汽车底盘机械系统检修PPT第四章.ppt
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1、汽车电气系统检修汽车电气系统检修IndustryIndustry项目四起动系统的检修起动系统的检修Industry一、项目情境引入一、项目情境引入一辆一汽威驰轿车,行驶1.5105km,接通点火开关起动挡时,只听见起动机缓慢地运转及飞轮处有“咔咔”声,而发动机不能正常起动。经检修,起动机单向离合器齿端面磨损严重,造成发动机无法起动。此事例让我们有必要对汽车起动系统与起动机常见故障进行学习。汽车发动机一般为内燃机。起动机向内燃机曲轴供给起动转矩,使内燃机进入自行运转状态。汽油机最低起动转速为5070r/min。Industry二、项目相关知识二、项目相关知识(一)起动系统概述(一)起动系统概述汽
2、车发动机不能自己起动,它必须靠外力带动曲轴来帮助起动,即依靠外力拖动,使发动机依靠自身运转的惯性而进入连续不断的吸气、压缩、燃烧、排气运行循环时,发动机才能视为完全起动。起动机的作用是将蓄电池的电能转变为机械能,驱动发动机使其起动。发动机起动之后,起动机便立即停止工作。发动机常用的起动方式有人力起动、辅助汽油机起动和电力起动机起动。目前大多数运输车辆都已采用电力起动机起动。电力起动机起动方式是由直流电动机通过传动机构将发动机起动,电力起动机是采用装有电磁开关的电动机作为起动动力的。电力起动机具有操作简单、体积小、重量轻、安全可靠、起动迅速并可重复起动等优点,一般将这种电力起动机简称为起动机。起
3、动机安装在汽车发动机飞轮壳前端的座孔上并用螺栓紧固。Industry1起动系统的组成起动系统的组成起动系统由蓄电池、起动机和起动控制电路等组成,如图4-1所示,起动控制电路包括起动按钮或点火开关、起动继电器等。起动机在点火开关或起动按钮的控制下,将蓄电池的电能转化为机械能,通过飞轮齿环带动发动机曲轴转动。为增大转矩,便于起动,起动机与曲轴的传动比要求:汽油机一般为1317,柴油机一般为810。Industry2起动机的分类起动机的分类(1)按磁场产生的方式分类。励磁式起动机。磁场是由励磁线圈产生的,它常用于起动大中型发动机。永磁式起动机。永磁式起动机以永磁材料(铁氧体或铁硼)为磁极。由于电动机
4、中无磁极绕组,故可使起动机结构简化,体积和质量都可相应减小。它常用于起动中小型发动机。Industry图4-1起动系统的总成Industry(2)按操纵机构分类。直接操纵式起动机。直接操纵式起动机是由脚踏或手拉杠杆联动机构直接控制起动机的主电路开关来接通或切断主电路,也称为机械式起动机。这种方式虽然结构简单、工作可靠,但由于要求起动机、蓄电池靠近驾驶室,故受安装布局的限制,且操作不便,已很少采用。电磁操纵式起动机。电磁操纵式起动机是由起动按钮或点火开关控制继电器,再由继电器控制起动机的主开关来接通或切断主电路,也称为电磁控制式起动机。这种方式可实现远距离控制,操作方便,目前在汽车上广泛采用。I
5、ndustry(3)按传动机构的啮合方式分类。惯性啮合式起动机。起动机旋转时,其啮合小齿轮靠惯性力自动啮入飞轮齿环。起动后,小齿轮又借惯性力自动与飞轮齿环脱离。这种啮合机构结构简单,但不能传递较大的转矩,且可靠性较差,已很少采用。强制啮合式起动机。强制啮合式起动机是靠人力或电磁力拉动杠杆强制小齿轮啮入飞轮齿环的。这种啮合机构结构简单、动作可靠、操作方便,至今仍被采用。电枢移动式起动机。电枢移动式起动机是靠起动机磁极磁通的吸力,使电枢沿轴向移动而使小齿轮啮入飞轮齿环的,起动后再由回位弹簧使电枢回位,让驱动齿轮退出飞轮齿环。这种啮合机构多用于大功率的柴油汽车上。齿轮移动式起动机。齿轮移动式起动机是
6、电磁开关推动安装在电枢轴孔内的啮合杆,而使小齿轮啮入飞轮齿环的。减速式起动机。减速式起动机也是靠电磁吸力推动单向离合器使小齿轮啮入飞轮齿环的。它的优点是提高了起动机的起动转矩,有利于发动机的起动;电枢轴较短,不易弯曲;减速齿轮的结构简单、效率高,保证了良好的机械性能,同时拆装修理方便。Industry(二)起动机的构造与型号(二)起动机的构造与型号1起动机的构造起动机的构造起动机由串励直流电动机、传动机构和操纵机构3部分组成,如图4-2所示。(1)串励直流电动机。电动机的作用是将蓄电池输入的电能转换为机械能,产生电磁转矩。(2)传动机构。传动机构又称起动机离合器或啮合器。传动机构的作用是在发动
7、机起动时使起动机轴上的小齿轮啮入飞轮齿环,将起动机的转矩传递给发动机曲轴;在发动机起动后又能使起动机小齿轮与飞轮齿环自动脱开。(3)操纵机构。操纵机构的作用是接通和断开电动机与蓄电池之间的电路。Industry图4-2起动机的组成Industry起动机的整体结构如图4-3所示。图4-3起动机的结构1回位弹簧;2保持线圈;3吸拉线圈;4电磁开关壳体;5触点;6接线柱;7接触盘;8后端盖;9电刷弹簧;10换向器;11电刷;12磁极;13磁极铁心;14电枢;15励磁绕组;16移动衬套;17缓冲弹簧;18单向离合器;19电枢轴花键;20驱动齿轮;21罩盖;22制动盘;23传动套筒;24拨叉Indust
8、ry2起动机的型号起动机的型号根据中华人民共和国行业标准汽车电气设备产品型号编制方法(QC/T7393)规定,起动机的型号如下:其中,1为产品代号。起动机的产品代号QD、QDJ、QDY分别表示起动机、减速起动机及永磁起动机。2为电压等级代号。1为12V,2为24V。3为功率等级代号。其含义如表4-1所示。4为设计序号。5为变形代号。例如,QD124表示额定电压为12V、功率为12kW、第4次设计的起动机。例如,QD1225表示额定电压为12V、功率为12kW、第25次设计的起动机。Industry表4-1功率等级代号的意义功率等级代号123456789功率/kW1122334455667788
9、9Industry(三)直流电动机(三)直流电动机根据磁场绕组和电枢绕组连接方式的不同,直流电动机可分为并励、串励和复励3种形式。为了获得较大的起动转矩,一般均采用串励直流电动机,串励是指电枢绕组与磁场绕组串联。由于串励直流电动机工作电流大、转矩大、工作时间短(一般为510s),因此,要求零件的机械强度高,电路电阻小。1串励直流电动机的构造串励直流电动机的构造串励直流电动机主要由电枢(转子)、磁极(定子)、电刷与电刷架、机壳、端盖等部件构成。(1)电枢。电枢是电动机的转子部分,其作用是产生电枢转矩,包括电枢轴、换向器、铁心和电枢绕组,如图4-4所示。为了获得足够的转矩,通过电枢绕组的电流一般为
10、200600A,因此,电枢绕组用很粗的矩形截面的铜线采用波绕法绕制而成。Industry图4-4电枢Industry(2)磁极。磁极的作用是产生磁场,分为励磁式和永磁式两类。为加强磁场增大转矩,汽车起动机通常采用4个磁极,每个磁极上套装磁场绕组,经通电励磁后使N、S极相间排列,并利用机壳形成磁路,大功率(功率超过7.35kW)起动机也有采用6个磁极的。如图4-5所示,低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分。图4-5定子与转子铁心形成的磁力线回路Industry励磁式磁极。励磁绕组的内部电路连接方法:励磁绕组一端接在外壳的绝缘接线柱上,另一端与两个非搭铁电刷相连后再与电枢绕组串联连接。4个磁极的磁场绕
11、组的连接有两种形式:一种是将4个绕组相互串联,如图4-6(a)所示。另一种是先将两个绕组分别串联后,再并联为两路,如图4-6(b)所示,这样可以在绕组铜条截面尺寸相同的情况下增大起动电流,从而增大转矩,如图4-6所示。如图4-7所示,励磁绕组一端接在外壳的绝缘接线柱上,另一端与2个非搭铁电刷相连,当起动开关接通时,起动机的电路为:蓄电池正极接线柱1励磁绕组4非搭铁电刷6电枢绕组搭铁电刷5搭铁蓄电池负极。Industry图4-6励磁绕组的接法Industry图4-7 起动机的接线图1接线柱;2起动开关;3蓄电池;4励磁绕组;5搭铁电刷;6非搭铁电刷;7换向器Industry永磁式磁极。永磁式磁极
12、采用永久磁铁,可节省材料,而且能使电动机磁极的径向尺寸减小,条形永久磁铁可用冷粘接法粘在机壳内壁上或用片弹簧均匀地固装在起动机机壳的内表面上。由于结构尺寸及永磁材料性能的限制,永磁起动机的功率一般不大于2kW。(3)电刷与电刷架。电刷架一般为框式结构,其中正极刷架与端盖绝缘地固装,负极刷架直接搭铁。电刷与刷架的组合如图4-8所示。以4磁极电动机为例,其2个电刷与机壳绝缘,电流通过这2个电刷进入电枢绕组,另外2个为搭铁电刷,通过电枢绕组的电流使这2个电刷搭铁。(4)机壳。起动机机壳的一端有4个检查窗口,中部只有一个电流输入接线柱,并在内部与励磁绕组的一端相连。端盖分前、后2个,前端盖由钢板压制而
13、成,后端盖由灰口铸铁浇制而成,呈缺口杯状。(5)端盖。端盖有前、后之分。前端盖一般用钢板压制而成,其上装有4个电刷架,后端盖为灰铸铁浇铸而成。它们分别装在机壳的两端,靠两根长螺栓与起动机机壳紧固在一起。Industry图4-8电刷与刷架的组合1框式刷架;2盘形弹簧;3电刷;4前端盖;5换向器Industry2串励直流电动机的工作原理串励直流电动机的工作原理(1)电磁转矩的产生。串励直流电动机是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用的原理制成的。其工作原理如图4-9所示。根据安培定律,可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量及电枢电流Is之间的关系:M=CmIs式中,Cm电动机的结
14、构常数,它与电动机磁极对数P、电枢绕组导线总根数Z及电枢绕组电路的支路对数a有关,即Cm=PZ/2a。图4-9串励直流电动机的工作原理Industry(2)串励直流电动机转矩自动调节原理。根据上述原理分析,电枢在电磁力矩M作用下产生转动,由于绕组在转动同时切割磁力线而产生感应电动势,并根据右手规则判定其方向与电枢电流Is的方向相反,故称反电动势Ef。反电动势Ef与磁极的磁通量和电枢的转速n成正比,即Ef=Cen式中,Ce电机的结构常数。由此可推出电枢回路的电压平衡方程式,即U=Ef+IsRs式中,Rs电枢回路电阻,它包括电枢绕组的电阻和电刷与换向器的接触电阻。当负载变化时,电动机能通过转速、电
15、流和转矩的自动变化来满足负载的需要,使之能在新的转速下稳定工作。因此,直流电动机具有自动调节转矩功能。12345Industry3起动机的工作特性起动机的工作特性(1)直流电动机工作时的特点。电动机中电流越大,电动机产生的转矩越大。电动机的转速越高,电枢线圈中产生的反电动势就越大,电流也随之下降。起动机在初始起动期间和起动期间各项指标的比较如表4-2所示。Industry表4-2起动机在初始起动期间和起动期间各项指标阶段项目初始起动期间正常起动期间电动机速度较低较高电动机电流较大较小电动机产生的转矩较大较小电枢中的反向电动势较小较大Industry(2)功率特性。串励直流电动机的力矩M、转速n
16、和功率P随电枢电流变化的规律,称为串励直流电动机的特性。起动机特性曲线如图4-10所示。其中,曲线M、n和P分别代表力矩特性、转速特性和功率特性。结合表4-2和图4-10所示可知,在起动机起动的瞬间,电枢转速为零,电枢电流达到最大值,电动机产生的转矩也相应达到最大值,使发动机的起动变得很容易。这就是汽车起动机采用串励式电动机的主要原因。Industry图4-10起动机特性曲线Industry串励直流电动机在输出力矩大时,电枢电流也大,电动机转速随电流的增加而急剧下降;反之,在输出力矩较小时,电动机转速又随电枢电流的减小而很快上升。串励直流电动机具有轻载转速高、重载转速低的特性,对保证起动的安全
17、性和可靠性是非常有利的,这也是汽车上采用串励直流电动机的一个重要原因。串励直流电动机的功率P可用下式表示:P=Mn/9550式中:M电枢轴上的力矩,Nm;n电枢转速,r/min。电动机完全制动时,转速和输出功率为零,力矩达到最大值。空载时电流最小,转速最大,输出功率也为零。当电枢电流接近制动电流一半时,电动机输出功率最大。在实际使用中,影响起动机功率的因素较多,故必须对起动机进行正确保养。影响因素主要有以下3点。接触电阻和导线电阻的影响。蓄电池容量的影响。温度的影响。Industry(四)起动机基本参数的选择(四)起动机基本参数的选择1起动机功率的选择起动机功率的选择为了使发动机能迅速、可靠地
18、起动,起动机必须具有足够的功率。如果起动机功率不够,就会使重复起动的次数增多,起动时间延长,这不仅对蓄电池不利,并且对燃料的消耗、零件的磨损以及车辆的工作都是极其不利的。起动发动机所必须的功率,决定于发动机的最低起动转速和发动机的起动阻力矩,并可按下式计算。P=式中,P起动机功率,kW;MQ发动机的起动阻力矩,Nm;NQ最低起动转速,r/min。发动机的起动阻力矩是指在最低转速时发动机的阻力矩。发动机的阻力矩包括摩擦阻力矩、压缩损失力矩和驱动发动机辅助机构的阻力矩。摩擦阻力矩主要由活塞与气缸壁的摩擦以及曲轴轴承的摩擦所决定,另外还取决于润滑油的黏度;压缩损失力矩主要取决于气缸的容积和压缩比的大
19、小,气缸容积和压缩比越大,则压缩损失力矩越大;驱动发动机辅助机构的阻力矩包括驱动发电机分电器、汽油泵、机油泵和水泵等的阻力矩。因此,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、温度等。Industry柴油机的起动阻力矩比汽油机几乎大一倍,这是因为柴油机的压缩比高且驱动燃油泵等辅助机构的功率也较大。各型发动机的阻力矩应由试验方法确定。温度为0时,发动机的阻力矩(Nm)可用下列经验公式求得。M=C0V式中,V发动机的工作容积,L;C0系数,不同发动机的系数,可参如表4-3所示。因此,起动发动机所必须的功率(kW)计算如下:对于汽油机:P=(0.180.22)V对于柴油机:P=(0.
20、741.1)VIndustry表4-3不同发动机的系数C0发动机类型压缩比缸数468汽油机533.53.873.544.2柴油机1577.27.4Industry发动机的最低起动转速是指保证发动机可靠起动的曲轴最低转速。对于汽油机来说,要使它可靠起动,需要下面3个条件。(1)气缸中吸入可能着火的混合气。(2)压缩形成终了时,混合气要具有一定的温度和压力,使第1次爆发后发动机能继续工作。(3)点火装置能发出可靠的火花。Industry2传动比的选择传动比的选择起动机与发动机之间的传动比,应能保证发动机可靠起动,同时能使起动机达到最大功率。如果选择不当,则起动机的功率不能充分利用,发动机仍会起动困
21、难。因此,必须正确选择传动比,以使起动机在发动机最低起动转速时能发出其本身的最大功率。选择传动比时,起动机工作在最大功率则最为有利,即最佳传动比是与起动机的最大功率相对应的。在实际工作中,传动比选得往往比最佳值稍小,这时虽然起动机的工作电流有所增大,功率减小了一些,但起动机的转矩却增大较多,对起动机非常有利。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。通常起动机驱动齿轮为913齿(个别情况有57齿的)。在汽油机中,起动机与曲轴的传动比一般为1317;柴油机因其起动转速较高,传动比较小,一般为810。Industry3蓄电池容量的确定蓄电池容量的确定起动机的功率P确定后,可按下面经验公
22、式确定蓄电池的容量C,即C=(600800)式中,C蓄电池额定容量Ah;P起动机额定功率,kW;U起动机额定电压,V。对于大功率的起动机(7.5kW以上),蓄电池的容量可以选择比计算值小些。Industry(五)起动机的传动机构与操纵机构(五)起动机的传动机构与操纵机构1起动机的传动机构起动机的传动机构一般起动机的传动机构是指包括驱动齿轮的单向离合器和拨叉。起动机不工作时,驱动齿轮和飞轮齿环脱离啮合,如图4-11(a)所示。发动机起动时,按下按钮或起动开关,线圈通电产生电磁力将铁心吸入,带动拨叉推出离合器,使驱动齿轮啮入飞轮齿环,如图4-11(b)和图4-11(c)所示。发动机起动后,只要松开
23、按钮或开关,线圈即断电,电磁力消失,在回位弹簧的作用下,铁心退出,拨叉返回,拨叉头将打滑工况下的离合器拨回,驱动齿轮脱离飞轮齿环。Industry图4-11起动机传动机构的工作过程Industry常见起动机单向离合器(超越离合器)的结构主要有滚柱式、摩擦片式和弹簧式3种。(1)滚柱式离合器。滚柱式离合器的构造如图4-12所示。图4-12滚柱式离合器的构造1驱动齿轮;2外壳;3十字块;4滚柱;5弹簧;6垫圈;7护盖;8花键套筒;9弹簧座;10啮合弹簧;11拨环;12卡簧Industry滚柱式离合器的工作原理如图4-13所示。滚柱式离合器具有结构简单、坚固耐用、体积小、重量轻、工作可靠等优点,因此
24、,得到广泛采用。其不足是不能用到大功率起动机上。图4-13滚柱式离合器的工作原理Industry(2)摩擦片式离合器。摩擦片式离合器的驱动齿轮与外接合鼓做成一个整体,如图4-14所示。图4-14 摩擦片式离合器1外接合鼓;2弹性圈;3压环;4主动片;5被动片;6内接合鼓;7小弹簧;8减震弹簧;9齿轮柄;10驱动齿轮;11飞轮Industry(3)弹簧式离合器。弹簧式离合器的传动套筒套装在电枢轴的花键上,如图4-15所示。弹簧式离合器具有结构简单、制造工艺简单、成本低等优点,但由于扭力弹簧所需圈数较多,使其轴向尺寸增大。图4-15 弹簧式离合器1衬套;2驱动齿轮套筒;3挡圈;4月形圈;5扭力弹簧
25、;6护套;7垫圈;8传动套筒;9缓冲弹簧;10移动衬套;11卡簧Industry2起动机的操纵机构起动机的操纵机构起动机的电磁开关与电磁式拨叉合装在一起,利用挡铁控制。它分为直接控制式电磁开关和带起动继电器控制式电磁开关。电磁开关的结构如图4-16所示。图4-16电磁开关的结构Industry(1)直接控制式电磁开关。在一些起动机功率小于1.2kW的轿车电路中,由点火开关直接控制起动机的吸拉线圈、保持线圈的电流,如图4-17所示。操纵机构的工作过程如下。起动机不工作时,驱动齿轮处于与飞轮齿轮脱开啮合位置,电磁开关中的接触片与各接触点分开,如图4-17所示。将起动开关接通时,分为下面3个阶段。第
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