組成。1.3電刷與

3、電刷架電刷用銅和石墨粉壓制而成，一般含銅80%90%,石墨10%20%，以減小電刷電阻并增加其耐磨性。一般起動(dòng)機(jī)電刷個(gè)數(shù)等于磁極個(gè)數(shù)，也有的大功率起動(dòng)機(jī)電刷個(gè)數(shù)等于磁極個(gè)數(shù)的2倍，以便減小電刷上的電流密度。2. 傳動(dòng)裝置普通起動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置中的主要組成部件是單向離合器，單向離合器的作用是起動(dòng)時(shí)將電樞的電磁轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪，而在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后， 就立即打滑，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪帶動(dòng)起動(dòng)機(jī)電樞高速旋轉(zhuǎn)而損壞起動(dòng)機(jī)。起動(dòng)機(jī)單向離合器常見(jiàn)的有滾柱式、摩擦片式、扭簧式等幾種形式。2.1滾柱式單向離合器(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)滾柱式單向離合器的外殼 2與驅(qū)動(dòng)齒輪1連為一體，外殼和十字塊3裝配后形成四 個(gè)楔形槽，槽中有四

4、個(gè)滾柱，滾柱的直徑大于槽窄端又小于槽寬端，彈簧將滾柱推向槽窄端，使得滾柱與十字塊及外殼表面有較小的摩擦力。十字塊與傳動(dòng)套筒8剛性連接，傳動(dòng)套筒安裝在電樞軸花鍵部位，使單向離合器總成可作軸向移動(dòng)和隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2滾柱式單向離合器(2) 工作原理起動(dòng)時(shí)，電樞軸通過(guò)花鍵帶動(dòng)傳動(dòng)套筒而使十字塊轉(zhuǎn)動(dòng)，十字塊相對(duì)于外殼作順時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)L柱在小摩擦力的作用下滾向槽窄端而被卡緊，外殼即隨十字塊一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩便通過(guò)單向離合器傳遞給了驅(qū)動(dòng)齒輪。發(fā)動(dòng)機(jī)一旦發(fā)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪 帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，使外殼的轉(zhuǎn)速高于十字塊，十字塊相對(duì)于外殼逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)L柱 滾向槽寬端而打滑，從而避免了發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪帶動(dòng)起動(dòng)機(jī)電樞

5、高速旋轉(zhuǎn)而損壞起動(dòng)機(jī)。2.2彈簧式單向離合器(1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖3所示。主動(dòng)套筒套在電樞軸的花鍵上， 小齒輪套筒則套在電樞軸前端的光滑部分。 在對(duì)接處有兩個(gè)月牙形圈，使兩者只能做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而不能做軸向移動(dòng)。在小齒輪套筒與主動(dòng)套筒的外圓上包有扭力彈簧，扭力彈簧的內(nèi)徑略小于兩套筒的外徑，因而具有一定的過(guò)盈量(0.250.5mm )。在主動(dòng)套筒上用墊圈封閉傳動(dòng)彈簧，外側(cè)再裝緩沖彈簧和固連撥環(huán)。2 3 4 5 678 S 102- FS圈 3 月形圈 4扭力弾貧 5護(hù)圈7墊圈 8沖緩將崔知一移動(dòng)檸髯 M忖贊圖3彈簧式單向離合器(2) 工作原理起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，由于撥叉推動(dòng)撥環(huán)使驅(qū)動(dòng)小齒輪嚙入飛輪齒圈，起動(dòng)機(jī)

6、轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)花鍵套筒即主動(dòng)套筒旋轉(zhuǎn)，使扭力彈簧順向扭緊并箍死兩個(gè)套筒，于是就能傳遞扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，由于飛輪帶著驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速高于起動(dòng)機(jī)軸，將扭力彈簧作反向放松，使驅(qū)動(dòng)齒輪套筒與主動(dòng)套筒松脫而打滑，從而避免了超速運(yùn)轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)。這種離合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)化、壽命長(zhǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但因扭力彈簧所需圈數(shù)多，軸向尺寸較長(zhǎng)，故適 用于起動(dòng)柴油機(jī)所需的大功率起動(dòng)機(jī)，而不適宜在小型起動(dòng)機(jī)上采用。2.3摩擦片式單向離合器(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)摩擦片式離合器的外接合鼓 1用半月鍵固定在起動(dòng)機(jī)軸上， 兩個(gè)彈性圈2和壓環(huán)3依次 沿起動(dòng)機(jī)軸裝進(jìn)外接合鼓中， 青銅主動(dòng)片4的外凸齒裝入外接合鼓的切槽中， 鋼制的起動(dòng)機(jī) 軸裝進(jìn)外接

7、合鼓中，青銅主動(dòng)片4的外凸齒裝入外接合鼓的切槽中， 鋼制的被動(dòng)片5以其內(nèi) 齒插入內(nèi)接合鼓6的切槽中。內(nèi)接合鼓具有螺線孔并旋在起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪柄 9的三線螺紋上，4齒輪柄則自由地套在起動(dòng)機(jī)軸上，內(nèi)墊有減震彈簧8并用螺母鎖著，以免從軸上脫落，內(nèi)接合鼓6上具有兩個(gè)小彈簧輕壓諸片，以保證它們彼此接觸，如圖4所示。（a）結(jié)構(gòu)（b）壓緊（c）松開(kāi)5#1-外接合鼓2-彈性圈3-壓環(huán)4-主動(dòng)片5-被動(dòng)片6-內(nèi)接合鼓7-小彈簧8-減震彈簧9-齒輪炳10-驅(qū)動(dòng)齒輪11-飛輪圖4摩擦片式單向離合器（2）工作原理4（ b）所示，禾U用起動(dòng)機(jī)工作時(shí)，內(nèi)接合鼓沿螺旋槽向右移動(dòng)，將摩擦片壓緊，如圖摩擦力，將電樞的轉(zhuǎn)矩傳給飛輪

8、。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪被飛輪帶動(dòng)，當(dāng)其轉(zhuǎn)速超4 （c）所示，這時(shí)驅(qū) 如果起動(dòng)機(jī)超載時(shí)，彈性 此時(shí)離合器即打滑，能避防止超載損壞起動(dòng)機(jī)的優(yōu)過(guò)電樞軸轉(zhuǎn)速時(shí)，內(nèi)接合鼓則沿螺旋槽向左退出，摩擦片松開(kāi)，如圖 動(dòng)齒輪雖高速旋轉(zhuǎn)， 但不驅(qū)動(dòng)電樞，從而避免了電樞超速的危險(xiǎn)。 圈在壓環(huán)的突緣壓力下而彎曲， 直至內(nèi)接合鼓的端部頂住彈性圈, 免起動(dòng)機(jī)在過(guò)載情況下的損壞。摩擦片式離合器雖有傳遞大轉(zhuǎn)矩,點(diǎn)，但由于摩擦片易磨損而影響起動(dòng)機(jī)性能，需經(jīng)常檢查、調(diào)整或更換。同時(shí)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，耗用材料較多，加工費(fèi)時(shí)，修理麻煩。3. 控制裝置控制裝置的作用是控制起動(dòng)機(jī)主電路的通、斷和驅(qū)動(dòng)齒輪的移出和退回。3.1開(kāi)關(guān)直接控

9、制起動(dòng)系開(kāi)關(guān)直接控制起動(dòng)系是指起動(dòng)機(jī)由點(diǎn)火開(kāi)關(guān)或起動(dòng)按鈕直接控制，起動(dòng)功率較小的汽車(chē)（如長(zhǎng)安奧拓，天津夏利轎車(chē)）常用這種控制形式。其結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。1-驅(qū)動(dòng)齒輪2-復(fù)位彈簧3-撥叉4-活動(dòng)鐵芯5-保持線圈6-吸引線圈7-接線柱8-起動(dòng)按鈕9-起動(dòng)總開(kāi)關(guān)10-熔斷絲11-黃銅套12-擋鐵13-接觸盤(pán)14、15接線柱16-電流表17-蓄電池18-起動(dòng)機(jī)圖5開(kāi)關(guān)直接控制起動(dòng)系當(dāng)合上起動(dòng)機(jī)總開(kāi)關(guān) 9，按下起動(dòng)按鈕8時(shí)，吸引線圈6和保持線圈5的電路接通。其 電路如下：蓄電池正極一接線柱14電流表16熔斷絲10 起動(dòng)總開(kāi)關(guān) 9 起動(dòng)按鈕8 接線柱7,然后分兩路，一路為保持線圈5搭鐵一蓄電池負(fù)極。另一路

10、為吸引線圈6接線柱15起動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)繞組一電樞繞組一搭鐵一蓄電池負(fù)極。這時(shí)活動(dòng)鐵芯4在兩個(gè)線圈電磁吸力的共同作用下，克服回位彈簧2的彈力而向右移動(dòng)，帶動(dòng)撥叉3便將小齒輪回推出與 飛輪齒圈嚙合。這時(shí)由于吸引線圈的電流流經(jīng)磁場(chǎng)繞組和電樞繞組，產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩。所以小齒輪是在緩慢旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中嚙合的。當(dāng)齒輪嚙合好后，接觸盤(pán)13將觸頭14、15接通，于是蓄電池的大電流流經(jīng)起動(dòng)機(jī)的電樞和磁場(chǎng)繞組，產(chǎn)生正常的轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。與此同時(shí)，吸引線圈被短路，齒輪的嚙合位置由保持線圈5的吸力來(lái)保持。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，松開(kāi)起動(dòng)按鈕瞬間， 保持線圈中的電流只能經(jīng)吸引線圈構(gòu)成回路。由于此時(shí)兩線圈所產(chǎn)生的磁通方向相

11、反而相互抵消，于是活動(dòng)鐵芯在復(fù)位彈簧的作用下回至原位，小齒輪在回位彈簧的作用下退出嚙合，接觸盤(pán)13脫離接觸，切斷起動(dòng)電路，起動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這種電磁開(kāi)關(guān)是利用擋鐵與電磁鐵芯之間的一定氣隙，保證驅(qū)動(dòng)齒輪先部分嚙入飛輪齒環(huán)后，才接通起動(dòng)主電路。它具有操作輕便、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。3.2起動(dòng)繼電器控制系起動(dòng)繼電器控制是指用起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)控制起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)的大電流，而用點(diǎn)火開(kāi)關(guān)或起動(dòng)按鈕控制繼電器線圈的小電流，如圖6所示。起動(dòng)繼電器的作用就是以小電流控制大電流，保護(hù)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，減少起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)線路壓降。1-起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)2-啟動(dòng)繼電器線圈 3-點(diǎn)火開(kāi)關(guān)4、5起動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)接線柱6-點(diǎn)火線圈附加電阻短路接線柱7-

12、導(dǎo)電片8-接線柱9-起動(dòng)機(jī)接線柱 10-接觸盤(pán)11-推桿12-固定鐵芯13-吸引線圈14-保持線圈15-活動(dòng)鐵芯 16-復(fù)位彈簧17-調(diào)節(jié)螺釘18-連接片19-撥叉20-定位螺釘 21-滾柱式單向離合器 22 -驅(qū)動(dòng)齒輪23-限位螺母24-附加電阻線圖6起動(dòng)繼電器控制系1 起動(dòng)開(kāi)關(guān)(點(diǎn)火開(kāi)關(guān)起動(dòng)擋)接通時(shí)(1)起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)閉合，電磁開(kāi)關(guān)電路接通繼電器的電路是：蓄電池一點(diǎn)火開(kāi)關(guān)一繼電器的線圈一搭鐵。由于電流通過(guò)繼電器線圈使其產(chǎn)生磁場(chǎng)，在電磁力的作用下觸點(diǎn)閉合， 于是就接通了電磁開(kāi)關(guān)中吸引線圈和保持線圈 的電路。吸引線圈的電路是：蓄電池一繼電器“電池”接線柱、支架、觸點(diǎn)、“起動(dòng)機(jī)”接線柱起動(dòng)機(jī)的

13、接線柱“ 9” 一吸引線圈一起動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)接柱 5 起動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)繞組、電樞繞組一搭 鐵。保持線圈的電路是：起動(dòng)機(jī)的接柱“9 ” 一保持線圈一搭鐵。此時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪的接觸情況如圖7 (a)所示。(a)初始狀態(tài)齒輪分離(b)齒輪進(jìn)入嚙合(c)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)圖7起動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程(2) 驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪嚙合電流通過(guò)吸引線圈和保持線圈后，由于兩者產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致，磁場(chǎng)增強(qiáng)，磁化固定鐵芯產(chǎn)生吸力，活動(dòng)鐵芯前移，使接觸盤(pán)接通電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)。同時(shí)活動(dòng)鐵芯的后端通過(guò)耳環(huán)帶 動(dòng)撥叉上端前移、下端后移，迫使驅(qū)動(dòng)齒輪伸出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒環(huán)發(fā)生抵觸現(xiàn)象時(shí)，撥叉下端可推動(dòng)滑環(huán)后半環(huán)壓縮彈簧繼續(xù)后移，使電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)接通， 使電樞軸

14、稍微轉(zhuǎn)動(dòng)， 驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒槽對(duì)正時(shí)， 就可使驅(qū)動(dòng)齒輪與飛 輪嚙合。此時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪的接觸情況如圖7( b)所示。(3) 電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)接通并帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)接觸盤(pán)將電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)接柱“ 4”和“5”接通后，電動(dòng)機(jī)電路接通，其電路是：蓄電池一 電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)一接觸盤(pán)磁場(chǎng)繞組一電樞繞組一搭鐵。由于此電路中電阻很小， 電流可達(dá)幾百安培，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)離合器帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)， 此時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪的接觸情況如圖7( c)所示。電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，吸引線圈被短路，活動(dòng)鐵芯依靠保持線圈的磁力使其保持在吸合位 置。另外在電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)接通的同時(shí)，接觸盤(pán)也與點(diǎn)火線圈附加電阻短路接柱“6”內(nèi)的黃銅片接觸，使點(diǎn)火線圈附加電阻短路，從而保證可靠點(diǎn)火。2 起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)(1) 起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)