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起动系统介绍前言起动机为发动机提高初期运转的动力，因此它的性能好坏直接影响到发动机是否顺利起动。本课程设计目的在于对起动机结构及工作原理进行系统性学习。对该课程的学习能够全面了解发动机的起动过程，对于判断起动机的故障机理有很大帮助。本课程可供电机初学者使用。目录发动机起动过程1起动机结构及原理2起动机与发动机的匹配3一、发动机起动过程一、发动机起动过程一般说，柴油机的着火条件是压缩终了的空气压力达到3MPa（30个大气压力），温度达到200℃。如果达不到上述数值，则发动机曲轴只能被起动机带着旋转。随着循环次数增加，压缩终了的空气温度逐渐提高。一旦某缸上述数值，便压燃喷入的柴油，出现第一次着火。出现第一次着火后，产生的废气（正常运转时温度为400-700℃）将加热气缸盖、活塞等；残存的高温废气进一步加热进气，从而缸内空气温度升高，进而产生断续着火。断续着火出现一段时间，发动机转速增加，气缸内空气温度和压力增加到柴油机的着火温度时，各缸按照柴油机的点火顺序依次工作（1-5-3-6-2-4），发动机进入连续着火。二、低温起动困难原因一般说，在低温条件下影响压缩终了空气温度的原因有以下四个方面：1、在低温（0--40℃）条件下进气的温度比常温（20℃）低20-60℃，这是最主要原因。2、低温条件下，起动转速明显下降。因此在压缩过程中压缩空气向气缸盖、气门、活塞、气缸散热的时间长，加上机体与压缩空气见的温差大，散失的热量大，使压缩终了的空气温度与压力下降。3、由于起动转速下降，压缩空气泄露的时间长，泄露量明显增加，导致压缩终了的空气温度与压力下降。4、在低温条件下，柴油粘度增加，表面张力增大及起动转速低，导致喷油压力低，均会使柴油的雾化质量变差，延长了着火滞后期，使柴油机起动困难。三、柴油机起动性能柴油机起动特性蓝色曲线表示发动机在各温度点的最低起动转速，红色曲线表示起动系统能带动发动机旋转的转速。前者反映发动机的性能，后者反映起动输出系统的性能。两条曲线的交汇点对应的温度-17℃就是该发动机配该起动系统后能起动的最低温度。一、提高发动机的起动转速二、降低发动机能起动的最低起动转速要想使发动机能在较低温度下起动，可以采取以下两种技术途径：使用低温机油使用低温蓄电池使用低温防冻液使用大功率起动机及电源进气预热装置机油预热装置冷却液预热装置二、起动机结构及原理一、起动机结构分析起动机内部结构起动机传动机构电磁开关直流电动机磁极电枢换向器电刷机壳及端盖拨叉单向离合器驱动齿轮吸引线圈保持线圈固定铁心活动铁心起动开关接触盘注意：拨叉固定在电磁开关活动铁心上。直流电动机直流电动机组成及结构磁极组成及结构电枢组成及结构磁极励磁绕组磁极机壳励磁绕组铁心用硅钢片叠加而成，并用螺钉固定在机壳内壁上。励磁绕组通直流电压，其周围产生磁场并使磁极铁心磁化，成为具有一定极性的磁极。电枢电枢电枢轴铁心由外圆带槽的硅钢片叠成，压装在电枢轴上。电枢绕组位于铁心外槽内，用粗大的矩形截面裸铜线绕制而成。绕组与铁心之间、匝间用绝缘纸隔开。换向器将电流引入电枢，配合电刷，保证电枢中电流方向固定，始终产生定向转矩。磁极是定子，用来产生电动机旋转所必需的磁场，车用起动机通常采用4个磁极，少数大功率起动机采用6个磁极。电枢是转子，在起动机通电时，与磁场相互作用产生电磁转矩。换向器将电流引入电枢使之产生定向转矩；换向器配合电刷使处于同一磁极下的电枢导体中流过的电流保持固定方向，使电枢轴沿同一方向转动。90°电刷与换向器接触；电流方向：a→b；电枢顺时针转动；电刷与换向器分离；无电流流过；电枢惯性转动；电刷与换向器分离；无电流流过；电枢惯性转动；电刷与换向器接触；电流方向：b→a；电枢顺时针转动；90°90°90°传动机构传动机构主要由拨叉、单向离合器和驱动齿轮组成。驱动齿轮拨叉、单向离合器1）发动机起动时，驱动齿轮与飞轮齿圈啮合；2）发动机起动后，驱动齿轮与飞轮齿圈脱离啮合，防止超速。强制啮合式传动机构动作过程示意图接通起动开关，驱动齿轮靠拨叉的作用沿电枢轴移出与飞轮齿圈啮合，使发动机起动；发动机起动后，切断起动开关，拨叉在复位弹簧的作用下带动单向离合器，离合器将驱动齿轮与电枢轴脱开，脱离与飞轮的啮合。驱动齿轮离合器拨叉活动铁心电磁开关直流电动机滚柱式单向离合器结构单向离合器滚柱式摩擦片式弹簧式棘轮式单向离合器安装在驱动齿轮与电枢轴之间。起动时，它将驱动齿轮与电枢轴连成一体，把电磁转矩传递给曲轴，发动机起动；起动后，它将驱动齿轮与电枢轴脱开，起动超速保护作用。控制机构电磁开关安装在起动机的上部，由吸引线圈7、保持线圈8、固定铁心9、活动铁心10、起动开关接触盘6、拨叉11等组成。电磁啮合式起动机靠电磁开关的作用控制起动机主电路的通断和拨叉的动作，使驱动齿轮移出和退回。起动继电器M保位线圈吸拉线圈50i30RLine30ST开关StarterMotor电瓶B+RBATRLine50继电器ST开关闭合，继电器线圈通电，主触点闭合，接通电磁开关线圈控制回路。继电器设置的目的：防止大电流流过ST开关。起动机线路连接示意图起动过程分析：为了便于分析起动机内部的控制电路原理，起动过程可分为三个步骤：继电器接通瞬间电流走向ST开关接通，电流从起动机的2端口分别从电磁开关吸引绕组L1和保持绕组L2流过，分别产生主磁场和副磁场。主副磁场矢量叠加使继电器铁芯产生吸合力F。电磁开关接通瞬间闭合时继电器闭合时电流走向电磁开关电磁开关主触点闭合，同时活动铁心带动拨杆使起动机驱动齿轮和发动机飞轮相啮合；电流I3从起动机1端口通过电磁开关主触点向电机励磁绕组供电，实现电机全电压运转，为发动机提供足够的起动力矩。此时电磁开关只有保持线圈继续流过电流，从而使继电器保持闭合。断开时继电器断开时电流走向ST开关断开，起动机2端口断电，电流I4经电磁开关主触点向电磁开关线圈供电，此时因L1、L2串联，电流减小产生的磁通小，使电磁开关的吸合力F小于弹簧压力，使主触点断开，同时活动铁心带动拨杆动作使起动机齿轮和发动机飞轮相脱离，使电机断电停止运行。电磁开关四、起动机与发动机的匹配产品代号代号QD—起动机QDJ—减速起动机QDY—永磁起动机电压等级1—12V2—24V6—6V产品种类区别：两种用途用起动机的主要区别在于开关、行星减速齿轮结构不同。工程机械用起动机工程机械用起动机直驱式车用起动机软啮合减速起动机与发动机的匹配1、起动机功率选择为了保证发动机起动成功，起动机的起动转矩M必须大于发动机的阻力矩。发动机阻力矩摩擦阻力矩活塞与气缸壁，以及轴承中的摩擦阻力。在温度为0～5℃时，约占全部阻力矩的60%；而在-20～10℃时，占全部阻力矩的80%-90%。压缩阻力矩活塞受到压缩气体的阻力而形成的阻力矩，它取决于发动机的功率、排量和压缩比。惯性阻力矩取决于曲轴、连杆、活塞、以及与曲轴相联系的各种辅助机构，在加速过程中的惯性力，及其所形成的阻力矩。发动机起动所必需的转矩可粗略地用下式求得：M=CL式中：M——起动转矩N.m；L——发动机排量L；C——比例系数，0℃时柴油机取70～75。发动机转速必须大于发动机能够着火并自行运转的最低曲轴转速。一般柴油机为100～150r/min。发动机的起动功率：P=M.n/9550（kW）工程计算一般取η=0.85-0.95，P=P/η。′2、传动比选择传动比为起动机驱动齿轮与发动机飞轮齿圈转速的比值。一般以最大功率点附近的起动机转速为依据设计起动系统的传动比，并使拖动发动机的转速不低于发动机能够起动成功的转速。根据起动机工作特性可知，起动机最大功率点一般在二分之一最大电流处（制动电流）。通常柴油发动机传动比为8-10。3、齿轮要素起动齿轮的硬度是齿轮的重要参数，它影响到驱动齿轮和飞轮齿圈的耐磨性。采用合金结构钢制造时，经渗碳淬火后其表面硬度应55-61HRC，渗碳深度为0.7-1.2mm；采用40#钢时，经高频淬火后其表面硬度应40-48HRC，淬硬层厚度应1-2mm。宣讲完毕，请指正！