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项目四 起动机的结构与维修 一、直流电动机的工作原理 • 直流电动机是将电 能转变为机械能的设 备 • 载流导体在磁场中 受到电磁力作用会发 生运动 活动一、直流电动机 一、电磁转矩的产生 图4-2 直流电动机工作原理 电流方向为：蓄电池正极 →正电刷→换向片A→线圈 abcd→换向片B→负电刷→蓄 电池负极电流方向为a→d， 由左手定则可以确定，线圈受 到逆时针方向的转矩作用, 电 枢绕组及换向片在电磁力矩的 作用下逆时针转动 电流方向为：蓄电池正极→ 正电刷→换向片B→线圈dcba→换 向片A→负电刷→蓄电池负极线 圈中的电流方向为d→a，由左手 定则可以确定，线圈仍然受到逆 时针方向的转矩作用, 电枢绕组 及换向片在电磁力矩的作用下继 续逆时针转动 转矩与电压 –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 •反电动势 –当直流电动机的电枢绕组通电后 ，产生电磁转矩，使电枢旋转 旋转的电枢绕组切割磁力线后产 生感应电动势，由右手定则可判 断出其电动势的方向和线圈电流 方向相反，即与外加电压的方向 相反，故称为反电动势，其大小 为： –E反=Ceφn –其中，Ce——电机结构常数；φ— —磁极磁通；n——电枢转速。

图4-3 反电动势的形成 二、直流电动机转矩自动调节特性 – 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： –E反=Ceφn –电动机工作时，电压平衡方程式为： – U＝E反+Ia（Ra＋Rf）＝Ceφn+Ia（Ra＋Rf ） –则电枢电流为： Ia=（Ub- E反）/（Ra+Rf ） 二、直流电动机转矩自动调节特性 –分析： Ia=（Ub- E反）/（Ra+Rf） –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； –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 1．转矩特性 磁场饱 和时 M= CmIaφ 磁场未饱和时 M= CmIa×KIa ＝CIa2 起动大转矩特点 三、起动机的工作特性 2．转速特性 串励直流电动机转速n与电枢电流Is 的关系式为 U＝E反+Ia（Ra＋Rf）＝Ceφn+Ia（Ra＋Rf） 保证了起动机轻载转速高、重载转速 低的特点 三、起动机的工作特性 •当磁路未饱和时，磁通与电枢电流成正比，随着负载的增加 ，电枢电流的增大，电动机的转速急剧下降。

•既电枢转速n随Ia(M)的增大而下降 •从机械特性同样可以看出，串励直流电动机具有轻载转速高 、重载转速低的特点 （软的机械特性） 3．功率特 性 • 起动机功率 由电动机电枢 转矩M和电枢 的转速n来确 定 P＝ 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 的输出功率、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 活动一 直流串励电动机 二、直流串励电动机的构造 串励直流电动机由电枢、磁极、外壳、 电刷与电刷架、端盖等部件构成 1．电枢 2．磁极 3．电刷架与机壳 图4-8 直流串励式电动机结构 1、电枢：直流电动机的转子部分，由铁心、电枢 绕组、电枢轴及换向器组成 作用:通入电流后，在磁极磁场的作用下产生电磁 转矩 直流电动机的构造 图4-12 电枢结构 2、磁极：作用是通入电流后产生磁场，它由铁芯 和磁场绕组构成，并通过螺钉固定在机壳内部 图4-9 磁极的组成 3、电刷组件： 作用：将电源电压引入电枢绕组。

电刷架固定在电刷端盖上，电刷安放在电刷架内 绝缘电刷：用绝缘板将电刷绝缘固定在电刷架盖 上的电枢架称为绝缘电刷架或正电刷架 搭铁电刷：直接固定在端盖上的电刷架称为搭铁 电刷架或负电刷架 电刷靠电刷弹簧压紧在换向片上，保证电刷与换 向器接触良好 •4、前后端盖与轴承 – 电动机的端盖有前后之分 – 前端盖用钢板压制，内装电刷架 – 后端盖用灰铸铁或用铝合金铸造，内装电机传动机构 ，设拨叉座及驱动齿轮行程调整螺钉它们分别装在 机壳的两端，用两个长螺栓与机壳相连 • 5、机壳 –机壳为基础件，并起导磁作用，用钢管制成，其一端 开有窗口，作为观察电刷与换向器之用，平时用防尘 箍盖住壳上只有一个与外壳绝缘的电源接线柱，并 在机壳内部与磁场绕组 的一端相接 • 三、直流电动机的分类 • 按励磁方式分：永磁式和电磁式 • 电磁式直流电机按磁场绕组与电枢绕组 的接连分为：并励式，串励式，复励式 图4-5 直流电动机 的类型 •并励式直流电动机励磁绕组与电枢绕组联在 同一电源上，其机械特性和永磁式基本相同，即 它们具有较“硬”的机械特性，如图4-6所示 它们的适应性能较差，一般用于减速型起动机 •串励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相 串联，它具有较“软”的机械特性，因此特别适 合应用于直接驱动式起动机。

复励式电动机的磁极上有两组励磁绕组， 一组同电枢串联，另一组则同电枢并联复励 式电动机在空载运行的情况下与并励电动机相 似，加了负载后，串励绕组的磁场将随负载的 增加而加强，运行情况接近串励式电动机因 此它的机械特性比并励式软，较串励式硬复 励式直流电动机被一些大功率起动机所采用 •电磁操纵强制啮合式起动机的结构与原理 – 直流电动机 – 传动装置 • 它在发动机起动时，使单向离合器的驱动齿轮与发动机的飞轮 齿圈啮合，把直流电动机产生的电磁转矩传给曲轴； • 当发动机起动后，能够自行打滑，防止反转，保护起动机 – 控制机构 图4-7 电磁操纵强制啮合式起动机的组成 活动二 起动机的结构与原理 活动二 起动机的结构与原理 • 二、传动装置 •组成： – 由单向离合器、减速装置、传动拨叉 •作用： – 起动时，通过传动机构，起动机将电枢轴的电磁力矩传给发动机飞轮， 使发动机起动； – 起动后，发动机转速提高，传动机构自动退出与飞轮的啮合或打滑，保 护起动机电枢不致飞散 •单向离合器的类型： – 滚柱式、摩擦片式、弹簧式单向离合器 1.滚柱式单向离合器 • 柱式单向离合器是利用滚柱在两个零件之间的楔 形槽内的楔紧和放松作用，通过滚柱实现扭矩传递和打滑的 。

下图是滚柱式单向离合器的一种结构型式 图4-18 十字块滚柱式单向离合器 滚柱式单向离合器工作原理 • 起动时工作原理 • 起动后工作原理 • 发动机起动时: • 单向离合器在传动拨叉的作用下沿电枢轴花键 轴向移动，使驱动齿轮啮入飞轮齿圈，然后起动机通电， 电枢轴通过花键套筒带动十字块一同旋转，这时十字块转 速高，外壳转速低，滚柱在摩擦力作用下滚入楔形槽的窄 端而越楔越紧，很快使外壳与十字块同步运转于是电枢 承受的电磁力矩由花键套筒和十字块经过滚柱传给外壳和 驱动齿轮，带动飞轮转动，起动发动机 • 发动机起动后: • 曲轴转速升高，飞轮变成主动件，带动驱动齿轮和外壳 旋转，使外壳转速较高，十字块转速较低，滚柱在摩擦力作用下 滚入楔形槽的宽端而失去传递扭矩的作用，即打滑，这样发动机 的转矩就不能从驱动齿轮传给电枢，从而防止了电枢超速飞散的 危险 •优点： – 结构简单、加工方便，成本低； •缺点 – 在传递大转矩时滚柱易变形而卡死失效，使传递的转矩受到限制 2.摩擦片式单向离合器 • 摩擦片式单向离合器是利用分别与两个零件关 联的主动摩擦片和被动摩擦片之间的接触和分离，通过摩 擦片实现扭矩传递和打滑的。

图4-20 摩擦片式单向离合器结构 起动发动机时的工作过程 起动发动机后的工作过程 特点：摩擦片式单向离合器的扭矩是可调的，且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，表面摩擦系数会逐渐变小，传递的转 矩将会下降，因此需要经常调整，而且其结构复杂 3.弹簧式单向离合器 • 弹簧式单向离合器是利用与两个零件关联的扭力 弹簧的粗细变化，通过扭力弹簧实现扭矩传递和打滑的 特点 弹簧式单向离合器具有结构简单，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、黄河重型货车等采用 三、控制机构 •作用： – 控制驱动齿轮和飞轮的啮合与分离 •组成： – 由电磁开关、磁力线圈、活动铁心，固定铁心、复位弹簧等组成 – 通过操纵元件和回位弹簧，利用电磁开关，控制起动机主回路的接通和断开； – 利用拨叉，控制单向离合器，使驱动齿轮进入和退出与飞轮的啮合 1.控制原则 • 为了充分发挥起动机和蓄电池的性能，起动机控制 装置应遵循如下基本原则： • （1）“先啮合后接通”的原则。

即首先使驱动齿 轮进入啮合，然后使主开关接通，以免驱动齿轮在高速旋转 过程中进行啮合，引起打齿并且啮合困难 • （2）“高起动转速”原则即起动机控制装置应 尽量减少甚至不消耗蓄电池电能，以便使蓄电池的电能尽可 能多的用于起动电机，提高起动转速 • （3）切断主电路后，驱动齿轮能迅速脱离啮合 2.结构和原理 • 操纵元件及其工作方式的不同使起动机的控制装 置分为机械式和电磁式两种型式 • 机械式控制装置检修方便，并且机械操纵不消耗电 能，有利于提高起动转速；但是驾驶员劳动强度大、不宜远 距离操纵，故目前应用较少 • 电磁式控制装置操纵方便，工作可靠，并适合远距 离操纵，故目前被广泛应用 （1）机械式控制装置 •机械式控制装置的结构： 1、2-主接线柱；3-主接触盘；4、10-辅助接线柱； 5-辅助接触盘；6-外壳；7-推杆；8-拨叉；9-顶压螺钉 • 起动发动机时: • 驾驶员踩下起动踏板（或拉紧起动拉杆），通过杆 系推动拨叉，拨叉一方面推动单向离合器沿电枢轴移动，使 驱动齿轮与飞轮啮合，同时拨叉上的顶压螺钉9顶着推杆向左 移动，使两接触盘先后将辅助接线柱和主接线柱接通，辅助 接线柱被接通时，点火线圈的附加电阻被隔除，克服起动时 由于蓄电池端电压急剧下降对点火装置工作的影响，改善发 动机的起动性能；主接线柱（主开关）接通时，起动机通电 带动发动机运转。

• 发动机起动后: • 放松起动踏板或拉杆，在复位弹簧的作用下，拨 叉推动单向离合器回位，驱动齿轮退出啮合；同时，顶压 螺钉离开推杆，两接触盘在回位弹簧的推动下与主辅接线 柱脱开，主开关断开，起动机主电路被切断，起动机停止 运转，同时，点火线圈的附加电阻也串在点火系的电路中 （2）电磁式控制装置 •电磁式控制装置，俗称电磁开关. 图4-23 电磁开关的组成 1.组成： 由电磁铁机构和电动机开关两部 分组成 电磁铁机构由磁力线圈、活动铁 心和固定铁心组成； 电磁开关由主开关接触盘、触点 组成，如图4-23所示 •2、电磁开关的工作过程 •（1）起动机不工作时 • 驱动齿轮驱动齿轮 与飞轮齿飞轮齿 圈处处于脱开位置 ，电电磁开关中的接触盘盘与主触点分 开 •（2）当点火开关置于起动档时 • 蓄电电池经经起动动控制电电路向起动动机的 点火开关接通，其电电流回路为为： – 吸引线线圈回路：蓄电电池正极→电动电动 机开 关B接线线柱→点火开关→电电磁开关S接线线 柱→吸引线线圈→电动电动 机开关接线线柱N→ 电动电动 机磁场绕组场绕组 →电电枢绕组绕组 →负电负电 刷 →搭铁铁→蓄电电池负负极。

– 保持线线圈回路：蓄电电池正极→电动电动 机开 关B接线线柱→点火开关→电电磁开关S接线线 柱→保持线线圈→搭铁铁→蓄电电池负负极。