《汽车电器与电子设备》课件(广科大玉洁)第三章起动

第三章起动机第三章起动机一、概述要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴。曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动的怠速运作的过程，称为发动机的起动。发动机的起动性能用起动转矩Md、起动转速n/mi。和起动功率P等参数来评价。起动条件①起动转矩：能够使曲转旋转的最低转矩称为起动转矩。起动转矩必须克服压缩阻力和内磨擦阻力矩。起动阻力矩与发动机压缩比、温度、机油粘度等有关。②起动转速：能使发动机起动的曲轴最低转速称为起动转速。在0～20℃时，汽油机的起动转速为30～40r/min，柴油机的起动转速为150～300r/min。③起动功率：起动机的功率应当大于或等于发动机必需的起动功率，否则就不能保证发动机的起动性能。一、概述起动机的安装位置①人力起动：起动最为简单，只须将起动手摇柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的起动爪内，以人力转动曲轴。②电动机起动：电动机起动是用电动机作为机械动力，当将电动机轴上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转。电动机本身又用蓄电池作为电源。③辅助汽油机起动：只用于大功率柴油机上。起动方式第三章起动机电力起动机一般由三部分组成：电动机：其作用是产生转矩(将电能转换为机械能)。传动机构(或称啮合机构)其作用是：在发动机起动时，使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿环，将起动机转矩传给发动机曲轴；而在发动机起动后,使驱动齿轮打滑与飞轮齿环自动脱开。控制装置(即电磁开关)：用来接通和切断起动机与蓄电池之间的电路。在有些汽车上，还具有接入和隔除点火线圈附加电阻的作用。直流电动机电磁开关传动机构起动机构成第三章起动机第一节、直流电动机一、构造电刷及电刷架磁极电枢换向器串励式直流电动机由磁极、电枢、换向器、电刷等组成。要求：零件的机械强度高，电路电阻小。第一节、直流电动机换向器照片1、电枢：由电枢线圈及铁芯、电枢轴、换向器等组成作用：通电后产生转动力矩电枢轴电枢绕组铁心直流电动机主要由壳体、磁极、电枢、换向器和电刷组件等部分组成。其工作时有两个显著的特点：①工作电流大、转矩大；②工作时间短（一般为3-5s）.流经电枢绕组的电流很大，一般都为400A左右第一节、直流电动机-----电枢（续）②．传动机构与电枢轴采用花键配合；③．电枢轴采用三点支撑；④．电枢轴尾部有限位圈。第一节、直流电动机-----磁极铁心励磁绕组机壳2、磁极由固定在机壳上的铁心和装在铁心上的磁场绕组组成。作用：建立电动机的电磁场第一节、直流电动机-----磁极（续）励磁绕组与电枢绕组的接线方法（直流串励）四励磁绕组串联励磁绕组先串后并第一节、直流电动机-----磁极（续）磁场与磁路第一节、直流电动机-----磁极（续）视频3、磁场绕组第一节、直流电动机-----电刷与轴承电刷的作用是将电流引入电枢使之产生定向转矩。3、电刷与轴承第一节、直流电动机-----电刷与轴承（续）两个正电刷与端盖绝缘，两个负电刷直接接铁。由铜粉（80～90﹪）和石墨粉（10～20﹪）压制而成。前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖第一节、直流电动机-----换向器换向器剖面示意铜片轴套压环接线凸缘电枢第一节、直流电动机二、工作原理第一节、直流电动机视频4、直流电动机的工作原理及换向第一节、直流电动机直流面临的问题：交变的电磁转矩只能使电枢来回摆动第一节、直流电动机电动机的电磁转矩M取决于磁通φ与电枢电流Ia的乘积，即:M=CmφIa其中Cm—电机结构常数转矩自动调节：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。第一节、直流电动机三、特性1、转矩特性：电动机的电磁转矩随电枢电流变化的关系。M取决于磁通φ、电枢电流Is的乘积M=CmφISΦ＝KISM=CmIS×KIS=CIS2在起动瞬间，转速为0，反电动势为0，所以IS最大，转矩很大，使发动机易于起动。磁路未饱和时，电磁转矩与电枢电流的平方成正比，饱和后，磁通几乎不变电磁转矩才与电枢电流成线性关系。起动机的转矩、转速、功率与电流之间的关系称为起动机的工作特性。第一节、直流电动机2、机械特性定义：电动机的转速随转矩而变化的关系。)(Mfn磁路未饱和时，电磁转矩与电枢电流的平方成正比，饱和后，磁通几乎不变电磁转矩才与电枢电流成线性关系。mLssCRRIUn)(转速与电流的关系第一节、直流电动机3功率特性完全制动和空载时，起动机的功率为零。时达到最大功率，这个功率称为起动机的额定功率。)(9554kWnMPmax21ssII在电流第一节、直流电动机四、影响起动机功率和转矩的因素1、接触电阻和导线电阻的影响电阻↑→电压降↑→P、M↓2、蓄电池内阻容量大，内阻小→P、M↑3、温度T↑→蓄电池容量↑内阻↓→P、M↑第二节起动机基本参数的确定第二节起动机基本参数的确定选择起动机的基本参数：起动机功率、起动机与发动机传动比、蓄电池容量。一、功率大小取决于发动机最低起动转速和起动阻力矩P=Mn/9550(KW)起动阻力矩M通常包括三部分:1）摩擦力矩（60％）2）压缩损失力矩（25％）3）发动机附件损失力矩（15％）发动机的阻力矩主要取决于气缸的工作容积、缸数、压缩比、转速和温度等。第二节起动机基本参数的确定对于汽油机，发动机可靠起动条件：1）气缸吸入可能着火的混合气2）压缩终了混合气达到一定温度和压力3)点火装置发出足够能量的火花为保证顺利起动，最低转速n：汽油机：50－70r/min；柴油机：100－200r/min.蓄电池容量的确定按经验公式C=(600~800)P/U确定蓄电池的容量。C：蓄电池额定容量P：起动机额定功率U：起动机额定电压第二节起动机基本参数的确定意义：正确的传动比，能保证发动机可靠起动,同时能使起动机达到最大功率。最佳传动比：最佳传动比就是起动机工作在最大功率时所对应的传动比。实际传动比一般选的比最佳传动比稍小,这样起动机的工作电流有所增大,功率减小了一些,但转矩增大很多,对起动非常有利。此外,传动比的选择还受飞轮齿环和起动机驱动齿轮的限制。一般汽油机传动比：13－17、柴油机8－10二、传动比选择第四节电磁操纵强制啮合式起动机第四节电磁操纵强制啮合式起动机在各种起动机的三个组成部分中，电动机部分一般没有本质的差别，而控制方法和传动机构的啮入方式则有很大差异，因此起动机是按控制方法和传动机构啮入方式的不同来分类的。按传动机构啮入方式：(1)惯性啮合式；(2)强制啮合式；(3)电枢移动式；(4)齿轮移动式；(5)同轴式起动机；按控制方法的不同：(1)机械控制式(2)电磁控制式除上述以外，还有磁极为永久磁铁的永磁式起动机，以及内装减速齿轮的减速起动机等等。第四节电磁操纵强制啮合式起动机主要作用：控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮啮合；控制起动机主电路的导通。工作原理：经按钮开关给电磁开关的电磁线圈一个小电流，电磁铁产生磁场使电磁开关吸合，这样电源的电流就通过电磁开关的触点输送给大功率电力设备。电磁式起动机工作原理视频控制机构:电磁开关第四节电磁操纵强制啮合式起动机----工作过程①起动开关接通：a、首先接通起动继电器磁化线圈电路;Ⅱ.保持线圈电路：第四节电磁操纵强制啮合式起动机----工作过程b、电磁铁机构线圈电路接通；Ⅰ.吸引线圈电路：c、驱动齿轮与飞轮啮合：d、电动机电路接通，起动机带动发动机转动。e、当两齿轮相抵时，离合器的锥形（啮合）弹簧起作用，保证先接通，后啮合。第四节电磁操纵强制啮合式起动机----工作过程f、电动机电路接通时，吸引线圈被短路，固定铁芯只靠保持线圈电流的磁场吸力将活动引铁吸住。第四节电磁操纵强制啮合式起动机----工作过程g、在电动机电路接通同时或稍早，附加电阻线被短路。第四节电磁操纵强制啮合式起动机----工作过程②、起动开关断开：a、起动继电器线圈电路断电;b、保持线圈电流改道，（吸、保线圈电流方向相反）起动机停止工作。第四节电磁操纵强制啮合式起动机----工作过程③、两齿咬死不能分离时：分离弹簧起作用，使电动机开关先断开，以保证驱动齿轮与飞轮可靠分离。第四节电磁操纵强制啮合式起动机----工作过程第四节电磁操纵强制啮合式起动机弹簧式离合器（p59)作用：单向离合器单向传递转矩并在起动后自动打滑，防止发动机起动后飞轮带动起动机电枢高速飞转而造成事故；拨叉与移动衬套一起使单向离合器做轴向移动，将驱动齿轮与发动机飞轮啮合常用的单向离合器有滚柱式、摩擦片式和弹簧式三种。第四节电磁操纵强制啮合式起动机弹簧式单向离合器弹簧式单向离合器的原理是通过扭力弹簧的径向收缩和放松来实现分离和接合的。起动机带动曲轴旋转时，扭力弹簧扭紧，包紧齿轮柄与连接套筒，电枢的转矩通过扭力弹簧、驱动齿轮传给飞轮；起动后驱动齿轮的转速高于起动机电枢，则扭力弹簧放松，则飞轮齿圈的转矩便不能传给电枢。特点：能传递较大扭矩，摩擦力下降后需调整。应用：大功率起动机上。结构：驱动齿轮及外壳、滚柱、十字块及传动套筒、气动机轴等1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽与弹簧；6-垫圈；7-护盖；8-花键套简；9-弹簧座；10-缓冲弹簧；11-移动衬套；12-卡簧滚柱式单向离合器滚柱式离合器滚柱式离合器工作过程：•起动时，滚柱滚入楔形槽窄处被卡死，十字块、滚柱、驱动齿轮连成一体；•起动后，滚柱滚入楔形槽宽处而打滑。（3）特点：结构简单，坚固耐用，传递较大转矩时易卡死（4）应用：中、小功率起动机，应用最多。滚柱的受力及作用示意图a)起动时；b)起动后第四节电磁操纵强制啮合式起动机二、东风EQ1090汽车QD124型起动机由于起动机工作时电流很大，容易使开关损坏。DQ124型起动机增加一个附加继电器，点火开关闭合时，接通继电器线圈，使触点闭合，接通吸拉线圈和保位线圈的电路。第四节电磁操纵强制啮合式起动机三尼桑设置了安全继电器作用见P60第五节、移动电枢啮合式起动机广泛应用在大功率柴油车上。借助磁极磁力，移动整个电枢而使驱动齿轮啮入飞轮齿环。保护飞车的能力不受功率限制，可做成大功率起动机。第五节、移动电枢啮合式起动机第一阶段，啮入。起动时，按下起动按钮K，电磁铁4产生吸力吸引接触盘6，但由于扣爪8顶住了挡片7，接触盘仅能上端闭合，如图3—25b所示。此时辅助励磁绕组接通，并联辅助绕组3和串联励磁绕组2产生的电磁力，克服复位弹簧的拉力，吸引电枢向后移动，使起动机齿轮啮入飞轮齿圈。由于辅助励磁绕组用细铜线绕制，电阻大，流过的电流较小，起动机仅以较低的速度旋转，使齿轮啮入柔和。第五节、移动电枢啮合式起动机第二阶段，起动。当电枢移动使小齿轮与飞轮基本啮合后，固定在换向器端面的圆盘10，顶起扣爪8，使挡片7脱扣，于是，接触盘6的下端也闭合，接通主励磁绕组1的电路，起动机便以正常的转矩工作，起动发动机。在起动过程中，摩擦片离合器13压紧并传递扭矩，如图3－25C所示。第五节、移动电枢啮合式起动机第三阶段，脱开。发动机起动后，驱动齿轮转速增大，摩擦片离合器被旋松，曲轴转矩便不能传到电枢上，起动机处于空载状态。直到松开起动按钮，电枢又移回原位，驱动齿轮与飞轮齿圈脱开，扣爪也回到锁止位置，起动机才停止运转。第六节减速起动机优点：单位重量的输出功率增加；缩小了外部尺寸，便于安装；提高了起动转矩，有利于发动机的低温起动；减轻了蓄电池的负担，延长了使用寿命。减速起动机在普通带电磁开关的强制啮合式起动机电枢和驱动齿轮之间增加了一套减速机构，可将起动机电枢的工作转速设计得较高，然后通过减速机构使驱动齿轮的转速降低并使转矩增加。因此可采用小型、高速、低转矩的电动机，使起动机具有以下优点（减速起动机的优点）：第六节减速起动机在起动机的传动装置中装有减速装置的起动机，称为减速型起动机，简称减速起动机减速型起动机具有以下优点：（1）起动转矩增大，起动可靠性提高。因此有利于低温起动。（2）比功率（即单位质量输出的功率）大，质量小。在输出功率相同的情况下，质量可减小25％～35%。（3）外部尺