汽车电器与电子设备-唐文初课件 第3章起动系

第一节起动系概述一、起动系的组成1.发动机的起动：发动机曲轴在外力作用下，完成从开始运转到怠速运转的过程。2.起动系的作用：以蓄电池为电源，直流电动机驱动发动机完成起动任务。第一节起动系概述3.起动系组成起动系一般是由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关等部件组成。一、起动系的组成第一节起动系概述起动系的组成1.直流串励式电动机作用：将蓄电池提供的电能转变为机械能，产生转矩驱动发动机。第一节起动系概述二、起动机的组成2.传动机构作用：1)利用起动机驱动齿轮啮入发动机飞轮齿圈；传递电动机转矩带动发动机起动；2)起动后驱动齿轮在自动打滑状态下脱离飞轮齿圈。第一节起动系概述3.控制装置作用：用来接通和切断电动机与蓄电池之间的电路。第一节起动系概述起动机的组成部分第一节起动系概述三、起动机的分类1.按控制装置分类1)机械控制(操纵)式起动机：由驾驶员用脚踏或手动直接操纵机械式起动开关接通和切断起动电源。2)电磁控制(操纵)式起动机：由驾驶员转动点火开关到起动挡，或按下起动按钮，直接控制或通过起动继电器使电磁开关自动接通和切断起动电路。第一节起动系概述2按传动机构分类1)惯性啮合式起动机：靠惯性力作用产生轴向移动，使驱动齿轮啮入和退出飞轮齿圈。2)强制啮合式起动机：靠人力或电磁力经拨叉的推移，强制性地使驱动齿轮啮入和退出飞轮齿圈。3)电磁啮合式起动机：靠电动机内部辅助磁极的电磁力，吸引电轴做轴向移动，将驱动齿轮啮入飞轮齿圈，起动结束后再由回位弹簧使电枢回位，让驱动齿轮退出飞轮齿圈。也称电枢移动式起动机。4)其他类型起动机：通轴式(齿轮移动式)、永磁式、减速式起动机等。第一节起动系概述3按电动机磁场产生的方式分类1)励磁式起动机：直流电动机的磁极磁场由磁极绕组通入电流产生。2)永磁式起动机：直流电动机的磁极用永久磁铁制成，磁极无励磁绕组，无需通入电流。4按传动机构结构分类1）普通起动机：电动机与驱动齿轮之间通过单向离合器连接。2）减速起动机：电动机与驱动齿轮之间除有单向离合器外，还增设一组减速齿轮。第一节起动系概述四、起动机的规格型号（国家行业标准QC/T73-1993《汽车电器设备产品型号编制方法》规定）1.产品代号QD—普通型；QDJ—减速型；QDY—永磁型2.电压等级1—12V；2—24V3.功率等级1—1KW；2—1-2KW；3—2-3KW；4—3-4KW；5—4-5KW；6—5-6KW；7—6-7KW；8—7-8KW；98KW4.设计序号5.变形代号第一节起动系概述一、工作原理第二节串励式直流电动机一、工作原理第二节串励式直流电动机

一个线圈产生的电磁转矩是有限的，且电枢转动不平稳，故电枢绕组是由很多组线圈组成的，换向器片数量也随线圈数量的增加而增加。磁极也设为两对或数对。绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路二、直流电动机的构造直流电动机由电枢、磁极（铁芯和励磁线圈）、机壳、电刷及刷架等组成。磁场与磁路第二节串励式直流电动机起动机构造第二节串励式直流电动机前端盖外壳电刷磁场绕组电枢中间支撑板离合器限位螺母后端盖拨叉电磁开关1.电枢和换向器

（1）电枢:由电枢绕组及电枢铁芯、电枢轴等组成；①传动机构与电枢轴采用花键配合；②电枢轴采用三点支撑；③电枢轴尾部有限位圈；④铁芯：用硅钢片叠成；⑤绕组：矩形断面裸铜线绕制，用绝缘纸绝缘，紧固。第二节串励式直流电动机第二节串励式直流电动机电枢及其内部连接电枢绕组通常用波绕法，两端焊在换向片上，与每一绕组两端相连接的换向器片相隔90°，这种绕法电阻较低，有利于提高转矩。

（2）换向器由铜片和云母片相间叠压而成。铜片与铜片、铜片与电枢轴间均绝缘，铜片接电枢绕组，用夹固加焊方式连接。换向器通过电刷来连接磁场绕组与电枢绕组。换向器剖面示意铜片轴套压环接线凸缘电枢第二节串励式直流电动机换向器的作用：将电源提供的直流电转化成电枢绕组所需要的交流电，以保证电枢绕组所产生的转矩方向不变。起动机换向器作用原理第二节串励式直流电动机

2.磁极：（1）组成1）铁芯：低碳钢制成。2）绕组：由矩形铜条绕制。一端接外壳上的接线柱，另端接二只非搭铁的电刷。3）磁极数目：一般为4或6个，同性相对安装。（2）作用：产生磁场。磁场与磁路绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第二节串励式直流电动机第二节串励式直流电动机磁极磁极绕组与电枢绕组的连接方式有并励式、串励式和复励式三种。常见的汽车用起动机均用串励式。第二节串励式直流电动机起动机励磁绕组第二节串励式直流电动机第二节串励式直流电动机前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖3.电刷与电刷架（1）电刷由铜粉（80～90﹪）和石墨粉（10～20﹪）压制而成。绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第二节串励式直流电动机（2）电刷架一般为四个，为金属框式，两个正电刷与端盖绝缘，两个负电刷直接接铁。电刷架上装有弹力较大的盘形弹簧。前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖第二节串励式直流电动机绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路4.轴承与机壳（1）轴承采用青铜石墨轴承或铁基含油轴承，可承受冲击性载荷。减速式起动机电枢转速高，故用滚柱轴承或滚珠轴承。（2）机壳为基础件，并起导磁作用。一端有四个检查窗口，中部有一接线柱，其在机壳内与励磁绕组的一端相接。前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖第二节串励式直流电动机5.端盖

分前后两个端盖。前端盖用钢板压制，内装电刷架。后端盖用灰铸铁铸成，内装电机传动机构，设拨叉座及驱动齿轮行程调整螺钉。每个端盖的中间均装有青铜石墨轴承或铁基含油轴承；后端盖与机壳之间装中间轴承板对轴起中间支承作用。整机由两个长螺栓通过前后端盖夹紧机壳固定。一、汽车发动机对起动机传动机构的要求1.要求：（1）起动机的驱动齿轮与发动机的飞轮齿圈啮合时要平稳，不能发生冲击现象。（2）由于起动机的驱动齿轮与发动机的飞轮齿圈速比很大(一般大于15)，因此发动机起动后，驱动齿轮应能自动打滑或脱离啮合，以免发动机带动起动机电枢高速旋转，造成电枢绕组“飞散”的事故。（3）因为起动机是由点火开关控制的，所以当发动机工作时，要防止点火开关误操作，使起动机的驱动齿轮再次与发动机的飞轮齿圈啮合，导致起动机与发动机的飞轮齿圈的损坏。第三节传动机构一、汽车发动机对起动机传动机构的要求2.啮合过程：在电磁开关的作用下，驱动齿轮与飞轮齿圈进入啮合，当二者完全啮合后，主电路接通，电枢轴开始带动发动机曲轴旋转。发动机起动后，驱动齿轮与飞轮齿圈仍处于啮合状态，单向离合器打滑，驱动齿轮在飞轮的带动下空转。起动结束后，驱动齿轮在电磁开关的作用下，与发动机飞轮齿圈脱离啮合。第三节传动机构传动机构包括单向啮合器和拨叉两部分。单向啮合器1.作用传递电动机转矩，起动发动机，且在起动后自动保持起动机不致飞散损坏。2.种类滚柱式单向啮合器、摩擦片式单向啮合器、弹簧式单向啮合器等三类。二、常见的起动机单向离合器第三节传动机构起动机单向离合器第三节传动机构（1）滚柱式单向啮合器①种类：十字块式、十字槽式第三节传动机构②结构③工作原理第三节传动机构④特点：结构简单，在中、小功率的起动机上被广泛应用。但在传递较大转矩时，滚柱易变形卡死，因此滚柱式单向离合器不适用于功率较大的起动机上。主要用于中小型汽车上，如CA1091、BJ130等汽车上使用。滚柱式单向啮合器第三节传动机构第三节传动机构（2）摩擦片式啮合器①结构②工作原理第三节传动机构③防过载当发动机的起动阻力过大时，曲轴不能立刻转动，此时内接合鼓9在传动套筒10作用下，继续向左移动，导致弹性圈3在压环4的压力下弯曲，当弹性圈3弯曲到与内接合鼓9的左端面接触时，内接合鼓9便停止左移，于是主、从动摩擦片之间开始打滑，限制了起动机的最大输出转矩，防止了起动机过载。（2）摩擦片式啮合器第三节传动机构④特点摩擦片式单向离合器的最大输出转矩是可调节的，增减调整垫圈5的片数，可以改变内接合鼓9左端面与弹性圈3之间的间隙，调节起动机的最大输出转矩。摩擦片式单向离合器可以传递较大的转矩，应用于大功率起动机上。但是在使用过程中，摩擦片磨损后，传递的转矩将会下降，因此需要经常调整，而且其结构复杂。（2）摩擦片式啮合器（3）弹簧式啮合器①结构②工作原理③特点结构简单，成本低，寿命长，并可传递较大的转矩。但因扭力弹簧轴向尺寸较大，故一般只用在大功率起动机上。如五十铃TX50型汽车、CA1091K型载货汽车采用。第三节传动机构作用：控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮齿圈啮合；控制起动机主电路(电流为200～600A)的导通；有些起动机的电磁开关还能在起动时将点火线圈的附加电阻短路，以提高起动时的点火电压。第四节电磁开关一、电磁开关结构①吸拉线圈②保位线圈第四节电磁开关二、起动机的工作过程电磁开关的工作过程第四节电磁开关电磁开关的工作过程第四节电磁开关直流串励式电动机工作原理

电枢上的电磁转矩与电枢电流IS及磁极磁通φ的大小成正比。即式中：Cm为电机常数，与磁极对数和绕组个数等结构有关。绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第五节起动机的工作特性直流串励式电动机工作原理

电枢旋转时，在电枢绕组上将产生反电动势。其大小与电枢转速n和磁极磁通φ成正比，即式中：Ce为与电机结构有关的常数。则电源电压----电压平衡方程式（电动机旋转的基本条件）绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第五节起动机的工作特性

由和得出

结论：当负载增大时，电机轴上的阻力矩增大，电枢转速降低，反电动势也随之下降，但电枢电流增加，使电磁转矩（M＝CmφIS）增大，直到电磁转矩与阻力矩重新平衡。绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第五节起动机的工作特性1.转矩特性因电枢电流与励磁电流相等，故在磁路未饱和时磁通与电枢电流成正比。即φ＝C1Ij＝C1IS电机转矩M＝CmφIS＝CmC1ISIS

结论：磁路未饱和时，电磁转矩与电枢电流的平方成正比；磁路饱和后，磁通与电流无关，电磁转矩与电枢电流呈直线关系。绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第五节起动机的工作特性一、串励式直流电动机的工作特性2.转速特性根据基尔霍夫第二定律有：蓄电池的EX与电机反电动势Ef的代数和等于磁场绕组和电枢组组的电压降、连接导线电压降、蓄电池内阻电压降及电刷接触电阻的电压降的代数和。即：U-Ef＝IS(Rs+Rj）+△Ud

则反电势为：

Ef＝U-IS(Rs+Rj）-△Ud因Ef=Cmφn有绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第五节起动机的工作特性绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第五节起动机的工作特性转速特性分析：电枢电流增加时，电压降IS∑R也随之增加；磁路未饱和时，磁通也增加，故电机转速将随IS∑R和φ的增加而急剧下降。结论：直流串励式电动机具有重载时车速低而转矩大的特性(软机械特性)，可保证起动安全可靠。但轻载空载时转速很高易飞车，故应避免。大功率直流电机一般采用复励式。3.功率特性分析：当起动机完全制动时转速和输出功率为零，电流最大，转矩也最大(为制动转矩)；空载时电流最小，但转速最大(为空载转速)，输出功率也为零；只有当电枢电流接近制动电流一半时(电动机电大功率点)，输出功率最大。因起动时间短，一般把最大功率作为额定功率。通常用空载和制动试验检验起动机技术状况。第五节起动机的工作特性二、影响起动机功率的因素1.接触电阻和导线电阻—换向器烧蚀、污损、磨损；电刷磨损；电刷弹簧弹力小；蓄电池极桩与起动电缆、搭铁线搭铁、接触盘与主接线柱、起动电缆及搭铁线过长、过细；2.蓄电池容量—容量小则内阻大，电压降大，起动功率小；3.环境温度—影响蓄电池容量和内阻。第五节起动机的工作特性一般汽车起动机的控制都是由点火开关ST挡来控制的。但是，由于起动机的电磁开关工作电流较大(大于20A)，若直接由点火开关控制起动机的电磁开关，点火开关会因此而经常烧坏。为此在一些汽车上的起动机控制电路中加装了起动继电器，避免起动机电磁开关的电流直接通过点火开关，起到保护点火开关的作用。此外，有的起动机控制电路还具有起动保护功能，可保证发动机起动后，起动机立刻自动停止工作，避免驱动齿轮随飞轮高速空转而增加磨损，而且起动系还具有防止误操作的功能，即在发动机工作时，点火开关打到ST挡，起动机不能工作，以免打坏驱动齿轮和飞轮齿圈。第七节起动机的控制电路当点火开关打到ST挡时，蓄电池经点火开关给起动继电器中的磁化线圈供电(电流很小)，使继电器中的常开触点闭合，这样蓄电池电流经主接线柱3、继电器的触点到起动机电磁开关上的起动接线柱4，起动机开始正常工作。第七节起动机的控制电路一、带有起动继电器的起动系控制电路起动机继电器第七节起动机的控制电路2.工作过程3.电路缺点不能防止误操作。QD124型起动(继电器)控制电路1.作用：与点火开关配合，控制起动机电磁开关线圈中的电流（约35-40A），以保护点火开关，延长其使用寿命。第七节起动机的控制电路第七节起动机的控制电路起动系统的工作过程组合继电器第七节起动机的控制电路二、解放CA1092型汽车起动控制电路2.作用:保证在发动机运转（发电机正常工作）后，起动机不再通电运行。以防止误操作。3.工作过程：①起动时；②起动后；③自停；④防止误起动1.特点：组合继电器=起动继电器+保护继电器起动系常见故障有：起动机不转、运转无力、空转、不能停转、间歇工作、驱动齿轮与飞轮不能啮合等一、点火开关旋到起动挡时，电磁开关出现“打机枪”现象，发动机不能起动1.原因(1)蓄电池电不足；(2)保位线圈断路或严重短路；(3)起动继电器触点张开电压过高；(4)蓄电池连接导线接触不良或导线过细。第八节起动机的故障诊断第八节起动机的故障诊断2.判断方法(1)继电器：短接“电池”与“起动机”，若正常，则为继电器故障；若不正常----(2)电磁开关：短接主接线柱，若正常，则为保位线圈故障；若不正常----(3)若短接时火花过强，为起动机严重短路，若火花正常----(4)起动机火线划火试验，若火花弱，为蓄电池电不足或导线连接不好。第八节起动机的故障诊断二、起动机不转的原因与排除1.导线接头松脱、断线、接触不良（含连接器插入部位接触不良）--清洁、紧固2.点火开关或起动按钮接触不良—清洁、更换3.起动继电器或组合继电器烧蚀、氧化、触点间隙过大，线圈短路、断路，触点闭合电压调整不当—检修、更换4.起动机电磁开关触点烧蚀、氧化，磁化线圈短路、断路、搭铁，活动铁芯动作不良；电枢绕组短路、搭铁；电刷磨损、接触不良；轴承过松、电枢轴弯曲造成电枢扫膛—清洁、修理、更换5.蓄电池储电量不足或内部有故障—充电、更换三、起动机运转无力的原因与排除第八节起动机的故障诊断1.导线接头接触不良-清洁紧固2.电磁开关触点接触不良—清洁、修理、更换3.起动绕组有短路故障；电刷磨损弹簧压力不足；换向器烧蚀或有油污—检修、更换4.蓄电池储电量不足或内部有故障—充电、更换四、起动机空转的原因与排除1.起动机安装不当或固定螺栓松脱—重新安装2.单向啮合器打滑、缓冲弹簧折断或漏装—检修或更换3.驱动齿轮啮合不好、飞轮齿圈轮齿损坏—检修或更换五、起动机不能停转的原因与排除第八节起动机的故障诊断1.继电器触点烧结—修理、更换2.点火开关损坏—更换3.起动机传动叉或电磁开关回位弹簧过软或折断、电磁开关衔铁卡住—检修、更换4.电磁开关触点烧结或接触盘弹簧损坏—检修、更换六、驱动齿轮与飞轮齿圈不能啮合的原因与排除1.起动机单向啮合器弹簧不起作用（漏装、折断或过软）；驱动齿轮损坏—检修、更换2.飞轮齿圈轮齿折断或磨损过甚—检修或更换七、起动机间歇工作的原因与排除1.蓄电池亏电较多—充电2.起动机电枢线圈有匝间短路、电刷和换向器接触不良—检修3.继电器线圈有匝间短路；触点接触不良—检修、更换第八节起动机的故障诊断起动系故障诊断方法

第八节起动机的故障诊断前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖起动系故障诊断方法

绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路第八节起动机的故障诊断第九节

起动机的检修与试验1.励磁绕组的检修故障种类：励磁绕组松动、断路、搭铁、短路。(1)搭铁1)检验方法：①用220V交流试灯检验，灯应不亮。二、起动机部件的检修②用万用表R×10K挡检查，阻值应为∞。第九节

起动机的检修与试验（2）短路电枢感应仪检查：绕组套在铁棒上放于感应仪上，仪器通电3—5min后，若绕组发热则为匝间短路。第九节

起动机的检修与试验短路检查将蓄电池的电压加在励磁绕组的两端，注意控制电流，同时用一铁片或螺钉旋具在四个磁极上分别感受磁吸力的大小，如果某一磁极有磁吸力明显低于其他磁极，则表明该磁极上的励磁绕组短路。第九节

起动机的检修与试验（3）断路磁场绕组的检测也可用万用表电阻挡进行。R×1挡检测绕组断路：电阻值为无穷大时表示绕组断路。第九节

起动机的检修与试验（4）修复方法：取出匝间旧绝缘物(勿使铜线变形)，用竹片或小刀拨开线匝，将涤沦带或绝缘纸塞入每层线匝之间，重新包扎新纱带后浸漆烘干。第九节

起动机的检修与试验2.电枢绕组的检修故障种类：搭铁、短路、断路。(1)搭铁检验方法：1)用220V交流试灯、万用表(R×10K挡)或兆欧表检测。第九节

起动机的检修与试验2.电枢绕组的检修(1)搭铁检验方法：2)用电枢感应仪检测：将电枢置于电枢感应仪的夹紧装置上把电源开关转到测试位置。用一个测试针接触电枢铁芯，另一个测试针依次接触换向器的各个铜片，并观察测试灯。测试灯不亮，则为绝缘良好；若某一换向片上测试时灯亮了，则该处电枢绕组有搭铁故障。第九节

起动机的检修与试验(2)短路检验方法：用电枢检验仪检查。接通仪器电源，在检验仪上不断地转动电枢，同时在电枢上方放一锯条，当锯条出现振动时，说明该绕组有短路故障；当锯条在四个铁芯槽出现振动时，说明相邻换向器铜片间短路；当锯条在所有槽上振动时，说明同一个槽中上下两层导线短路。第九节

起动机的检修与试验第九节

起动机的检修与试验(3)断路检验方法：1)用万用表分别测量换向器两相邻铜片间电阻值，若哪组阻值偏大，则为其断路(实际上由于电枢线粗很难测出电阻的变化)。2)用电枢感应仪检查：将电枢置于感应仪的V形槽中，用毫安表的两个触针分别放在换向器两相邻换向片上，将电源开关置于工作位置，毫安表指针应指示某个数值。若某处毫安表无指示，则此匝断路。(3)修复方法：更换或加垫绝缘纸。第九节

起动机的检修与试验第九节

起动机的检修与试验电枢绕组的检修演示3.换向器的检修(1)故障种类：表面脏污或轻微烧蚀、凸凹不平(2)修理方法：用00#砂布修磨(3)要求：1)修磨后换向器剩余厚度≮2mm2)电枢径向跳动量≯0.15mm

附：国产车电动机换向器云母片与铜片等高，进口车铜片比云母片高0.2mm以上。

第九节

起动机的检修与试验4.电枢轴的检修故障种类：弯曲(1)检测(2)标准铁芯处摆差不大于0.15mm

中间轴颈处摆差不大于0.05mm。(3)修复冷压校正。第九节

起动机的检修与试验4.电枢轴的检修(4)轴和轴承的配合一般0.05mm最大0.10mm驱动齿轮铜套与轴的间隙一般0.06mm最大0.15mm第九节

起动机的检修与试验5.电刷与刷架的检修(1)检查电刷的高度电刷的高度应不小于新品高度的2/3，否则应更换。(2)检查电刷的接触面：电刷与换向器接触面积应达75%，否则应研磨电刷。研磨方法：从检查窗口处在换向器上缠上00#砂布后，再装上电刷，用手沿电枢工作时旋转方向转动电枢进行研磨。第九节

起动机的检修与试验第九节

起动机的检修与试验(3)检查弹簧压力及电刷架用弹簧秤检查电刷压力，普通货车应为12—15N，若压力不足，可反向拨动增加弹力或更换。用万用表或交流试灯检查绝缘刷架绝缘情况和搭铁刷架搭铁情况，均应符合要求。6.端盖的检修检查轴承孔有无毛糙、烧伤现象；轴承与端盖座孔和电枢轴轴颈间配合是否得当；轴承与座孔间不得松旷、歪斜，否则应更换。7.传动机构的检修(1)检查拨叉应无变形、断裂、松旷等现象，回位弹簧应无锈蚀，弹力正常，否则应更换。(2)检查驱动齿轮齿长不得小于全齿长的2/3，驱动齿轮无断齿、裂痕，无齿面、齿端倒角磨损过甚或扭曲变形，否则应更换。第九节

起动机的检修与试验(3)单向啮合器的检修1)检测将其夹在台钳上，插入花键轴，扭力搬手用套管与花键轴相连，向锁止方向搬动扭力搬手检查扭力大小。2)要求①滚柱式