第二節(jié) 汽車起動機的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代汽車起動機由直流電動機、傳動機構(gòu)和電磁開關(guān)三部分構(gòu)成，圖2-2所示為普通電磁控制式起動機的結(jié)構(gòu)，其主體部分為串勵式直流電動機。

圖2-2 電磁控制式起動機的結(jié)構(gòu)

1—連接叉 2—回位彈簧 3—銜鐵 4—保持線圈 5—吸拉線圈 6—彈簧 7—接觸盤 8—接繼電器接線柱 9—接磁場繞組接線柱 10—連接片 11—主觸點（接蓄電池） 12—接點火線圈接線柱 13—磁場繞組引線 14—貫通螺栓 15—端蓋 16—銅套 17—搭鐵電刷 18—不搭鐵電刷 19—防塵箍 20—外殼 21—換向器 22—磁極 23—磁場繞組 24—電樞線圈 25—螺旋槽 26—撥叉 27—彈簧 28—單向離合器 29—起動機齒輪 30—定位螺母

一、直流電動機

直流電動機主要由殼體、磁極、電樞和電刷組件等構(gòu)成。

（1）殼體 其作用是安裝磁極和固定其他部件。磁極固定在殼體內(nèi)壁上，殼體上有一個接線端子與電磁開關(guān)上的主接線柱連接。

（2）磁極 其作用是產(chǎn)生磁場。磁極由鐵心和磁場繞組組成，鐵心由螺栓固定在殼體內(nèi)壁上，磁場繞組套裝在鐵心上。通常殼體上固定有兩對或三對磁極。磁場繞組通常與電樞繞組串聯(lián)，如圖2-3所示。

圖2-3 磁極繞組的連接

a）四磁極繞組串聯(lián) b）磁場繞組兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)

（3）電樞 電樞主要由電樞繞組、鐵心和換向器組成，電樞繞組嵌在鐵心的溝槽內(nèi)，每一根單匝電樞繞組的兩端各焊在換向器的一個換向片上，如圖2-4所示。

換向器的作用是把通入電刷的直流電流轉(zhuǎn)換為流經(jīng)電樞繞組中的交變電流，以使不同磁極下導(dǎo)體中流過的電流方向保持不變。

電樞鐵心用多片、內(nèi)外圓均帶槽、表面絕緣的硅鋼片疊成，通過內(nèi)圓花鍵槽固定在電樞軸上，外圓槽內(nèi)繞有電樞繞組；各繞組的端子與換向器銅片焊接，使各電樞繞組形成串聯(lián)，如圖2-5所示。換向器由銅片和云母片疊壓而成，壓裝于電樞軸的一端，云母片使銅片間、銅片與軸間絕緣。

（4）電刷組件 電刷組件的作用是把電流引入電動機，其主要由石墨電刷、電刷架和電刷彈簧構(gòu)成，如圖2-6所示。電刷用銅和石墨粉壓制而成，安裝在電刷架內(nèi)，靠彈簧壓力緊壓在換向器上。電刷的對數(shù)一般與定子磁極的對數(shù)相等。

圖2-4 電樞總成

1—換向器銅片 2—電樞繞組接線端 3—電樞鐵心 4—電樞繞組 5—電樞軸

圖2-5 電樞繞組連接方式

1—電樞繞組 2—換向器銅片

圖2-6 電刷與電刷架

1—電刷 2—盤形彈簧 3—柜式電刷架 4—換向器 5—起動機前端蓋

隨著永磁材料技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已開發(fā)了許多采用永磁材料作定子磁極的起動機。目前，永磁起動機還多數(shù)用在中小排量的轎車發(fā)動機上。

二、傳動裝置

傳動裝置有減速型和非減速型兩類。

1.非減速型傳動裝置

圖2-2所示的起動機采用的是非減速型傳動裝置。在電動機軸上切有螺旋槽25，與起動機齒輪單向離合器28的導(dǎo)向套筒旋合滑配。導(dǎo)向套筒外面套有撥叉26，通過彈簧27推動單向離合器28及起動機齒輪29實現(xiàn)嚙合。推力的來源是通電電磁鐵銜鐵的拉力，銜鐵拉動撥叉把起動機齒輪推向飛輪齒環(huán)的動作在先，電動機通電起動在后，在嚙入時螺旋槽使齒輪反向旋轉(zhuǎn)，單向離合器便不限制齒輪在受到撞擊時退讓，使之易于嚙入。發(fā)動機起動后，飛輪齒環(huán)反拖起動機齒輪高速旋轉(zhuǎn)，單向離合器使齒輪與軸脫開。被反拖而高速旋轉(zhuǎn)的起動機齒輪會以摩擦力帶轉(zhuǎn)導(dǎo)向套筒，沿著螺旋槽使起動齒輪退出嚙合。

2.減速型傳動裝置

減速型傳動裝置指直流電動機驅(qū)動齒輪通過減速機構(gòu)傳動動力，在起動時與飛輪齒環(huán)嚙合驅(qū)動發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)的傳動裝置。采用減速機構(gòu)后，即增大了速比，又使起動機易于接近飛輪齒環(huán)。電動機可采用高速、小型、低轉(zhuǎn)矩電動機，其質(zhì)量和體積比普通起動機可減小30%～35%，適用于飛輪直徑小的發(fā)動機。其結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。

圖2-7 具有減速型傳動裝置的起動機

1—后端蓋 2—外殼（磁場繞組鐵心的組成部分） 3—電刷架殼體 4—電磁開關(guān) 5—銜鐵 6—撥叉 7—單向離合器 8—傳動機構(gòu)外殼 9—傳動齒輪副 10—電刷及電刷彈簧 11—轉(zhuǎn)子（電樞）

3.單向離合器

單向離合器是起動機傳動裝置的重要部件，其作用是起動時將電樞的電磁轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動機飛輪。而在發(fā)動機起動后，立即打滑脫開。常用的單向離合器有滾柱式、摩擦片式、扭簧式和棘輪式等幾種形式。

（1）滾柱式單向離合器 滾柱式單向離合器有十字腔和十字塊兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖2-8所示。

圖2-8 滾柱式單向離合器

a）十字腔形式 b）十字塊形式 1—傳動套筒 2—移動襯套 3—緩沖彈簧 4—帶十字腔座圈 5—滾柱 6—帶柄驅(qū)動齒輪 7—罩殼 8—卡簧 9—彈簧及活柱 10—驅(qū)動齒輪 11—單向離合器外殼 12—十字塊 13—護蓋 14—彈簧座 15—墊圈

滾柱式單向離合器結(jié)構(gòu)形式不同，但工作原理相似，下面以十字塊式為例進行說明。單向離合器的外殼11與驅(qū)動齒輪10連為一體，外殼和十字塊12裝配后形成4個楔形槽，槽中有4個滾柱，滾柱的直徑大于槽窄端又小于槽寬端，彈簧及活柱將滾柱推向槽窄端，使得滾柱與十字塊及外殼表面有較小的摩擦力。十字塊與傳動套筒1剛性連接，傳動套筒安裝在電樞軸花鍵部位，使單向離合器總成可進行軸向移動并隨軸轉(zhuǎn)動。起動時，電樞軸通過花鍵帶動傳動套筒使十字塊相對于外殼作順時針轉(zhuǎn)動，滾柱在小摩擦力的作用下滾向槽窄端而被卡緊，外殼隨十字塊一起轉(zhuǎn)動，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩就通過單向離合器傳遞給了驅(qū)動齒輪（圖2-9a）；發(fā)動機起動后，發(fā)動機飛輪帶動驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，使外殼的轉(zhuǎn)速高于十字塊，十字塊相對于外殼的逆時針轉(zhuǎn)動使?jié)L柱滾向槽寬端而打滑（圖2-9b）。

圖2-9 滾柱式單向離合器工作原理

a）起動時傳遞電磁轉(zhuǎn)矩 b）起動后打滑 1—十字塊 2—彈簧及活柱 3—楔形槽 4—單向離合器外殼 5—驅(qū)動齒輪 6—飛輪 7—活柱 8—滾柱

（2）摩擦片式單向離合器 摩擦片式單向離合器也有兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖2-10所示。下面以外接合鼓驅(qū)動式為例進行說明。傳動套筒13安裝在電樞軸右螺旋花鍵部位，其外圓則通過三線螺旋花鍵與內(nèi)接合鼓11連接，當(dāng)內(nèi)接合鼓與傳動套筒之間有相對轉(zhuǎn)動時，內(nèi)接合鼓就會產(chǎn)生軸向移動；內(nèi)接合鼓外圓上有凹槽，與主動摩擦片10的內(nèi)突齒相配合；從動摩擦片有外突齒，插入外接合鼓16的槽中，外接合鼓與驅(qū)動齒輪3為一體；傳動套筒自左向右還裝有彈性墊圈5、壓環(huán)6和調(diào)整墊圈7，端部用限位螺母4軸向固定。起動時，起動機電樞帶動傳動套筒轉(zhuǎn)動，內(nèi)接合鼓的慣性作用力使其與傳動套筒之間產(chǎn)生相對的轉(zhuǎn)動而軸向左移，內(nèi)接合鼓的端面將主從動摩擦片壓緊。這時，電動機的電磁力矩就通過單向離合器傳遞給驅(qū)動齒輪。發(fā)動機起動后，發(fā)動機飛輪帶動驅(qū)動齒輪高速轉(zhuǎn)動，使內(nèi)結(jié)合鼓的轉(zhuǎn)速高于傳動套筒的轉(zhuǎn)速，內(nèi)接合鼓與傳動套筒之間產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動與起動時相反，使內(nèi)接合鼓軸向右移。這時，主、從動摩擦片間的壓緊力消失而打滑。

在起動時，如果因起動阻力矩過大，驅(qū)動齒輪不能帶動發(fā)動機飛輪轉(zhuǎn)動時，主從動摩擦片的壓力到達(dá)某一極限值后不再增加，傳遞的轉(zhuǎn)矩也就不再增大，從而避免了電動機因負(fù)載過大而被燒壞的危險。

（3）扭簧式單向離合器 扭簧式單向離合器的結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。傳動套筒8與起動機電樞以螺旋花鍵連接，驅(qū)動齒輪柄松套在傳動套筒上，月形圈4限制了驅(qū)動齒輪和傳動套筒之間的軸向相對移動，但不妨礙其相對轉(zhuǎn)動。扭力彈簧5包在驅(qū)動齒輪柄和傳動套筒的外圓表面，彈簧的兩端各有1/4圈部位內(nèi)徑較小，分別箍緊在驅(qū)動齒輪柄和傳動套筒上。

圖2-10 摩擦片式單向離合器

a）外接合鼓驅(qū)動式 b）齒輪柄驅(qū)動式 1—限位套 2—襯套 3—驅(qū)動齒輪 4—限位螺母 5—彈性墊圈 6—壓環(huán) 7—調(diào)整墊圈 8—從動摩擦片 9、15—卡環(huán) 10—主動摩擦片 11—內(nèi)接合鼓 12—緩沖彈簧 13—傳動套筒 14—移動襯套 16—外接合鼓 17—驅(qū)動齒輪柄 18—小彈簧 19—電樞軸

圖2-11 扭簧式單向離合器結(jié)構(gòu)

1—襯套 2—驅(qū)動齒輪 3—擋圈 4—月形圈 5—扭力彈簧 6—護套 7—墊圈 8—傳動套筒 9—緩沖彈簧 10—移動襯套 11—卡簧

起動時，扭力彈簧在其兩端摩擦力的作用下被扭緊，整個彈簧緊箍在驅(qū)動齒輪柄和傳動套筒上而傳遞轉(zhuǎn)矩。發(fā)動機起動后，由于驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)速高于電樞的轉(zhuǎn)速，扭力彈簧放松，驅(qū)動齒輪便在傳動套筒上滑轉(zhuǎn)。

三、控制裝置

起動機的控制裝置由電磁開關(guān)、起動繼電器和點火起動開關(guān)組成，其主要作用是協(xié)調(diào)起動機的嚙入動作和拖轉(zhuǎn)動作的時序。從起動機控制形式的不同，主要分為起動開關(guān)直接控制方式、起動繼電器控制方式兩類。

1.起動開關(guān)直接控制方式

起動開關(guān)直接控制的起動電路如圖2-12所示。起動開關(guān)（或點火開關(guān)）串聯(lián)在蓄電池正極與起動機電磁開關(guān)接線柱中，直接控制起動機電磁開關(guān)線圈的通斷。而起動機電磁開關(guān)中的吸引線圈與電動機串聯(lián)相接。

圖2-12 起動開關(guān)直接控制式起動機控制電路原理

1—驅(qū)動齒輪 2—回位彈簧 3—撥叉 4—活動鐵心 5—保持線圈 6—吸引線圈 7—電磁開關(guān)接線柱 8—起動開關(guān) 9—熔斷器 10—電流表 11—蓄電池 12—電動機 13—電動機接線柱 14—接觸盤 15—磁軛 16—電源接線柱

起動時，接通起動開關(guān)，電磁開關(guān)兩線圈通電，其電流通路為

此時，吸引線圈6與保持線圈5產(chǎn)生的磁力吸引活動鐵心4右移，帶動撥叉3轉(zhuǎn)動，將驅(qū)動齒輪1推向發(fā)動機飛輪；與此同時，接觸盤14被右移的鐵心頂向觸點，并在驅(qū)動齒輪與飛輪嚙合時將觸點接通。電動機12通電后，便產(chǎn)生正常的電磁轉(zhuǎn)矩，通過傳動機構(gòu)帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)動。觸點接通時，吸引線圈6被接觸盤14短路，由保持線圈5所產(chǎn)生的磁力保持鐵心在移動后位置。

發(fā)動機起動后，在斷開起動開關(guān)的瞬間，接觸盤14還未退回，此時電流通路為

蓄電池正極→電源接線柱16→接觸盤14→電動機接線柱13→吸引線圈6→保持線圈5→搭鐵→蓄電池負(fù)極。

吸引線圈6產(chǎn)生了與保持線圈5相反的磁力，兩線圈的磁力相互抵消，活動鐵心4便在回位彈簧力的作用下回位，驅(qū)動齒輪1和接觸盤14退回，電動機12斷電，起動機停止工作。

2.起動繼電器控制方式

起動繼電器控制的起動電路如圖2-13所示。控制電路中增設(shè)了起動繼電器，其觸點為常開，串聯(lián)在起動機電磁開關(guān)電源電路中。繼電器線圈電路由點火開關(guān)控制其通斷。線圈通電時，觸點閉合，接通起動機電磁開關(guān)電路。

起動時，將點火開關(guān)轉(zhuǎn)動至起動檔，起動繼電器線圈通電，其電流通路為

蓄電池正極→蓄電池接線柱13→電流表→點火開關(guān)14（起動觸點）→起動繼電器SW接線柱→起動繼電器線圈→搭鐵→蓄電池負(fù)極。

當(dāng)起動繼電器線圈有電流流過后，所產(chǎn)生的電磁力將觸點吸合，接通起動機電磁開關(guān)電路，起動機便開始工作。

松開點火開關(guān)，點火開關(guān)回至點火檔，起動繼電器線圈斷電，起動繼電器觸點斷開，起動機電磁開關(guān)斷電，起動機停止工作。

該控制電路中，電磁開關(guān)電流（35～45A）由起動繼電器觸點控制，起動開關(guān)（或點火開關(guān)起動檔）只是控制較小的繼電器線圈電流，因此點火開關(guān)不容易燒蝕。

圖2-13 起動繼電器控制電路原理

1—起動繼電器 2—點火線圈 3—電磁開關(guān)接線柱 4—吸引線圈 5—保持線圈 6—活動鐵心 7—撥叉 8—接觸盤推桿 9—接觸盤 10—電樞 11—磁場繞組 12—電動機接線柱 13—蓄電池接線柱 14—點火開關(guān) 15—蓄電池