P1：同學(xué)們，大家好，歡迎來到汽車起動機(jī)結(jié)構(gòu)與分類大課堂，本次課我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容是汽車起動機(jī)結(jié)構(gòu)與分類。

起動機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)和工作 原理 起動機(jī)由直流電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)三部分組成，

如圖4-2所示。

直流電動機(jī)的作用是將蓄電池輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能， 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。傳動機(jī)構(gòu)：由單向離合器與驅(qū)動齒輪、撥叉等組成。其作 用是在起動發(fā)動機(jī)時使驅(qū)動齒輪與非輪齒圈相嚙合，將起 動機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞 給發(fā)動機(jī)曲軸；在發(fā)動機(jī)起動后又能使驅(qū)動齒輪與飛輪自動脫離，在它們脫離過程中，發(fā)動機(jī)飛輪反拖驅(qū)動齒輪 時，單向離合器使其形成空轉(zhuǎn)，避免了飛輪帶動起動機(jī)軸 旋轉(zhuǎn)。 操縱機(jī)構(gòu)：主要是指起動機(jī)的電磁開關(guān)，用來接通或斷開電動機(jī)與蓄電池之間的電路。

功用：將蓄電池輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 結(jié)構(gòu):由電樞（轉(zhuǎn)子）、磁極（定子）、換向器和電刷等主 要部件構(gòu)成。 （1）電樞直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分稱為電樞，又稱轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由外圓 帶槽的硅鋼片疊成的鐵心、電樞繞組線圈、電樞軸和換向 器組成。如圖4-3所示。

為了獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，通過電樞繞組的電流較大（汽油機(jī)為200～600 A；柴油機(jī)可達(dá)1000 A），因此，電樞繞組采 用較粗的矩形裸銅漆包線繞制為成型繞組。 （2）磁極磁極由固定在機(jī)殼內(nèi)的磁極鐵心和磁場繞組線圈組成。如 圖4-4所示。

磁極一般是4個，兩對磁極相對交錯安裝在電機(jī)的殼體內(nèi)， 定子與轉(zhuǎn)子鐵心形成的磁通回路見圖4-5所示，低碳鋼板制成的機(jī)殼也是 磁路的一部分。

4個勵磁線圈有的是相互串聯(lián)后再與電樞繞組串聯(lián)（稱為串 聯(lián)式），有的則是兩兩相串后再并聯(lián)，再與電樞繞組串聯(lián) （稱混聯(lián)式），如圖4-6bc所示。 起動機(jī)內(nèi)部線路連接如圖4-6a所示。

勵磁繞組一端接在外 殼的絕緣接線柱上，另一端與兩個非搭鐵電刷相連接。 當(dāng)起動開關(guān)接通時，電動機(jī)的電路為蓄電池正極→接線柱2 →勵磁繞組3→電刷6→換向器和電樞繞組5→搭鐵電刷4→ 搭鐵→蓄電池負(fù)極。 （3） 電刷與電刷架 如圖4-7所示

電刷架一般為框式結(jié)構(gòu)，其中正極電刷架絕 緣地固定在端蓋上，負(fù)極電刷架與端蓋直接相連并搭鐵。 電刷置于電刷架中，電刷有銅粉與石墨粉壓制而成，呈棕黑色。電刷架上有較強(qiáng)彈性的盤形彈簧。

（4） 換向器 作用：向旋轉(zhuǎn)的電樞繞組注入電流。 它由許多截面呈燕尾形的銅片圍合而成，如圖4-8所示。

銅 片之間由云母絕緣。云母絕緣層應(yīng)比換向器銅片外表面凹下0.8mm左右，以免銅片磨損時，云母片很快突出。電樞 繞組各線圈的端頭均焊接在換向器的銅片上。 起動機(jī)的工作原理: （1）電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 它是根據(jù)載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用而發(fā)生運(yùn)動的原理工作的。如圖4-9a

所示，為一臺最簡單的兩極直流電 動機(jī)模型。根據(jù) 左手定則判定a b、c d兩邊均受到電磁力F的作用，由此產(chǎn)生逆時針旋轉(zhuǎn)方向的電磁轉(zhuǎn)矩Ｍ使電樞轉(zhuǎn)動。其換向方法 如圖4-9b所示。實(shí)際的電樞上有很多線圈，換向器銅片也 有相應(yīng)的對數(shù)。

（2）直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩自動調(diào)節(jié)原理電樞在電磁轉(zhuǎn)矩Ｍ作用下轉(zhuǎn)動，但由于繞組在轉(zhuǎn)動時同時 也切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)右手定則判定其方 向與電樞電流Is方向相反，故稱反電動勢Ef。反電動勢Ef與磁極的磁通φ和電樞的轉(zhuǎn)速n成正比： Ef= Ceφn 式中Ce——電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)。 由此可推出電樞回路的電壓平衡方程式，即：U = Ef IsRs 式中Rs——電樞回路電阻。 其中包括電樞繞組電阻和電刷和換向器的接觸電阻。直流電動機(jī)在剛剛接通直流電源的瞬間，電樞轉(zhuǎn)速、反電 動勢均為0，此時，電樞繞組中的電流最大，即Ism==U/R s，將產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，即Mmax，若此時的電磁轉(zhuǎn)矩 M大于電動機(jī)阻力轉(zhuǎn)矩Mz，電樞就開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)起來。隨 著轉(zhuǎn)速n的上升，Ef增大，Is下降，M也就隨著下降。當(dāng)M 下降至于Mz相等時，電樞就以此轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果直流電動機(jī)在工作過程中負(fù)載發(fā)生變化，就會出現(xiàn)以下情況： 負(fù)載增大時，M＜Mz→n↓→Ef↓→Is↑→M↑→M＝Mz，達(dá)到 新的穩(wěn)定； 負(fù)載減小時，M＞Mz→n↑→Ef↑→Is↓→M↓→M＝Mz，達(dá)到 新的穩(wěn)定。 由此可見，當(dāng)負(fù)載變化時，電動機(jī)能通過轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn) 矩的自動變化來滿足負(fù)載的需要，使之能在新的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。因此，直流電動機(jī)有自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩功能。 工作特性： （1）工作特性曲線：起動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率與電流的關(guān)系稱之為起動機(jī)的特性曲線。 串勵直流電動機(jī)的特點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩大，機(jī)械特性軟（電樞 轉(zhuǎn)速隨其負(fù)載增大而降低，隨其負(fù)載的減小而上升）。 轉(zhuǎn)矩特性：在磁路未飽和的情況下，串勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩Ｍ與電樞電流的平方I2S成正比。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性 如圖4-10所示。

在發(fā)動機(jī)起動瞬間，發(fā)動機(jī)的內(nèi)部阻力矩很大，起動機(jī)處 于完全制動狀態(tài)下，由于轉(zhuǎn)速為電樞電流達(dá)到最大值（稱為制動電流），電動機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（稱為制動轉(zhuǎn)矩）， 足以克服發(fā)動機(jī)的阻力矩使發(fā)動機(jī)起動。這就是汽車起動 機(jī)采用串勵式電動機(jī)的主要原因之一。

轉(zhuǎn)速特性（機(jī)械特性）：串勵直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ與電樞電 流Is的關(guān)系式為： 串勵電動機(jī)在磁極未飽和時，由于Φ不為常數(shù)，當(dāng)Is增加 時

，

即電樞轉(zhuǎn)矩增大，由于Φ與Is(Rs+Rj)也隨之增加，因此，電樞轉(zhuǎn)速n隨Is(M)的增大下降較快，故具有較軟的機(jī)械特 性，如圖4-11所示。 即直流串勵電動機(jī)具有在輕載時，電樞電流小，轉(zhuǎn)速高； 在重載時，電樞電流大，轉(zhuǎn)速低的軟機(jī)械特性，能保證發(fā) 動機(jī)即安全又可靠地起動，這是汽車起動機(jī)采用串勵式電動機(jī)的又一主要原因。

功率特性： 串勵式電動機(jī)的功率P可用下式表示: P = Mn / 9550 式中：M——電樞軸上的力矩（Nm）； n——電樞轉(zhuǎn)速（r/min）。

由式可以看出，在完全制動（n=0）和空轉(zhuǎn)（M=0）兩種 情況下，起動機(jī)的功率都等于0。因?yàn)槠饎訖C(jī)工作時間很 短，可以允許在最大功率下工作，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。其特性曲線如圖4-12a所 示。 直流串勵式電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率特性完全可以表述 起動機(jī)的工作特性。如圖4-12b所示為三大特性曲線在同一 坐標(biāo)系的情況，由該圖可以看出： 1）完全制動時，相當(dāng)于起動機(jī)剛接通的瞬間，n=0，電樞 電流最大（即制動電流Imax），轉(zhuǎn)矩也達(dá)到最大值（稱為 制動轉(zhuǎn)矩），但輸出功率為0。 2）起動機(jī)空轉(zhuǎn)時電流最小（稱為空載電流I0），轉(zhuǎn)速達(dá)到 最大值（稱為空載轉(zhuǎn)速）輸出功率也為0。 3）在電流接近制動電流的一半時，起動機(jī)功率最大。將其 最大功率作為額定功率。 (2)影響起動機(jī)功率的主要因素（1）蓄電池容量的影響:蓄電池容量越小，其內(nèi)阻越大， 放電時產(chǎn)生的電壓降越大，因而供給起動機(jī)的電壓降低，使起動機(jī)輸出的功率減小。 （2）環(huán)境溫度影響:當(dāng)溫度降低時，由于蓄電池電解液密度增大，內(nèi)阻增大，會使蓄電池容量和端電壓急劇下降， 起動機(jī)功率將會顯著下降。

（3）接觸電阻和導(dǎo)線電阻:電刷與換向器接觸不良、電刷 壓簧彈力下降、電刷過短以及導(dǎo)線與蓄電池接線柱接觸不 良，都會使工作線路電阻增加；導(dǎo)線過長以及導(dǎo)線橫截面積過小也會造成較大的電壓降，由于起動機(jī)工作電流特別 大，這些都會使起動機(jī)功率減小。

傳動機(jī)構(gòu)指使起動機(jī)的驅(qū)動齒輪和發(fā)動機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合傳 動及分離的機(jī)構(gòu)。作用：起動時，使起動機(jī)的驅(qū)動齒輪與發(fā)動機(jī)的飛輪齒環(huán) 嚙合，將電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞給飛輪； 起動后，自動切斷動力傳遞，防止電動機(jī)被發(fā)動機(jī)帶動超 速運(yùn)轉(zhuǎn)而遭到損壞。組成：傳動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動齒輪、單向離合器、撥叉、嚙合彈 簧等組成，安裝在轉(zhuǎn)子軸的花鍵部分。 種類：滾柱式單向離合器、摩擦片式單向離合器、彈簧式 單向離合器。

滾柱式單向離合器外形如圖4-14所示，其結(jié)構(gòu)如圖4-15所 示，傳動套筒8內(nèi)具有花鍵槽，與電樞軸上的外花鍵相配 合。起動小齒輪1套在電樞軸的光滑部分上。在傳動套筒的 另一端，活絡(luò)地套著緩沖彈簧壓向右方，并有卡簧防止脫 出。移動襯套由傳動叉撥動。起動小齒輪與離合器外殼剛性連接，十字塊與傳動套筒剛性連接。裝配后，十字塊與 外殼形成四個楔形空間，滾柱分別安裝在四個楔形空間 內(nèi)，且在壓帽彈簧張力的作用下，處在楔形空間的窄端。 起動機(jī)的工作過程是：起動發(fā)動機(jī)時，在電磁力的作用下，傳動撥叉使移動襯套 沿電樞軸軸向移動，從而壓縮緩沖彈簧。在彈簧張力的作 用下，離合器總成與起動小齒輪沿電樞軸軸向移動，實(shí)現(xiàn) 起動小齒輪與發(fā)動機(jī)飛輪的嚙合。與此同時，控制裝置接通起動機(jī)主電路，起動機(jī)輸出強(qiáng)大的電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩由傳 動套筒傳至十字塊，十字塊與電樞軸一同轉(zhuǎn)動。此時，由 于飛輪齒圈瞬間制動，就使?jié)L柱在摩擦力的作用下，滾入 楔形槽的窄端而卡死。于是起動小齒輪和傳動套成為一體，帶動飛輪起動發(fā)動機(jī)。如圖4-16所示。 起動發(fā)動機(jī)后，由于飛輪齒環(huán)帶動驅(qū)動齒輪高速旋轉(zhuǎn)且比 電樞軸

轉(zhuǎn)速高的多，驅(qū)動齒輪尾部的摩擦力帶動滾柱克服彈簧張 力，使?jié)L柱滾向鍥型腔室較寬的一端，于是滾柱將在驅(qū)動齒輪尾 部與外座圈間發(fā)生滑摩，發(fā)動機(jī)動力不能傳給電樞軸，起 到分離作用，電樞軸只按自己的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)，避免電樞超速 飛散的危險此種離合器構(gòu)造簡單，工作可靠；接合時為剛性，不能承 受大的沖擊力，傳遞大扭矩會因滾柱卡死而失效；適用于 額定功率在1.47KW以下的小型起動機(jī)?？刂蒲b置 現(xiàn)代汽車上，起動機(jī)的控制裝置均采用電磁式控制裝置， 即電磁開關(guān).其外形如圖4-17所示。

作用：控制驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈的嚙合與分離；控制電動 機(jī)電路的接通與切斷。組成:如圖4-18所示，電磁開關(guān)主要由吸引線圈、保持線 圈、復(fù)位彈簧、活動鐵芯、接觸片等組成。其中，電磁開關(guān)上的“30”端子接至蓄電池正極；“C”端子接起動機(jī)勵磁繞 組；吸接線圈一端接起動機(jī)主電路，

與勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)，保位線圈的一端直接搭鐵， 兩線圈的公共端接點(diǎn)火開關(guān)。 工作過程： 點(diǎn)火開關(guān)接至起動檔時，接通吸拉線圈和保位線圈，其電路為：蓄電池正極→熔斷器→點(diǎn)火開關(guān)→接線柱7→分兩路 一路經(jīng)吸拉線圈→主電路接線柱C→勵磁繞組→電樞繞組 →搭鐵→蓄電池負(fù)極； 另一路經(jīng)保位線圈→搭鐵→蓄電池負(fù)極。此時，吸拉線圈與保位線圈產(chǎn)生的磁場方向相同，在兩線 圈電磁吸力的作用下，活動鐵芯克服回位彈簧的彈力而被 吸入。撥叉將起動小齒輪推出使其與飛輪齒圈嚙合。 齒輪嚙合后，接觸盤將觸頭接通，蓄電池便向勵磁繞組和電樞繞組供電，產(chǎn)生正常的轉(zhuǎn)矩，帶動起動機(jī)轉(zhuǎn)動。 與此同時，吸拉線圈被短路，齒輪的嚙合位置由保位線圈 的吸力來保持。