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第三章 起动机 了解起动机的起动性能 了解起动机的工作原理和特性 掌握起动机的组成和结构 掌握几种单向离合器的构造和工作过程
掌握电磁控制装置的构造及工作原理 掌握装用交流发电机的驱动保护电路 掌握几种减速起动机的特点及减速装置 通过对起动机的工作原理、特性、结构组成及控制装置的工作过程的了解能够对起动系的一些典型的故障进行检测并排除
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第三章 起动机 定义：通常把汽车发动机曲轴在外力作用下，从开始转动到怠速运转的全过程称为发动机的启动。
发动机常用起动方式有：人力启动、辅助汽油机启动和电力启动。 起动机由起动机、启动继电器、点火开关和电源组成，其主要功用是起动发动机。
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第一节 起动机的构造和型号 起动机由直流串励式电动机、传动装置和控制机构组成，其主要功用是起动发动机。
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起动机组成
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起动机的型号 根据中华人民共和国行业标准QC/T73-1993汽车电气设备产品型号编制方法规定，起动机的型号如下： 变型代号 设计序号
功率等级 电压等级 QD 产品代号：Q表示：“起”，D表示“动”
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起动机的型号 1.产品代号 起动机的产品代号：QD表示起动机；QDJ表示减速起动机；QDY表示永磁型起动机（包括永磁减速型起动机）。
2.电压等级代号 1表示12V；2表示24V。
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起动机的型号 3.功率等级代号 功率等级代号含义见表 4.设计序号 5.变型代号 功率等级代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
功率（KW） <1 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7 7~8 >8
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第二节 直流串励式电动机 汽车用起动机的直流电动机的励磁：串励式和复励式两种。 1.作用：产生转矩。 2.要求：零件的机械强度高电路电阻小。
3.组成
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直流串励式电动机的组成 电枢（包括电枢绕组、换向器和电枢轴） 磁极 电刷及电刷架 机壳 端盖
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电枢
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磁场 由磁极、磁场绕组和机壳组成。 磁场与磁路见图3-10。
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磁场 磁场绕组的连接型式见图3-11。
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二、发动机的起动性能 发动机可靠启动条件： 1）气缸吸入可能着火的混合气 2）压缩终了混合气达到一定温度和压力
3） 点火装置发出足够能量的火花 发动机的起动性能评价指标有：起动转矩、最低起动转速、起动功率、起动极限温度。
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1、起动转矩 起动机要有足够大的转矩来克服发动机初始转动时的各种阻力。 起动阻力包括：摩擦阻力、压缩阻力、惯性阻力。
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2、最低起动转速 1.在一定温度下，发动机能够起动的最低曲轴转速。汽油机约为50-70r/min。柴油机约为100-200r/min以上
2.起动机传给发动机的转速要大于发动机的最低起动转速，若低于这个转速，汽油泵供油不足，气流速度过低，可燃混合气形成不充分，还会使压缩行程的散热损失和漏气损失增加，导致发动机不能起动。
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3、起动功率 P＝Mn/9550(KW) 起动机所具有的功率应和发动机起动所必需的起动功率相匹配 而蓄电池的容量与起动机的容量成正比
功率的大小取决于发动机最低启动转速和启动阻力矩 P＝Mn/9550(KW)
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4、起动极限温度 当环境温度低于起动极限温度时，应采取起动辅助措施：加大蓄电池容量、进气加热、电喷车低温补偿。
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三、直流电动机的工作原理 1.功用 直流电动机时将电能转变为机械能的设备。 2.原理 载流导体在磁场中受到电磁力作用会发生运动。
工作原理图见图3-1。
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直流电动机的电磁转矩 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
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四、直流电动机转矩自动调节特性
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四、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： 通电的线圈在磁场中受力而转动，运动的线圈切割磁力线产生电动势，电动势的方向和线圈电流方向相反，电动势的大小为
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四、直流电动机转矩自动调节特性 E反=Ceφn 其中，Ce——电机结构常数； φ——磁极磁通； n——电枢转速
电动机工作时，电压平衡方程式为： Ub=E反+IaRa 则电枢电流为：Ia=（Ub- E反）/Ra
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四、直流电动机转矩自动调节特性 分析： Ia=（Ub- E反）/Ra
负载↓→电枢轴上阻力矩↓→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↑→电枢轴上阻力矩↑→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。
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四、直流电动机转矩自动调节特性 电动机工作时，电压平衡方程式为： Ub=E反+IaRa 该公式称为电动机发电机一体公式
即电动机在一定条件下可以变成发电机，用于电机制动和储能。
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第三节 起动机特性 1.起动机的转矩特性 电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系称为转矩特性，即 。
电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系称为转矩特性，即 。 在磁路未饱和时，由于磁通与电枢电流成正比，即 ，故电动机的电磁转矩为 在起动的瞬间，由于发动机的阻力矩很大，起动机处于完全制动的情况下，n=0，故反电动势E=0。此时电枢电流将达到最大值，称为制动电流，产生最大转矩，称为制动转矩，从而使发动机易于起动。
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第三节 起动机特性 2.起动机的转速特性 串励直流电动机具有软的机械特性，即轻载转速高，重载转速低。
当电枢电流增加时，则也增加，在磁路未饱和时，磁通Ф也增加。于是电动机转速将随和Ф的增加，而显著下降。
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第三节 起动机特性 3.起动机的功率特性 串励直流电动机的电磁功率和电枢电流的关系是一对称的抛物线 。
(1)当完全制动时，相当于刚接入起动机的情况，此时电枢电流达到最大值(称为制动电流)，转矩M也达到最大，称为制动转矩。但这时n=0，所以功率P＝0。 (2)在起动机空转时，电流最小(称为空载电流)，转速达到最大值，称为空载转速。但此时，转矩M=0，故功率P=0。 (3)在电枢电流接近制动电流的一半()时，起动机的功率达到最大值。
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起动机特性 起动机工作特性图
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分析 当I=0时，M=0，所以，P=0，转速n达到最大，n=nmax（起动机空载）；
当I=Imax时，n=0，所以，P=0，输出转矩达到最大M=Mmax（起动机制动）。 空载和制动的工作情况，常用来检验起动机的故障：
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4.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，起动机得输出功率、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。
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第四节 起动机的传动机构 1.作用 发动机起动时，使起动机的驱动齿轮和发动机飞轮齿环啮合，将电动机的转矩传给飞轮；发动机起动后，自动切断动力传递，防止电动机被发动机带动，超速旋转而破坏。起动机驱动齿轮与曲轴飞轮齿环之间的传动比很大，在传动机构中设置了单向离合器。
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滚柱式单向离合器
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滚柱式单向离合器 如图3-15示，传动导管1与外座圈2制成一体，外座圈内部制成“十”字型空腔，驱动齿轮的尾部成圆柱形伸在外座圈的空腔内，将“十”字型空腔分割成四个锲形腔室。腔内放置滚柱3，在腔室较宽的一边的座圈孔内，还装有弹簧4和压帽5。平时靠弹簧张力经压帽将滚柱压向锲型腔室较窄的一端。座圈的外面包有铁壳，起密封和保护作用。
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滚柱式单向离合器 传动导管内制有键槽，套在电枢轴的花键部分，而驱动齿轮则套在轴的光滑部位，它们可以随轴转动，又可以在轴上前后移动，以便使驱动齿轮和飞轮能啮合与分离。传动导管的外侧活络的套装有弹簧和拨叉环，并由卡簧限位。拨叉操纵拨叉环迫使驱动齿轮沿电枢轴轴向滑动，平时在回位弹簧的张力作用下，驱动齿轮与飞轮保持分离状态。
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滚柱式单向离合器
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弹簧式单向离合器 优缺点 结构简单、加工方便，成本低； 轴向尺寸长，适用于大功率起动机。
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弹簧式单向离合器 1） 起动发动机时，控制装置迫使驱动齿轮与飞轮齿环啮合，电枢轴带动花键套筒旋转，在摩擦力的作用下离合弹簧扭缩，直径缩小，抱紧两个套筒外圆表面，使其成一刚体，于是电动机产生的转矩经花键套筒，离合弹簧传给驱动齿轮，从而带动飞轮旋转。 2）起动发动机后，由于飞轮带动驱动齿轮的转速高于花键套筒，迫使弹簧扭力放松，使弹簧直径扩大，驱动齿轮和花键套筒不再成为一刚体，可以相对滑动，从而避免了电动机超速旋转的危险。
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摩擦片式离合器构造
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第五节 起动机的控制装置 1.作用： 控制装置的作用是控制驱动齿轮和飞轮的啮合与分离；
控制电动机电路的接通与切断。常用的装置有机械式和电磁式 汽车上广泛使用电磁式控制装置（电磁开关）。 QD124型起动机电磁控制装置构造
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控制装置 组成 由电磁铁机构、电动机开关、起动继电器和起动开关组成。 结构原理见图
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工作过程 起动开关未接通时，起动继电器触点张开，电动机开关断开，离合器驱动齿轮与飞轮处于分离状态。 起动继电器线圈电路接通
其电路为：蓄电池正极→点火开关接柱1→接柱3→起动继电器“点火开关”接柱→线圈搭铁→蓄电池负极。
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工作过程 电磁铁线圈电路接通 继电器触点闭合，同时接通吸引线圈和保持线圈电流电路， 两线圈产生同方向的磁场，磁化铁心，吸动引铁前移，
引铁前端带动触盘接通两个开关（起动机开关和附加电阻短路开关）， 后端通过耳环带动拨叉移动使驱动齿轮与飞轮啮合。
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工作过程 吸引线圈电路： 蓄电池正极→电动机开关接柱21→起动继电器“电池”接柱、支架、触点、“起动机”接柱→电磁开关接柱23→吸引线圈1→电动机开关接柱19→电动机磁场绕组→电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。
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工作过程 保持线圈电路： 蓄电池正极→电动机开关接柱21→起动继电器“电池”接柱、支架、触点、“起动机”接柱→电磁开关接柱23→保持线圈2→搭铁→蓄电池负极。
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工作过程 电动机电路接通 触盘将电动机开关接柱19、21连通后，电动机电路接通。
此电路电阻极小，电流可达几百安培，电动机产生较大转矩，带动飞轮转动。 电动机开关接通后，吸引线圈和附加电阻短路。 其电路为：蓄电池正极→电动机开关接柱19、21→导电片17→磁场绕组→电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。
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工作过程 起动开关断开 起动继电器停止工作，触点张开。 电动机开关断开，驱动齿轮和飞轮分离。
起动继电器触点张开后电动机开关断开瞬间，保持线圈电流通路为：蓄电池正极→电动机开关接柱21→触盘18→接柱19→吸引线圈1→保持线圈2→搭铁→蓄电池负极。
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第四节 减速式起动机 起动机的分类 1．直接啮合强制起动式起动机（普通式起动机） 2．减速式起动机 3．永磁式起动机
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二、减速起动机的优点 1.单位重量的输出功率增加； 2.缩小了外部尺寸,便于安装； 3.提高了起动转矩,有利于发动机的低温起动；
4.减轻了蓄电池的负担,延长了使用寿命。
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减速式起动机
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三、电动机 采用直流电动机。其磁场型式有： 1.永磁式 电动机不需要磁场绕组，节省材料，体积小，换向性能好。用在小功率起动机上。 2.电磁式
适用于输出功率大于1.9KW的电动机。
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四、减速装置 在电动机的电枢轴和输出轴之间，设置了齿轮减速装置。
1.作用：通过转矩的倍增作用，使起动机的输出特性适应发动机的起动要求。齿轮减速比一般为3～5。 2.结构型式：见图
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减速装置
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四、减速装置结构形式 （1）外啮合齿轮减速器； （2）内啮合齿轮减速器； （3）行星齿轮减速器。
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五、传动机构及控制装置
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五、传动机构及控制装置 1.减速起动机的传动装置（单向离合器） 仍采用滚柱式单向离合器，结构形式和普通起动机相同，但耐冲击要求提高了。
2.减速起动机的控制装置 电磁开关和普通起动机相同。但单向离合器的操纵有两种型式： （1）拨叉式：和普通起动机相同，用在行星减速机构上。 （2）直动齿轮式：驱动齿轮和引铁装在一起，用在平行轴外啮合式减速机构上
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六、减速起动机实例 （一）12V11E14型减速起动机 用于皇冠轿车，结构见图
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第五节 起动机的使用与维修 起动机的正确使用 起动机的维护 起动机的修理
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一、起动机的正确使用 1、经常保持蓄电池保持充足电的状态，保持各部分连接牢固。 2、起动机每次使用不超过5秒。
3、电喷车和自动变速器车不能采用推车启动。 4、发动机起动后必须切断控制电路。 5、起动时应挂入空档或踩下离合器，严禁挂档起动。 6、低温起动时应先预热发动机再起动。 7、 发动机起动后起动机若不能停转，应立即关闭电源或拆下蓄电池搭铁线。
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二、起动机的维护 1、 起动机的保养 清洁（3000公里）和更换炭刷（5000公里或根据需要）。 2、润滑起动机轴承
1、 起动机的保养 清洁（3000公里）和更换炭刷（5000公里或根据需要）。 2、润滑起动机轴承 3、每年对起动机进行一次解体性保养
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三、起动机的修理 1、 起动机的解体与装复 （1） 起动机的解体与清理 （2） 检验与修理 （3） 装复与试验
（1） 起动机的解体与清理 （2） 检验与修理 （3） 装复与试验 2、起动机的故障分析与处理方法
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起动机的故障分析与处理方法 起动机的常见故障有：起动机不转，起动机运转无力，驱动齿轮运转不良，起动机不停止工作，起动机空转等。
起动机故障分析的首要条件是区分起动机故障和起动系电路故障，一般应先判断电路故障。 (1) 区分起动机故障与线路故障 （2）区分起动机故障与蓄电池故障
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起动机的常见故障及排除 1．起动机转动无力 （1）故障现象：将点火开关旋至“起动”档，驱动齿轮发出“咔哒”声向外移出，但是起动机不转动或转动缓慢无力。 （2）诊断思路与方法：
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起动机的常见故障及排除
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动机的常见故障及排除 2．起动机空转 （1）故障现象：接通点火开关“起动”开关，起动机只是空转，不能带动发动机运转。 （2）诊断思路与方法：
①起动机空转时，有严重的碰擦轮齿的声音，说明飞轮轮齿或起动机驱动齿轮严重磨损，应拆下起动机进一步检查，根据实际情况更换驱动齿轮或飞轮轮齿；
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起动机的常见故障及排除 2．起动机空转 ②起动机空转时，速度较快但无碰齿声音，说明起动机单向离合器打滑，即驱动齿轮已经啮入飞轮轮齿中，但不能带动飞轮旋转，只是起动机电枢轴在空转，应更换单向离合器总成； ③起动机空转时，有较轻的摩擦声音，起动机驱动齿轮不能与飞轮轮齿啮合而产生空转，即驱动齿轮还没有啮合到飞轮轮齿中，电磁开关就提前接通，说明主回路的接触盘行程过短，应拆下起动机，进行起动机接通时刻的调整。
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起动机的常见故障及排除 3．起动机不转 （1）故障现象：将点火开关旋至起动档，起动机驱动齿轮不向外伸出，起动机不转。 （2）诊断思路与方法
此种故障可能由蓄电池及电路连接造成，也有可能由起动机本身造成，首先应进行区分，方法如下：用螺丝刀或导线短接起动机电磁开关上的端子30和端子C两个接线柱。 若起动机不转，说明电动机有故障，应解体检修；若起动机运转，说明电动机正常，故障在起动机本身以外的电路。
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起动机的常见故障及排除 3．起动机不转
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作业 1.蓄电池容量对起动机性能有何影响？ 2.起动机单向离合器的作用是什么？ 3.起动机单向离合器的种类有哪些？
4. 控制装置的作用是什么？
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