Электродвигатели какого типа применяются в качестве стартеров двс

Обновлено: 08.01.2025

Электростартер – это вспомогательный электрический прибор, предназначенный для запуска двигателя внутреннего сгорания. Он представляет собой двигатель постоянного тока, питающийся от аккумуляторной батареи подзаряжаемой генератором. При подаче питания стартер создает вращательное движение коленвала двигателя внутреннего сгорания, создав тем самым необходимые условия для розжига топлива и дальнейшей стабильной работы цилиндров.

Как работает электростартер

Для запуска двигателя внутреннего сгорания требуется создание оптимальных условий для розжига топливной смеси. Для этого важно раскрутить коленчатый вал до минимально необходимых оборотов, требуемых для воспламенения топлива в цилиндрах. Чтобы раскрутить коленчатый вал применяется сторонний источник механической энергии, в качестве которого и выступает стартер.

По сути он является электрическим двигателем постоянного тока с коллекторно-щеточным узлом. Стартер воздействует на двигатель только в период его запуска. После стабилизации работы он отключается. Специально для этого в устройстве предусматривается механизм управления.

За механическое управление электрического стартера отвечает втягивающее реле. Оно выполняет две функции. В первую очередь реле замыкает электрическую цепь, которая обеспечивает питание электродвигателя. Также оно вводит в зацепление шестерни, передающие вращательное движение на коленвал. Фактически оно выполняет такую же функцию, как коробка передач между колесами и двигателем.

Принцип работы электрического стартера в автотранспорте

При повороте ключа зажигания водителем, выполняется замыкание цепи втягивающего реле. Напряжение от аккумулятора поступает на обмотку реле, в результате чего образовывается сильное магнитное поле. Оно воздействует на якорь, тот сдвигается и реле соответственно втягивается. Зацепленная вилка смещает бендикс (обгонная муфта) по роторному валу. Как следствие шестеренка состыковывается с зубьями маховика.

После срабатывания втягивающее реле прекращает питание цепи. С обратной стороны на нем установлено 2 провода. Один идет для подключения питающего кабеля, а второй передает напряжение на электрический мотор.

Как только происходит срабатывание реле, то якорь втягивается и замыкает пятаки, являющиеся разрывными элементами цепи питания мотора. В результате на двигатель подается напряжение, и якорь двигателя начинает вращаться. В тоже время шестерня бендикса находится в зацеплении, поэтому передаточное усилие заставляет коленчатый вал вращается, двигая тем самым поршня в цилиндрах.

После запуска мотора, коленвал начинает обгонять по скорости вращение стартера. Тогда в устройстве срабатывает обгонная муфта, которая и прекращает контакт с валом. Это позволяет предотвратить механические повреждения обеих систем. В противном случае при продолжении подачи питания два механизма просто противодействовали бы друг другу.

Как только двигатель автомобиля переходит в штатный режим работы и водитель отпускает ключ замка зажигания, то пропадает питание стартера. От этого втягивающее реле срабатывает обратно. Отсутствие магнитного поля приводит к тому, что пружина возвращает якорь в штатное положение, пятаки размыкаются и бендикс спускается на место.

Электростартер, работающий по данной схеме, сейчас считается устаревшей конструкцией, главным недостатком которой выступает значительный вес и размер. Для реализации такой конструкции требовалось использование мощного электродвигателя, способного выдавать высокие тяговые усилия. При этом электромотор должен вращаться медленно. Такие стартеры плохо подходят для современных автомобилей, спецтехники, генераторов и прочих устройств, где требуется их установка.

Электростартер с редуктором

Более современные стартеры оснащаются редуктором. Благодаря этому возможно использование высокооборотистого, но мелкого мотора. Редуктор понижает обороты, переводя их количество в качество. Он увеличивает силу стартера, позволяя создать достаточный крутящий момент для раскручивания коленчатого вала. Такая система не просто компактная, но и экономичная. Она позволяет завести ДВС большее количество раз на одном заряде аккумулятора.

Современные стартеры могут оснащаться различными типами редукторов, но в подавляющем большинстве случаев применяются устройства с так называемой планетарной передачей. Ее достоинством является компактность и надежность. Характерной чертой планетарного редуктора выступает наличие дополнительного вала для установки бендикса. Это исключает прямую связь якоря с бендиксом. Они способны взаимодействовать между собой только через редуктор.

Классическая схема планетарного редуктора:

Основные неисправности электростартеров

Электростартер выступает ремонтопригодным механизмом, в случае неисправности который можно восстановить практически до первоначального рабочего состояния. Поскольку он состоит из вращающихся деталей, для него выпускаются ремкомплекты, в состав которых входят мелкие детали, нуждающиеся в периодической замене. Большинство остальных комплектующих, склонных к поломкам, можно найти в свободной продаже. Однако такие части электростартера как корпус в продаже в новом виде не встречаются. Их можно приобрести для ремонта в б/у состоянии. Отсутствие данных комплектующих обусловлено исключением их износа. Если они и нуждаются в замене, то только по причине нештатной ситуации, к примеру, механического повреждения сильным ударом, что бывает при аварии.

Чаще всего электростартера выходят из строя по причине:

• Износ подшипников.
• Подгорание пятаков.
• Стирание зубьев шестерни.
• Заклинивание якоря.
• Износ и/или заклинивание обгонной муфты.

Перечисленные неисправности относятся к механической части стартера. Большинство из них решаются заменой поврежденной детали. Исключением являются только заклинивание частей механизмов. В таком случае требуется их очистка и смазка. Также простым обслуживанием решается проблема подгорания пятака. Она устраняется механической чисткой.

Более сложными в диагностировании и решении выступают проблемы электрической части. Электростартер может быть неисправен по причине:

Кроме этого неисправность может вызвать износ щеток контактных пластин коллектора. Это определяется по их размеру. По мере износа они стираются и становятся меньше, поэтому со временем перестают доставать до контактных пластин. Конструкция большинства стартеров предусматривает простой механизм их замены, поскольку данная проблема является самой частой.

Неисправности обмотки стартера могут устраняться только специалистом. С помощью специального оборудования возможна перемотка якоря, что обходится дешевле, чем его замена на новый агрегат.

Оптимальный режим работы стартера и диагностирование поломки

Чтобы минимизировать частоту поломок стартера и увеличить его ресурс, требуется придерживаться некоторых правил. В первую очередь при запуске двигателя нельзя передерживать электростартер включенным. В противном случае тот может сгореть от перегрева. Именно это и выступает основной причиной выхода якоря из строя. Обычно на стартерах имеется табличка, на которой указывается рекомендуемая максимальная длина работы и частота перезапусков.

В большинстве случаев если двигатель не запускается больше 5 сек с момента начала работы стартера, то это говорит об неисправности последнего. Исключением может быть только сильный мороз, при котором топливо в двигателе плохо воспламеняется. Если дело именно в этом, то не стоит крутить стартер подолгу, чтобы он не сгорел. В таком случае у дизельных моторов нужно лучше прогреть свечи, а в бензиновых применить специализированную стартовую аэрозольную жидкость для пуска холодных двигателей.

Плохой запуск ДВС может быть связан не только с плохой работой стартера, но и множеством других причин:

• Недостаточный заряд аккумулятора.
• Поломка двигателя.
• Отсутствие подачи топлива.
• Засорение системы выхлопа.

Однако по определенным признакам можно без диагностики определить, что неисправен именно стартер. Говорить о его поломки могут:

• Задержка в работе после поворота ключа зажигания.
• Характерный треск.
• Слышен звук запуска электродвигателя, не сопровождаемый вращением коленвала ДВС.
• Полное отсутствие реакции на поворот ключа зажигания.
• Стартер не отключается после запуска ДВС.

В целом уход за электростартером подразумевает соблюдение 2-х основных правил:

1. Делать перерывы между безуспешными пусками мотора не менее 30 сек.
2. Не применять электростартер для движения авто.

Запуск стартера при включенной передаче автомобиля приводит к его движению. Этим часто пользуются при неисправности мотора или отсутствии топлива, чтобы продвигаться вперед. Такой способ движения быстро истощает аккумуляторную батарею, а кроме этого перегревает стартер. Таким способом можно вполне безопасно проехать несколько метров, но не более.

Хотя рекомендуемая пауза между поворотами ключа в замке зажигания составляет 30 сек, но в жару этот период лучше увеличивать. Короткая пауза не проблема если стартер запустил мотор со второй попытки, но при множественных повторениях подряд это повлечет сгорание якоря.

В автомобильном электростартере нового поколения электродвигатель не имеет статорных обмоток возбуждения, которые заменены на постоянные магниты, а механический привод дооборудован понижающим планетарным редуктором, который установлен непосредственно в корпусе стартера. Это позволило сделать стартер высоко-оборотистым, легким, малых размеров и более эффективным в работе.

Стартерный электродвигатель

Классический электростартер автомобиля — это устройство, состоящее из электродвигателя (ЭДВ) постоянного тока с последовательной обмоткой возбуждения, который на время пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) подключается к аккумуляторной батарее (АКБ) с помощью пускового тягового реле (ПТР). Это же реле посредством рычага с вилкой перемещает по оси стартера муфту свободного хода (МСХ) и тем самым механически сочленяет шестерню на валу стартерного электродвигателя непосредственно с венечной шестерней маховика ДВС.

Конструкция автомобильного стартера, при которой вал электродвигателя соединяется прямо с маховиком ДВС, имеет ряд недостатков. Так, передаточное число главного редуктора, состоящего из венечной шестерни маховика и шестерни МСХ, не может быть достаточно высоким. Ограничения накладываются расчетным размером диаметра маховика, а также числом, размером и прочностью зубцов шестерни МСХ. В такой редукторной паре — соотношение зубцов не может быть более 16—18.

От указанных недостатков свободны ЭДВ с независимым (от тока якоря) возбуждением.

Рис 1 б) С независимым возбуждением.

Независимое возбуждение магнитного поля на статоре ЭДВ можно получить тремя способами: обмоткой возбуждения, которая подключена к отдельному от якоря источнику электрической энергии (управляемое независимое возбуждение — рис. 1, б);

Рис 1 в) С параллельным возбуждением обмоткой возбуждения, подключенной параллельно якорю ЭДВ (параллельное возбуждение — рис. 1, в);

Рис 1 д) С возбуждением от постоянного магнита постоянными магнитами на статоре (возбуждение от постоянных магнитов относится к неуправляемому независимому возбуждению — рис. 1, д).

Электродвигатель с питанием обмотки возбуждения от независимого источника (рис. 1, б) в автомобильной системе электростартерного пуска не используется, так как на борту автомобиля один пусковой источник электрической энергии — аккумуляторная батарея.

Электродвигатели с чисто параллельным возбуждением (рис. 1, в) в автомобильных электростартерах неэффективны, так как напряжение АКБ при пуске ДВС в зимнее время (при температуре ниже — 20 °С) резко падает до 8—9 В. При этом намагничивающая сила параллельной обмотки возбуждения, а следовательно и крутящий момент стартера, значительно ослабевают, пуск ДВС становится невозможным. Кроме того, характеристика ЭДВ с параллельным возбуждением жесткая, что недопустимо при низком передаточном соотношении между оборотами стартерного ЭДВ и оборотами коленвала ДВС, так как это может привести к ударным перегрузкам и поломкам в зубцах механического привода.

Рис 1 г) Со смешанным возбуждением.

Однако жесткость характеристики ЭДВ обеспечивает плавность хода стартера, а также ограниченность оборотов холостого хода, и поэтому параллельное возбуждение иногда вводится в ЭДВ классического электростартера дополнительно к последовательному (рис. 1, г). Такое возбуждение обеспечивает ЭДВ усредненную (умеренно жесткую) механическую характеристику и называется смешанным. Используется, например, в стартерах для автомобилей ВАЗ.

Такие стартеры имеют следующие преимущества:

1. главное магнитное поле электродвигателя с постоянными магнитами на статоре не зависит ни от тока якоря, ни от падения напряжения АКБ при пуске ДВС.
2. система постоянных магнитов на статоре электродвигателя делается многополюсной (не менее шести полюсов), что позволяет заметно уменьшить габариты магнитной системы (постоянные магниты значительно меньше электромагнитов), а следовательно и всего стартера в целом. КПД и обороты стартерного электродвигателя с многополюсным статором также выше.
3. сами постоянные магниты выполняются не из сплавов дорогостоящих металлов, а из спекаемых ферритовых порошков с большой коэрцитивной силой, что делает магниты легкими, прочными, технологичными и, как следствие, дешевыми.
4. наличие дополнительного понижающего редуктора в электростар-терной системе пуска позволяет оптимально согласовать жесткую механическую характеристику электродвигателя независимого возбуждения с минимальной пусковой частотой вращения коленвала ДВС при максимальной механической нагрузке стартера.
5. И наконец, стартерный ЭДВ с независимым возбуждением от постоянных магнитов и с дополнительным редуктором может работать в режиме повышенных оборотов при пуске холодного двигателя, потребляя при этом от АКБ меньший ток по сравнению с классическим стартером. КПД стартерного режима АКБ и надежность пуска ДВС увеличиваются.

Как и любая новая техника, электростартеры с планетарным редуктором и с возбуждением от постоянных магнитов на начальном этапе внедрения обладали некоторыми недостатками: они были значительно дороже классических за счет высокой стоимости постоянных магнитов и планетарного редуктора; в них быстрее изнашивались щетки из-за более высоких оборотов; их работа сопровождалась повышенным шумом.

Современная технология изготовления стартеров нового поколения исключает эти недостатки. Так, постоянные магниты, как уже отмечалось, стали ферритовыми. Главная шестерня планетарного редуктора изготавливается литьем под давлением из термореактивной пластмассы. Пластмассу армируют бронзой, что делает планетарную шестерню прочной, износостойкой, технологичной и дешевой. Остальные детали дополнительного редуктора обычного исполнения. Планетарный редуктор с пластмассовой шестерней не шумит. Быстрый износ коллекторных щеток устранен применением в них более жесткого графита и удалением из него порошковой меди.

Последнее стало возможным за счет понижения величины якорного тока. Уменьшена сила прижатия щеток к коллектору.

Следует однако заметить, что стоимость стартера нового поколения пока еще несколько выше стоимости классического. Но если 25 лет назад разница в цене была около 150 %, то в последнее время она не превышает 50 %.

В стартерах применяются электродвигатели постоянного тока. Для анализа особенностей их работы в системе пуска рассмотрим основ­ные характеристики электродвигателей постоянного тока, которые подразделяются на двигатели последовательного, параллельного, сме­шанного и независимого возбуждения. Тип возбуждения определяется схемой включения обмоток возбуждения по отношению к якорной пени. Электромеханические параметры электродвигателя определяются выражениями:

где U—напряжение, подводимое к электродвигателю от источника питания; R_Я — активное сопротивление цепи якоря; Е— противо-ЭДС якоря; Ф — маг­нитный поток; п — частота вращения якоря; М— момент электродвигателя; Iя —ток якоря; С_е. С_м —конструктивные постоянные;

р — число пар полюсов; а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря; N — число проводников обмотки якоря.

Из выражений (1) - (3) можно получить формулы для определе­ния частоты вращения:

В электродвигателях, с последовательным возбуж­дением обмотка возбуждения включается последовательно с об­моткой якоря, и поэтому Iя = I_В (рис. 2, а).

Рисунок 2 Схема двигателя с последовательным возбуждением (а) и его электромеханические (б) и механическая (в) характеристики

Следовательно, магнит­ный поток двигателя Ф является некоторой функцией тока якоря I_Я. Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двига­теля. При токе якоря I_В < (0,8 - 0,9) I_ном (I_ном — номиналь­ный ток якоря), когда магнитная система машины насыщена, можно считать, что поток линейно зависит от I_Я :

где к_ф — коэффициент пропорциональности, имеющий размерность индуктивности (Гн), остается практически постоянным в значитель­ном диапазоне нагрузок. Подставляя (6) в уравнения (3) и (4), получим токоскоростную и моментную характеристики , в этом диапазоне в виде:

- постоянные, т.е. в диапазоне от 0 до І_ном зависимость имеет гиперболический характер (при ), а зависимость - параболический (рис.2, б).

При дальнейшем возрастании тока якоря поток Ф растет медлен­нее, чем , и при больших нагрузках ( > І_ном) можно считать Ф = const.

В этом случае скоростная и моментная характеристики становятся линейными аналогично характеристикам двигателя с независимым возбуждением.

Механическая характеристика (рис. 2, в) может быть построена на основании уравнений (7) и (8). При токе якоря, меньшем (0,8 . 0,9) І_ном, частота вращения изменяется по закону

При токе якоря, большем І_ном, зависимость становит­ся линейной.

Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пре­делах, что характерно для пуска ДВС, мощность Р_с, а следова­тельно, и электрическая мощность , и ток у двигателей с последовательным возбуждением изменяются в меньших пре­делах, чем у двигателей с параллельным возбуждением. Кроме того, они лучше переносят перегрузки. Двигатель с последовательным возбуждением развивает больший пусковой момент, чем двигатель с параллельным возбуждением.

Таким образом, в стартерах используются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. В отдельных случаях, рас­смотренных ниже, используются двигатели со смешанным возбужде­нием. В последние годы на стартерах стали применяться электродви­гатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют по­ниженное энергопотребление вследствие отсутствия тока возбуждения. Однако такие стартеры имеют недостатки, характерные для электро­двигателей независимого (параллельного) возбуждения. Кроме того, материал для изготовления постоянных магнитов еще очень дорог. Постоянные магниты используются только в маломощных стартерах.

Изучение устройства и принципа работы автомобиль­ного элек­тростартера.

2. Краткие сведения

Электростартер предназначен для осуществления пуска авто­мобильного двигателя.

Электростартер конструктивно объединяет в себе элек­тродви­гатель постоянного тока с последовательным или сме­шанным воз­буждением, электромагнитное тяговое реле и ме­ханизм привода. Применение смешанного возбуждения по­зволяет снизить частоту вращения якоря поверхностей и об­легчить работу механизма при­вода.

Наибольшее распространение на автомобилях получили элек­тростартеры с принудительным электромеханическим включением и выключением шестерни, имеющие роликовые муфты свободного хода и управляемые дистанционно с по­мощью тягового электромагнитного реле, установленного на корпусе или на крышке со стороны привода.

Основными узлами и деталями электростартера явля­ются кор­пус 1 (рис. 2.1) с полюсами 2 и катушками 4 обмотки возбужде­ния; якорь 3 с коллектором 36, механизм привода с муфтой свободного хода 12, электромагнитное тяговое реле 25, крышка 17 со стороны привода (передняя крышка), крышка 33 со сто­роны коллектора (задняя крышка) и щеточ­ный узел с щеткодержате­лями 32.

Корпусы электростартеров изготавливают из трубы или сталь­ной полосы с последующей сваркой стыка. К корпусу винтами крепятся полюсы 2, на которых располагаются ка­тушки 4 обмот­ки возбуждения. Практически все стартерные электродвигатели выполняются четырехполюсными. В стар­терных электродвигателях смешанного возбуждения катушки последовательной и параллельной обмоток возбуждения ус­танавливаются на отдельных полюсах.

Рис. 2.1. Стартер с принудительным электромеханическим перемещением шестерни привода с роликовой муфтой свободного хода.

1 – корпус; 2 — полюсный сердечник; 3 — якорь; 4 — обмотки воз­бужде­ния; 5 — фланец; 6 — запор­ное кольцо; 7— упорный фланец; 8 — повод­ковое кольцо; 9— по­водковая муфта; 10 — буферная пружина; 11 — шлицевая втулка; 12 — муфта свободного хода; 13 — шестерня; 14 — упорное кольцо; 15 – замочное кольцо; 16— регулировочные шайбы; 17 и 33 — крышки; 18— рычаг; 19— резиновая заглушка; 20— палец по­водка; 21 — поводок; 22 — воз­вратная пружина; 23 — якорек; 24 — шпилька крепления реле; 25— тяговое реле; 26 — обмотка; 27 — кон­тактная пластина; 28— крышка реле; 29 — штекерный вывод обмотки реле; 30 — зажимы; 31 — защитная лента; 32— щеткодер­жатель; 34 — тормозной диск; 35 — конус; 36 — коллектор; 37 — шпиль­ка; 38 — изо­ляционная трубка.

Катушки последовательной обмотки возбуждения имеют неболь­шое число витков неизолированного медного провода прямоугольного сечения марки ПММ. Между вит­ками катушки прокладывают электро­изоляционный картон толщиной 0,2. 0,3 мм. Катушки параллельной обмотки нама­тываются изолированным круглым проводом ПЭВ-2. Сна­ружи катушки изолируют хлобчатобумажной лентой, пропи­тываемой лаком.

Ток к обмотке возбуждения проводится через главные контакты тягового реле по многожильному проводу или мед­ной шине, проходя­щим через изоляционные втулки в корпусе или задней крышке.

Сердечник якоря представляет собой пакет стальных плас­тин. Применение шихтованного сердечника уменьшает потери на вих­ревые токи. Пакет якоря напрессован на вал.

Полузакрытые или закрытые пазы якорей имеют прямо­угольную или грушевидную форму. Прямоугольная форма обеспечивает лучшее заполнение паза прямоугольным прово­дом. Грушевидные пазы удобны для размещения двухвитко­вых секций.

Обмотка якоря укладывается в пазы сердечника. При­меняются простые волновые и простые петлевые обмотки с одно- и двухвитковыми секциями. Двухвитковые секции ха­рактерны для электродви­гателей небольшой мощности. Од­новитковые секции выполняются из неизолированного пря­моугольного провода марки ПММ. Обмотки с двухвитко­выми секциями наматываются круглым изолированным про­водом. Одновитковые секции закладываются в пазы с торца пакета якоря. Проводники в пазах изолируются друг от друга и от паке­та пластин электроизоляционным картоном. По схеме волновой об­мотки число пазов якоря четырехполюс­ного электродвигателя долж­но быть нечетным и у отечест­венных электростартеров находится в пределах 23. 33.

На лобовые части обмотки якоря накладывают бандажи из нес­кольких витков стальной проволоки, намотанных на прокладку из электроизоляционного картона и скрепленных металлическими ско­бамии, хлобчатобумажного или капроно­вого шнура.

Концы секций обмотки якоря припаиваются в прорезях петуш­ков к пластинам коллектора. В электростартерах при­меняются сбор­ные цилиндрические коллекторы на металли­ческой втулке, цилин­дрические и торцевые коллекторы на пластмассе.

Цилиндрические коллекторы набирают в виде пакета медных пластин, изолированных прокладками из миканита, слюдината или слюдопласта.

Замена цилиндрических коллекторов торцевыми сни­жает расход коллекторной меди и повышает срок службы ще­точно-коллекторного узла. Якорь вращается в двух или трех опорных с бронзографитовыми или металлокерамическими подшипниками скольжения.

Задние крышки электростартеров с цилиндрическими коллекто­рами отливаются из цинкового, алюминиевого сплава или штампуют­ся из стали. К крышке 33 крепятся че­тыре коробчатых щеткодержа­теля 32 радиального типа с щетками и спиральными пружинами. Щеткодержатели изо­лированных щеток отделены от крышки прок­ладками из тек­столита или другого изоляционного материала. В стартерах с торцевыми коллекторами щетки размещаются в пласт­массо­вой или металлической траверзе и прижимаются к рабочей поверхности коллектора цилиндрическими пружинами.

В 12-вольтовых стартерах используются меднографит­ные щетки марок МГСО и МГС20 с добавкой олова и свинца, которые улучшают коммутацию, уменьшают износ коллек­тора и падение напря­жения под щетками. Щетки МГC5 и МГС51 устанавливаются в двадцатичетырехвольтовых стар­терах. Плотности тока в стартерных щет­ках на рабочих ре­жимах достигают 50. 120 А/см 2 . Щетки имеют канатики и присоединяются к щеткодержателям с помощью винтов. Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. На некоторых стартерах против направления вращения. Вол­новая об­мотка якоря имеет две параллельных ветви и позво­ляет ограни­читься установкой двух щеток, однако на старте­рах с целью уменьшения плотности тока устанавливается полное число щеток, рав­ное числу полюсов.

Алюминиевые или чугунные передние крышки 17 имеет устано­вочные фланцы с двумя или большим числом отвер­стий под болты или шпильки крепления стартера к картеру маховика или сцепле­ния и посадочные пояски. Фланцевое крепление обеспечивает не­обходимую точность взаимного расположения шестерни стартера относительно венца махо­вика при снятии и повторной установке стартера.

Передняя и задняя крышки крепятся к корпусу стяж­ными болтами.

Дистанционно управляемое тяговое реле 25 обеспечи­вает ввод шестерни 13 в зацепление с венцом маховика и подключает стартерный электродвигатель к аккумуляторной батарее. Реле имеет одну или две обмотки (вытягивающую и удерживающую), намотанные на латунную втулку, в которой свободно перемещается стальной якорь с контактной пласти­ной 27. Два неподвижных контакта в виде кон­тактных болтов 30 установлены в пластмассовой или металлической крышке реле. Втягивающая обмотка 26, подключенная параллельно контактом реле, при включении реле действует согласно с удер­живающей обмоткой и создает достаточную притяги­вающую силу, когда зазор между якорем и сердечником мак­симален. При замыка­нии главных контактов втягивающая обмотка замыкается накорот­ко и выключается из работы. В двухобмоточном реле удерживаю­щая обмотка, рассчитанная в основном на удержание якоря реле в притянутом состоянии, намотана проводом меньшего сечения, чем втягивающая об­мотка.

Механизм привода стартера расположен на шлицевой части ва­ла. Муфта свободного хода 12 привода обеспечивает передачу вращающего момента от вала якоря маховику в пе­риод пуска и пре­пятствует вращению якоря маховиком после пуска двигателя.

Электростартеры с принудительным перемещением шестерни имеют роликовые, фрикционные и храповые муфты свободного хода. Наибольшее распространение получили ро­ликовые муфты (рис. 2.2), бесшумные в работе и технологич­ные по конструкции, способные при небольших размерах пе­редавать значительные вращающие мо­менты.

Рис. 2.2. Приводной механизм стартера с плунжерной муфтой свободного хода.

1 – ролик; 2 – плунжер; 3 – пружина прижимная; 4 – упоры пружины; 5 – обойма наружная ведущая; 6 – кольцо замковое; 7- чашка; 8 – вспомога­тельная пружина; 9 – втулка отвода; 11 – пружина буферная; 12 – втулка; 13 – кольцо центрирующее; 14 – обойма ведомая; 15 – пластина металли­ческая; 16 – кожух муфты; 17 – шестерня привода; 18 – вкладыш.

Рабочие поверхности ведущей звездочки 5 представ­ляют собой логарифмическую спираль, спираль Архимеда или окружность со смещенным центром, что позволяет полу­чить постоянный угол за­клинивания в 4. 6°. При включении муфты в работу ведущая обой­ма 5 поворачивается относи­тельно еще неподвижной ведомой 14, ролики 1 под дейст­вием прижимных пружин 3 и сил трения переме­щаются в уз­кую часть клиновидного пространства и муфта закли­нива­ется. После пуска двигателя частота вращения шестерни 17 привода и связанной с ней ведомой обоймы превышает час­тоту вращения ведущей обоймы, ролики переходят в широ­кую часть клиновид­ного пространства между обоймами, по­этому передача вращения от венца маховика к якорю исклю­чается.

Воздействие центробежных сил на ролики и плунжеры 2 тре­бует применения прижимных пружин с большими уста­новочными уси­лиями. При неустойчивом пуске возникают значительные ускоре­ния. Действующие на ролики и плун­жеры центробежные силы могут превысить усилия прижим­ных пружин и привести к динамической пробуксовке муфты.

При резких динамических ударах роликов по плунже­рам деформируются юбка и дно плунжера 2, упоры 4 в плун­жерном отверс­тии обоймы и пружины. Результатом является неравномерное зак­линивание роликов, перегрузка отдельных элементов, снижение надежности работы.

Шестерню 17 привода и обоймы муфт свободного хода для по­вышения механической прочности и износоустойчиво­сти изготавли­вают из высоколегированной стали. Чтобы пре­дотвратить смеще­ние пружин 3 и обеспечить стабильность прижимного усилия, исполь­зуют специальные упоры 4. Цен­трирующее кольцо 13 уменьшает ра­диальное биение обоймы, ограничивает перекос муфты при заклини­вании роликов и улучшает работу привода в режиме обгона.

Электромагнитное тяговое реле воздействует на меха­низм привода с помощью рычага включения через разрезную поводковую муфту, состоящую из двух половин. Со стороны втулки отвода 9 расположена вспомогательная пружина 8, упирающаяся в чашку 7. Такое устройство позволяет разомк­нуть главные контакты тягового реле путем сжатия вспомога­тельной пружины при перемещении втул­ки отвода возврат­ной пружиной в тех случаях, когда шестерню привода заедает в зубчатом венце маховика после отключения стартера.

Схема дистанционного управления стартером приведена на рис. 2.3. При переводе включателя зажигания S1 в положе­ние стартования, контакты KV1:1 дополнительного реле KV1 подклю­чают втягивающую КА2:1 и удерживающую КV2 об­мотки тягового реле к аккумуляторной батарее GB. Под дей­ствием намагничи­вающей силы двух обмоток якорь тягового реле перемещается и с помощью рычага включения вводит шестерню стартера в зацепление с венцом маховика. В конце хода якоря реле замыкаются основные контакты КА2:1 тяго­вого реле и GB оказывается соединенной со стартерным элек­тродвигателем М.

Контакты КА2:1замыкаются раньше, чем шестерни полностью войдет в зацепление с венцом маховика. Даль­нейшее перемещение шестерни до упорного кольца на валу происходит за счет осевого усилия в винтовых шлицах вала якоря и направляющей муфты втул­ки свободного хода.

Рис. 2.3. Электрическая схема дистанционного управления старте­ром.

S1 – выключатель зажигания; KV1 – обмотка дополнительного реле; KV1:1 – контакты дополнительного реле; КА2 – втягивающая об­мотка тягового реле стартера; KV2 – удерживающая обмотка тягового реле стартера; КА2:1 – контакты тягового реле стартера; GB – аккумуля­торная батарея; М – якорь стартера.

Если при запуске шестерня стартера упирается в венец махо­вика, якорь реле все равно продолжает двигаться, сжи­мая буфер­ную пружину, и замыкает контакты КА2:1. Якорь стартера вместе с приводом начинают вращаться, и как только зуб шестерни уста­навливается напротив впадины зуб­чатого венца маховика, шестер­ня под действием буферной пружины и осевого усилия в шлицах входит в зацепление с маховиком.

Шестерня остается в зацеплении до тех пор, пока води­тель не отключить питание дополнительного реле стартера. После раз­мыкания контактов КV1:1 дополнительного реле втягивающая КА2 и удерживающая KV2обмотки тягового реле оказываются включен­ными последовательно, получая питание через контакты КА2:1. Число витков обеих обмоток одинаково и по ним проходит один и тот же ток. Так как на­правление тока во втягивающей обмотке в этом случае изме­няется, обмотки действуют встречи и создает два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердеч­ник электромагнита размагничивается и возвратная пружина, пере­мещая якорь реле в исходное положение, размыкает главные кон­такты и выводит шестерню из зацепления с вен­цом маховика.

3. Учебные пособия, приспособления и инструменты

3.1. Стартеры в сборе, разрезанные образцы, щиты с де­та­лями и плакаты.

3.2. Приспособления и инструменты, необходимые для разбор­ки и сборки электростартера.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Разобрать стартер.

4.2. Нарисовать схему внутренних соединений кату­шек обмот­ки возбуждения и обмотки якоря.

4.3. Нарисовать эскиз магнитной системы стартер­ного электродвигателя.

4.4. Определить число пазов, число витков в секциях обмот­ки якоря, число коллекторных пластин.

4.5. Нарисовать схему обмотки якоря и рассчитать её шаги.

4.6. Привести частичную разборку тягового реле.

4.7. Нарисовать магнитную систему тягового реле.

4.8. Нарисовать схему соединения обмоток реле.

4.9. Собрать тяговое реле в порядке, обратном раз­борке.

4.10. Собрать стартер в порядке, обратном разборке.

5. Содержание отчета

5.1. Тип изучаемого стартера и его техническая харак­теристика.

5.2. Краткое описание особенностей устройства и принципа работы стартера.

5.3. Схема внутренних соединений катушек обмотки возбуж­дения и обмотки якоря.

5.4. Эскиз магнитной системы стартерного электродви­гате­ля.

5.5. Эскиз магнитной системы тягового электромаг­нитного реле.

5.6. Схема соединений обмоток тягового реле.

5.7. Схема управления электростартером.

6. Контрольные вопросы

6.1. Из каких основных реле узлов и деталей состоит элек­тростартер?

6.2. Какие возможны схемы внутренних соединений обмоток возбуждения и якоря в электростартерах?

6.3. Почему пакет якоря набирается из стальных пла­стин?

6.4. Почему пакеты якорей четырехполюсных стартер­ных элек­тродвигателей с волновой обмоткой имеют нечетное число пластин?

6.5. Какой тип щеткодержателей пршленяется в элек­тростар­терах?

6.6. Какие типы коллекторов применяются в электро­старте­рах?

6.7. Почему удерживающая и втягивающая обмотки тягового реле имеют одинаковое число витков, но намотаны проводами разного сечения?

6.8. Каково назначение пружин привода?

6.9. Можно ли в четырехполюсном электродвигателе с вол­новой обмоткой ограничиться установкой двух щеток?

Свойства электродвигателей оценивают по рабочим и механическим характеристикам. Рабочие характеристики - совокупность зависимостей напряжения на выводах стартера U_ct; полезной мощности Р₂; полезного момента на валу стартера М₂; частоты вращения n; угловой скорости w; КПД n от тока якоря Iя. Эти характеристики строятся на одном графике. Механические характеристики - n =f(М₂);

Скоростная, моментная и механическая характеристики зависят от магнитного потока и его изменения с изменением режима работы электродвигателя, то есть от способа возбуждения электродвигателя.

Магнитный поток в рабочем воздушном зазоре зависит от МДС на пару полюсов, т.е. от силы тока возбуждения I_В и числа витков в обмотке возбуждения.

26. Особенности конструкции и преимущества стартеров с постоянными магнитами и встроенным редуктором

При использовании постоянных магнитов исключается сопротивление обмотки возбуждения, которое составляет 0.3..0.5 суммарного сопротивления стартера. Как выше отмечалось мощность стартера определяется величиной суммарного сопротивления всех элементов цепи пусковой системы. Исключение обмотки возбуждения позволяет применить АКБ с большим внутренним сопротивлением и соответственно меньшей емкости при сохранении той же мощности. В результате можно сделать вывод, что применение постоянных магнитов в стартере позволяет снизить потребную емкость аккумуляторной батареи.

Еще одним положительным свойством стартеров с постоянными магнитами является меньшее проявление действия реакции якоря. Как выше отмечалось за счет анизотропных свойств магнита поток реакции якоря замыкается через корпус и поэтому получается значительно меньшим по величине по сравнению с аналогичной конструкцией с электромагнитным возбуждением. В стартерах с постоянными магнитами этот поток может быть еще больше ослаблен за счет выполнения прорезей вдоль корпуса по центру магнита, что еще больше увеличит магнитное сопротивление потоку поперечной реакции якоря. Уменьшение потока реакции якоря благотворно сказывается на коммутации.

Преимуществом стартеров с редуктором является возможность сделать электродвигатель стартера более высокооборотным, а следовательно и меньших габаритов, чем стартер той же мощности без редуктора. При этом резко снижается расход дефицитной и дорогостоящей меди. Еще большая экономия меди возможна благодаря применению постоянных магнитов вместо обмоток возбуждения.

Повышение быстроходности электродвигателя и применение редуктора требует для обеспечения надежной работы стартера:

· более высокого уровня технологии изготовления деталей стартера;

· применения новых конструктивных решений в конструкции стартера;

· применения новых материалов и новых технологий их получения.

Все это делает изготовление узлов стартера более дорогостоящим. Однако, затраты на производства окупаются за счет снижения металлоемкости и улучшения эксплуатационных качеств стартера. Стартер меньших габаритов и меньшей массы более удобен при компоновке его на ДВС. Решение задач связанных с производством стартеров с редуктором требует больших капитальных затрат, но несмотря на это производство стартеров со встроенным редуктором экономически выгодно.

Анализ конструкции и технологии стартеров с редукторами показывают, что для зарубежных фирм, решивших указанные выше конструкторские, материаловедческие и технологические проблемы, их производство не только дает экономию металла, но и является более выгодным, чем современное производство стартеров классической конструкции.

При одинаковой мощности масса стартера со встроенным редуктором на 25 40 % ниже массы стартера классической конструкции.

Стартеры с редуктором использовались на автомобиле уже давно, но до последнего времени встречались очень редко. Повышение мощностей двигателей, устанавливаемых на автомобилях, требовало использовать более мощные стартеры, а повышение компактности ДВС требует и более компактные стартеры. Дополнительно возникли проблемы с материальными ресурсами, в частности дефицит меди. В то же время возросший уровень технологии производства сделал возможным реализовать в массовом производстве конструкции стартеров с редукторами. Все эти причины привели к широкому использованию в настоящее время стартеров с редуктором.

Передаточное отношение редуктора, как правило, лежит в пределах 2,5. 4, в среднем 3,3.

Для стартеров с возбуждением от постоянных магнитов передаточное отношение выполняют более высоким (5 – 6).

В ряде случаев применение встроенного в стартер редуктора позволяет применить приводную шестерню с увеличенным числом зубьев до z=12, против обычного для стартеров без редуктора z =9. 10. Это улучшает условия зацепления шестерни стартера с зубчатым венцом маховика ДВС за счет увеличения степени перекрытия передачи и, в некоторой степени, КПД этой передачи.

Основные схемы редукторов стартера

Разработаны и серийно выпускаются стартеры с редукторами следующих типов:

Тип I цилиндрический редуктор с внешним зацеплением;

Тип II цилиндрический редуктор с внутренним зацеплением;

Тип III планетарный редуктор;

Тип IV Цилиндрический редуктор с паразитной шестерней.

Все редукторы этих типов выполняются одноступенчатыми, с прямозубыми шестернями. Схематическое изображение редукторов различных типов и их кинематические схемы показано на Рис. Помимо этого встречаются конструкции стартеров с двухступенчатыми редукторами.

За счет большого смещения шестерен стартер с редуктором типа I имеет значительный поперечный габарит, который возрастает с увеличением передаточного отношения. Преимуществом редуктора такого типа является технологичность изготовления его шестерен.

К недостаткам относится:

· значительное увеличение поперечного габарита по сравнению со стартерами без редуктора;

· радиальная нагрузка на якорь стартерного электродвигателя, что требует обязательного применения подшипников качения.

Стартер с редуктором типа II цилиндрический с внутренним зацеплением имеет несколько меньший поперечный габарит, чем стартер с редуктором типа I. Редуктор типа II несколько сложнее в изготовлении за счет наличия шестерни с внутренним зубом.

Стартер с планетарным редуктором (тип III) не имеет смещения оси корпуса относительно крышки со стороны привода, что позволяет наиболее просто компоновать стартер на двигателе и исключает сложности в его применении взамен стартеров без редуктора.

Внешне стартер с планетарным редуктором практически идентичен стартеру без редуктора. Габариты и масса стартера с планетарным редуктором значительно меньше стартеров без редуктора при тех же характеристиках. Планетарный редуктор имеет более высокий коэффициент полезного действия, чем редукторы типа I и II. Кроме того, он значительно снижает радиальные нагрузки на вал якоря стартерного электродвигателя, что улучшает условия работы подшипников якоря и дает возможность применить для вала подшипники скольжения. Технологически этот редуктор несколько сложнее редукторов типа I и II, однако, его сборка несколько проще по сравнению с ними за счет соосности основных деталей стартера. Коронная шестерня выполняется как правило из пластмассы.

Стартеры в редуктором типа IV цилиндрический с паразитной шестерней имеют продольный габарит близкий к габариту стартера без редуктора. Это достигается тем, что реле стартера расположено соосно приводной шестерне. КПД редуктора несколько ниже, чем у редукторов типа I и II. Отличительной особенностью редуктора является применение паразитной шестерни, расположенной между ведущей шестерней, закрепленной на наружной обойме роликовой муфты свободного хода. Все шестерни выполняются прямозубыми, с наружными зубьями. Паразитная шестерня установлена на роликовом подшипнике на оси, закрепленной в корпусе редуктора, в котором также размещен привод.

Типовая конструкции планетарного редуктора.

Основной конструктивной особенностью стартеров является их компоновка, отличающаяся от классической конструкции соосным расположением привода тягового реле стартера. При этом оси стартерного электродвигателя и привода не совпадают. Кинематически вал стартерного электродвигателя связан с выходным валом стартера посредством цилиндрического прямозубого редуктора с внешним зацеплением. По компоновочной необходимости в редуктор введена промежуточная паразитная шестерня. Ведущая шестерня редуктора выполнена заодно целое с валом стартерного электродвигателя. Ведомая шестерня расположена на приводе и выполнена заодно целое с наружной обоймой муфты свободного хода. Промежуточная шестерня вращается на роликовом подшипнике состоящем из пяти роликов установленных в пластмассовом сепараторе. Ось промежуточной шестерни запрессована в крышку редуктора.

С целью повышения компактности, ось промежуточной шестерни не лежит в плоскости осей электродвигателя и привода.

Ведущая шестерня редуктора съемная, соединяется с валом электродвигателя с помощью прямых накатных шлицев.

Подавляющие большинство современных стартеров с редуктором, разработанных и выпускаемых или подготавливаемых к выпуску зарубежными фирмами, имеют ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР, что может быть объяснено хорошими компоновочными свойствами и достаточной надежностью и долговечностью стартеров с таким типом редуктора.

Читайте также:

  
• Можно ли ехать без мочевины на мерседес
  
• Какие диски подходят на рено логан
  
• Как подключить сабвуфер к штатной магнитоле хонда аккорд 7
  
• Как откинуть морду на фольксваген т4
  
• Как открыть ниссан ноут если сел аккумулятор