起动机构造与工作原理
项目二起动系统单元一——起动机的构造与工作原理
教学目的要求：
通过教学掌握起动机的组成、分类、型号识别、起动性能、工作过程和工作原理。熟悉直流电动机中的通用型和减速型起动机结构特点及工作过程。
教学重点、难点：
起动机结构、工作原理
主要教学内容：
1、起动机的组成、分类和型号
2、起动机的起动性能和工作特性
3、通用型起动机的构造
4、直流电动机
5、传动机构
6、控制装置
7、减速型起动机
复习旧课：
交流发电机和调节器的使用和维护：
1、安装
2、使用注意事项
3、检查
4、零部件检修
5、常见故障及修理
6、电路分析
导入新课：
发动机最初的动力来源？
一、起动机的组成分类和型号
1、组成：
直流电动机－－产生电磁转矩
传动装置（啮合机构）－－起动时，啮合传动；起动后，打滑脱开控制装置（电磁开关）－－接通、切断电动机与蓄电池之间的电路2、分类
（1）按控制装置分为：
直接操纵式
电磁操纵式
（2）按传动机构的啮合方式分为：
惯性啮合式－－已淘汰
强制啮合式－－工作可靠、操纵方便、广泛应用
电枢移动式－－结构较复杂，大功率柴油车
齿轮移动式－－电磁开关推动啮合杆
减速式－－质量体积小，结构工艺复杂
3、型号
（1）产品代号：
QD－－表示起动机
QDJ－－表示减速起动机
QDY－－表示永磁起动机
（2）电压等级：1－12V；2－24V
（3）功率等级：1－0~1KW；2－1~2KW ;9－8~KW
（4）设计序号
（5）变型代号：拼音大写字母表示，多表示电气参数的变化
QD1225－－12V，1~2KW，第25次设计，普通式起动机
二、发动机的起动性能和工作特性
1、发动机的起动性能评价指标有：
（1）起动转矩
（2）最低起动转速
（3）起动功率
（4）起动极限温度
1、起动转矩
起动机要有足够大的转矩来克服发动机初始转动时的各种阻力。
起动阻力包括：
（1）摩擦阻力矩
（2）压缩阻力矩
（3）惯性阻力矩
2、最低起动转速
（１）在一定温度下，发动机能够起动的最低曲轴转速。汽油机一般约为50~70r/min，最好70~100 r/min以上。（２）起动机传给发动机的转速要大于发动机的最低转速：
若低于这个转速，汽油泵供油不足，气流速度过低，可燃混合气形成不充分，还会使压缩行程的散热损失和
漏气损失增加，导致发动机不能起动。
3、起动功率
起动机所具有的功率应和发动机起动所必需的起动功率相匹配。
而蓄电池的容量与起动机的容量应成正比
P=(450~600）P/U
4、起动极限温度
当环境温度低于起动极限温度时，应采取起动辅助措施：
（1）加大蓄电池容量
（2）进气加热
（3）电喷车低温补偿
2、起动机的工作特性
1、起动机工作特性图
2、分析
当I=0时，M=0，所以，P=0，转速n达到最大，n=nmax（起动机空载）；
当I=Imax时，n=0，所以，P=0，输出转矩达到最大M=Mmax（起动机制动）。
空载和制动的工作情况，常用来检验起动机的故障：
空载时转速低于规定值，同时电流大，说明有机械故障；
制动实验时，电源电压和电流正常，转矩下降，有电路故障
3、影响起动机工作特性的因素
（1）蓄电池的容量和充电情况
容量大，充电充足，内阻小，供给起动机电流大，起动机的功率、转速、制动力矩都大。（2）起动电路的电阻影响
起动机内部电阻和起动线路电阻越大，起动机得输出功率、转速、制动力矩均会降低。（3）环境温度的影响
环境温度低时，起动性能不好。
三、通用型起动机的构造
四、直流电动机
1、概述
在现代汽车中，普遍采用电力起动，它以蓄电池为电源，以直流电动机为动力，通过传动装置和控制机构进行工作。它在工作时有两个显著特点：
一是扭矩大；
二是工作时间短。
2、直流串励式电动机结构
（1）作用－－产生转矩。
（2）要求－－零件的机械强度高，电路电阻小。
（3）组成：
1、电枢
产生电磁转矩
电枢线圈是用扁铜线绕成，较粗且匝数少；电枢轴中部位置制有螺旋齿槽，用以装置啮合器，有些起动机除两端装有衬套外，中间还装有支承衬套。为了防止轴向窜动，轴的前端制有槽，用于装置锁板机构，轴的后端制有槽，用于装置止动挡圈及弹性档圈。
2、磁极
由外壳、磁极、磁场线圈等部分组成。外壳内壁装有四个磁极（有些是二个磁极），在其上面装有磁场线圈，相对的是同极，相邻的是异极。磁场线圈用扁而粗的铜线（或小铜线并联的方法）绕成。磁场线圈采用串联或并联，一端与外壳上的绝缘接柱（即磁场接柱）相连，另一端与正电刷相连，线路连接如图所示。
由磁极、磁场绕组和机壳组成。
磁场与磁路见图。
3、电刷组件
用铜粉和碳粉（或石墨）压制而成。一般有四个，相对的电刷为同极。两个负电刷搭铁，两个正电刷接磁场线圈，它们在压簧的作用下紧密地与换向器接触。
4、换向器和电刷
三、直流电动机的工作原理
将通电导线放入磁场中，导线会在磁场力的作用下做有规律的运动（其运动方向可以用电动机左手定则来判断），这是直流电动机能够转动的基本道理。
直流电动机工作原理：
上图是最简单的直流电动机，它由磁场、电枢线圈、换向器和电刷等机件组成。当线圈在垂直位置时，如图（a），电刷不与换向器接触，线圈中没有电流通过，因此电枢线圈不转动。如将电枢线圈稍向顺时针方向转过一些，
如图（b），换向器片分别与两电刷接触，线圈中有电流通过，其方向是从线圈I边流入，从Ⅱ边流出。根据左手定则可以判定，线圈I边向下运动，Ⅱ边向上运动，电枢线圈向顺时针方向转动。
当线圈转到如图（c）的位置时，换向器片不与电刷接触，线圈中无电流通过，此时，电枢线圈在惯性作用下
转过这个位置。当线圈转过垂直位置时，换向器片又与两电刷接触，如图（d）所示。但此时换向器片已经
调换了位置。因此电流从线圈Ⅱ边流入，从I边流出。根据左手定则可以判定，线圈I边向上运动，Ⅱ边向
下运动，电枢线圈仍向顺时针方向转动。这样，使电流不断地通入线圈，线圈便按一定方向继续不停地转动。
一个线圈的电动机，虽能旋转，但转动力量小，转速也不稳定，而且在图（a，c）的位置时不能转动。所以，
实际使用的起动电动机都是由较多的线圈和配有相应换向片构成，同时采用多对电磁铁来产生较强的磁场。
但其工作原理还是一样的。
四、电动机转矩自动调节特性
电动机的电磁转矩M取决于磁通φ、
电枢电流Ia的乘积，即
M= CmφIa
其中Cm－电机结构常数
1、反电动势
直流电动机拖动负载，当负载发生变化时，电动机的电枢转速、电枢电流、电磁转矩均会自动的作相应的变化，以满足不同负载的需要。其原理如下：
通电的线圈在磁场中受力而转动，运动的线圈切割磁力线产生电动势，电动势的方向和线圈电流方向相反，
电动势的大小为：
E反=Ceφn
其中，Ce－－电机结构常数；φ－－磁极磁通；n－－电枢转速。
２、电动机工作时，电压平衡方程式为：
Ub=E反+IaRa
该公式称为电动机发电机一体公式
即电动机在一定条件下可以变成发电机，用于电机制动和储能
3、转矩自动调节过程
电枢电流为：Ia=（Ub- E反）/Ra
分析：
当负载↓→轴上阻力矩↓→电枢转速↑→E反↑→Ia↓→电磁转矩↓→直至电磁转矩减至与阻转矩相等→电机拖动
负载以较高转速平稳运转；
当负载↑→轴上阻力矩↑→电枢转速↓→E反↓→Ia↑→电磁转矩↑→直至电磁转矩增至与阻转矩相等→电机拖动
负载以较低转速平稳运转。
五、传动装置（啮合机构－－离合器）
发动机起动时，使起动机的驱动齿轮和发动机飞轮齿环啮合，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带动，超速旋转而破坏。起动机驱动齿轮与曲轴飞轮齿环之间的传动比
很大，在传动机构中设置了单向离合器，起动时传递断联系。外形见下图。
啮合器（离合器）
啮合器有多种型式，通常汽车起动机上普遍采用超越式啮合器。
啮合器的构造如下图所示，主要由起动齿轮（小齿轮），单向滑轮，传动导管、推入弹簧和套筒等部分组成。
超越式啮合器
单向滑轮
单向滑轮的构造如下图所示，图形外座圈2与传动导管1的一端固装在一起，外座圈内部制成“+”字形空腔。起动齿轮7的尾部成圆柱形，伸在外座圈的空腔内，使四周形成四个楔形的小腔室，内装有滚柱。在楔形
腔室较宽的一边的座圈孔内，还装有弹簧4和压帽5，平时弹簧经压帽将滚柱压向楔形室较窄的一面。滑轮外包铁壳6，起密封和保护作用。为增加承载能力，现单向滑轮内常制有五个腔室，采用扁形弹簧，不需钻孔和压帽。
滚柱式单向离合器
1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽弹簧；6-垫圈；7-护盖；8-花键套筒；9-弹簧座；10-啮合2-弹簧；11-拨环；12-卡簧
单向滑轮的工作
1、飞轮
2、起动齿轮
3、外座圈
4、起动齿轮尾部
5、滚柱
6、压帽
7、弹簧
离合器的作用是：①在起动发动机时，将起动机产生的动力传给飞轮，以带动发动机起动；②当发动机起动后，迅速将发动机与起动机间的动力切断，避免起动机超速旋转而损坏。
离合器的工作情况如下：
当传动叉拨动套筒，推动单向离合器向后移动而使起动齿轮和飞轮环齿啮合时，起动机开关便把电路接通，电枢开始旋转，它带动单向滑轮的外座圈转动。在外座圈内壁的摩擦力作用下，滚柱向楔形腔室窄的一边
滚动，紧紧地卡在外座圈和起动齿轮尾部之间，从而起动齿轮同起动机一起旋转，驱动飞轮
当发动机起动后，起动齿轮被飞轮带着超速旋转。它的转速高于电枢转速，此时，起动齿轮尾部带动滚柱克服弹簧的张力，使滚柱向楔形腔室较宽的一边滚动，于是滚柱在起动齿轮尾部与外座圈间发生滑摩，导致起动齿轮和外座圈以及电枢脱离联系，此时仅起动齿轮随飞轮旋转，从而避免了电枢超速旋转导线在强离心力作用下甩出的危险，
滚柱式单向离合器
优缺点
结构简单、加工方便，成本低；
轴向尺寸长，适用于大功率起动机。
摩擦片式离合器构造
六、控制装置（电磁开关）
电磁开关主要由电动机开关和磁力线圈组成，见下图中虚线部分所示。电磁开关壳体的前部，装有电动机
开关的C和30接线柱和磁力线圈50接柱，活动触盘装在触杆上，与触杆上的机件绝缘，起动机不工作时，在回位弹簧的作用下，使触盘与触点保持分开状态。
电磁开关构造（虚线部分）