Филиал.

Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования.

«Московский государственный индустриальный университет»

В г. Кинешме.

Контрольная работа по дисциплине

«Электрооборудование автомобиля и трактора»

Вариант №8

Работу выполнил студент

Группы 06А1

Шаблий А.А.

Проверил: преподаватель

Кинешма-2008.

Задания для контрольной работы.

1) Как устроен стартёр и чем отличаются приводы стартёров для карбюраторных и дизельных двигателей?

2) Для чего нужна и как устроена блокировка стартера?

Стартеры

Конструкция стартеров

Конструктивно электростартер объединяет в себе электродвигатель и механизм привода с электромагнитным тяговым реле, муфтой свободного хода и шестерней понижающего редуктора. В стартер может быть встроен дополнительный редуктор, если передаточное число от шестерни привода к венцу маховика недостаточно. Электростартеры классифицируют по способу возбуждения электродвигателя (последовательного, смешанного, с возбуждением от постоянных магнитов), типу привода, способу крепления на двигателе и степени защиты от окружающей среды. Рассмотрим особенности конструкции стартеров на конкретных примерах. Стартер состоит (рис. 1) из корпуса 18 с полюсами 3 и катушками обмотки возбуждения 2, якоря 19 с коллектором 27, пакетом пластин и обмоткой якоря 7, механизма привода с электромагнитным тяговым реле, муфтой свободного хода 15 и шестерней 14, крышек 12 (со стороны привода) и 22 (со стороны коллектора), щеточного узла со щеткодержателями, щетками и щеточными пружинами.

Корпус 18 стартера является частью магнитной системы электродвигателя, служит несущей конструкцией для крышек, воспринимает вращающий момент и передает его элементам крепления стартера на двигателе. Корпус выполняют из цельнотянутой трубы или стальной полосы с последующей сваркой стыка. К корпусу винтами прикреплены полюсы - на стартере их четыре. Полюсы состоят из магнитопровода и полюсных наконечников. Для обеспечения постоянного воздушного зазора по окружности между полюсами и якорем полюсы растачивают.



Рис. 1. Стартер:

1 - обмотка якоря; 2- обмотка возбуждения; 3 - полюс; 4 - контакты тягового реле; 5 - контакт замыкания добавочного резистора; 6 - обмотки тягового реле; 7 - якорь тягового реле; 8 - регулировочный винт-тяга; 9 - защитный кожух; 10 - рычаг; 11 - винт регулировки хода шестерни; 12 - крышка со стороны привода; 13 - упорное кольцо; 14 - шестерня; 15 - муфта свободного хода; 16 - пружина; 17 - поводковая муфта; 18 - корпус; 19 - якорь; 20 - защитная лента; 21 - коллектор; 22 - крышка со стороны коллектора.

На полюсах располагаются катушки обмотки возбуждения. Число катушек равно числу полюсов. Для намотки последовательной обмотки возбуждения используют неизолированный медный провод прямоугольного сечения. Между витками проложен электроизоляционный картон толщиной 0,2...0,4 мм. В стартерах со смешанным возбуждением для намотки катушек параллельной обмотки возбуждения применяют круглый изолированный провод с эмалевой изоляцией. Внешняя изоляция представляет собой хлопчатобумажную ленту, которую для повышения электрической и механической прочности пропитывают лаком.

Катушки в стартерах с последовательным возбуждением могут быть соединены последовательно, попарнопараллельно или параллельно. Катушки параллельной обмотки в стартерах смешанного возбуждения обычно соединяют последовательно. Между собой катушки соединены контактной сваркой или заклепками с последующей пайкой. Для экономии меди и уменьшения массы стартеров иногда применяются алюминиевые провода. В этом случае катушки соединяют методом холодной сварки.

Якорь 19 стартера имеет шихтованный сердечник в виде пакета стальных пластин толщиной 1,0...1,2 мм, что уменьшает потери на вихревые токи. Крайние пластины пакета из электроизоляционного картона предохраняют от повреждения изоляцию лобовых частей обмотки якоря. В электродвигателях стартеров применяют простые волновые и петлевые обмотки с одно- и двухвитковыми секциями. Большее распространение получили волновые обмотки, обладающие рядом преимуществ по сравнению с петлевыми - лучшие массогабаритные показатели, отсутствие специальных уравнительных соединений. Лобовые части обмотки якоря укрепляют бандажами из нескольких витков проволоки, хлопчатобумажного шнура или стекловолокнистого материала, пропитанного синтетическими смолами. Лобовые части секций изолируют одну от другой электроизоляционным картоном или полимерными трубами. Концы секций обмотки якоря укладывают в прорези петушков коллекторных ламелей, чеканят и соединяют с коллекторными ламелями пайкой.

Коллектор 21, составленный из медных ламелей, является наиболее ответственным узлом электродвигателя. Коллекторы подвергаются значительным электрическим, тепловым и механическим нагрузкам. В стартерах применяют сборные цилиндрические коллекторы на металлической втулке (стартеры большой мощности), а также цилиндрические и торцовые с пластмассовым корпусом.

Сборный коллектор состоит из отдельных пластин твердотянутой профильной меди и изолирующих прокладок из миканита, слюдинита или слюдопласта толщиной 0,4...0,9 мм. Цилиндрические коллекторы с пластмассовым корпусом набирают в виде пакета медных пластин и в специальной форме запрессовывают в пластмассу. Использование в качестве формирующего элемента пластмассы повышает монолитность, прочность коллектора и позволяет автоматизировать процесс его изготовления. Пластмассовый корпус изолирует коллекторные ламели и воспринимает нагрузки.

Рабочая поверхность торцового коллектора находится в плоскости, перпендикулярной оси вращения якоря (рис. 2). При этом снижается расход меди, уменьшается длина стартера, повышается уровень механизации и автоматизации производства коллекторов. Пакет якоря и коллектор напрессовывают на вал, вращающийся в двух или трех опорах с подшипниками из порошкового материала или бронзографитными. Подшипники скольжения расположены в крышках и промежуточной опоре. Смазочный материал в подшипники закладывается в процессе производства и добавляется при обслуживании стартеров в эксплуатации. В стартерах большой мощности подшипники имеют масленки с резервуарами и смазочными фильцами. Промежуточную опору обычно устанавливают в стартерах с диаметром корпуса 115 мм и более. При ее применении уменьшаются прогиб вала и износ подшипников. Промежуточные опоры в виде диска из чугуна, стали или алюминиевого сплава зажимают между корпусом и передней крышкой и крепят к передней крышке.

Непосредственно к коллекторной крышке или к траверсе заклепками и винтами прикреплены щеткодержатели 4. Щеткодержатели изолированных щеток отделены от крышек прокладками из текстолита или другого изоляционного материала. Щеткодержатели обеспечивают правильное расположение и необходимое усилие прижима щеток к рабочей поверхности коллектора. Надежность электрического контакта между щеткой и коллектором в значительной мере определяется усилием, с которым щетка прижимается к коллектору пружиной 2, и изменением этого усилия в процессе изнашивания щетки и уменьшения ее высоты. Начальное давление пружин на щетке находится в пределах 30...130 кПа. Применяют спиральные пружины из ленточной стали или витые цилиндрические пружины.

 

Рис. 2. Электростартер с торцовым коллектором:

1 - вал якоря; 2 и 3 - соответственно упорное и замковое кольца; 4 - шестерня; 5 - рычаг привода; 6 - тяга реле; 7 - уплотнительная заглушка; 8 - обмотка возбуждения; 9, 10, 13 и 15 - соответственно якорь, корпус, «сердечник и крышка тягового реле; 11 и 12 - соответственно удерживающая и втягивающая обмотки; 14 - подвижный контакт; 16 - контактныеболты; 17 - бандаж лобовой части обмотки якоря; 18 - обмотка якоря; 19 - защитный кожух; 20 - щетка; 21 - вкладыш подшипника; 22 - торцовый коллектор; 23 и 27- соответственно коллекторная и передняя крышки; 24 - якорь электродвигателя; 25 - корпус; 26 - поводковая муфта; 28 - роликовая муфта свободного хода.

Щетки торцовых коллекторов (см. рис. 2.) размещены в пластмассовой или металлической траверсе и прижаты к рабочей поверхности коллектора витыми цилиндрическими пружинами, что позволяет сохранить постоянство прижимных усилий в течение длительного срока службы. В стартерах применяют меднографитовые щетки с добавлением олова и свинца, причем содержание графита в щетках больше у мощных стартеров и у стартеров с тяжелыми условиями коммутации. Конструкция кожуха (приводной крышки) 9 (см. рис. 1) зависит от материала, типа механизма привода, способа крепления стартера на двигателе и тягового реле на стартере. Шестерня привода стартера может быть установлена между опорами под приводной крышкой или консольно за ее пределами. Консольное расположение шестерни характерно для стартеров с инерционным приводом, с перемещающимся якорем, с тяговым реле, встроенным в переднюю крышку соосно приводу или размещенным в коллекторной крышке. Разработаны конструкции стартеров с одной опорой в коллекторной крышке (см. рис. 2.2). Другая опора вала со стороны привода расположена в картере маховика двигателя. Стартеры, предназначенные для тяжелых условий работы на большегрузных автомобилях и тракторах, отличаются большой степенью герметизации. Например, в стартере СТ142 для дизелей (рис. 2.14) герметизация обеспечивается установкой в местах разъема резиновых колец 12 и 77, применением пластмассовых

Рис. 3. Стартер для дизелей:

1 - болт траверсы; 2 - пружина щеткодержателя; 3 - металлическая втулка коллектора; 4 - нажимное металлическое кольцо; 5 - изоляционный корпус коллектора; 6- войлочный фильц; 7 - радиальный щеткодержатель; 8 - траверса; 9 и 28 - болты крепления соответственно коллекторной и приводной крышек; 10 и 20 - соответственно коллекторная и приводная крышки; 11 -щетка; 12\л 17- резиновые уплотнительные кольца; 13 -корпус; 74-полюс; 75 и 18- соответственно шток и якорь тягового реле; 16-тяговое реле; 19-сильфон; 21 -рычаг включения привода; 22- шестерня привода; 23 -упорная шайба; 24 - вкладыш подшипника; 25-храповичная муфта свободного хода; 26 - промежуточная опора; 27- манжета; 29-вкладыш промежуточного подшипника; 30 якорь электродвигателя; 31 -коллектор

Автомобильные стартеры, имея идентичные по конструкции электродвигатели, могут существенно отличаться по конструкции приводных механизмов. По типу и принципу работы механизма привода можно выделить следующие основные группы стартеров:

- с принудительным механическим или электромеханическим перемещением шестерни привода;

- с принудительным электромеханическим вводом шестерни в зацепление с венцом маховика и самовыключением шестерни после пуска двигателя; - с инерционным перемещением шестерни;

- с электромагнитным вводом шестерни в зацепление за счет перемещения якоря.

На отечественных автомобилях применяются стартеры с принудительным вводом шестерни в зацепление. Для предотвращения разноса якоря после пуска ДВС на валу стартера устанавливают муфту свободного хода, которая передает усилие от якоря к шестерне и проскальзывает, когда шестерня вращается маховиком двигателя.

Надежность работы муфт свободного хода снижается с повышением мощности стартера. Поэтому в стартерах большой мощности устанавливают комбинированные приводные механизмы с принудительным вводом шестерни в зацепление и ее автоматическим инерционным выключением. Преимуществами инерционных приводов являются относительная простота конструкции, малые размеры и стоимость. Однако включение шестерни сопровождается значительными ударными нагрузками, что ограничивает область их применения стартерами мощностью до 1 кВт. Зацепление шестерни при осевом перемещении якоря за счет магнитодвижущей силы полюсов стартерного электродвигателя используется за рубежом на стартерах мощностью 3...5 кВт. Стартеры обладают компактной конструкцией, хорошо компонуются на двигателях, но имеют повышенный расход меди и работают ненадежно при стоянке автомобилей на уклонах. Приводные механизмы электростартеров с принудительным перемещением шестерни имеют роликовые, фрикционные или храповые муфты свободного хода, которые передают вращающий момент от вала стартера к коленчатому валу ДВС во время пуска и, работая в режиме обгона, автоматически разъединяют стартер и ДВС после пуска. Наибольшее распространение получили приводные механизмы с роликовыми муфтами свободного хода, в которых заклинивание роликов происходит благодаря возникновению сил трения в сопряженных деталях. На рис. 4. представлен в упрощенном виде принцип работы роликовой муфты. При включении стартера крутящий момент от наружной ведущей обоймы передается роликами на внутреннюю обойму при заклинивании роликов. Как только двигатель будет запущен (сот < оог) наружная обойма станет ведомой (ведущим будет зубчатый венец маховика), ролики расклиниваются и муфта начинает пробуксовывать. Динамические характеристики муфты определяются комплексом сил, действующих на ролик в процессе прокручивания вала ДВС и после его запуска.

Рис. 4. Схема действия сил в роликовой муфте свободного

Такими силами являются: Рц - центробежная сила инерции, резко возрастающая после пуска двигателя и имеющая нормальную Рн и тангенциальную Рт составляющие; сила тяжести ролика тg\ нормальная реакция в месте контакта с внутренней обоймой N; усилие прижимной пружины Рпр, сила трения на поверхности соприкосновения ролика с обоймой FTp. Рабочие поверхности наружной обоймы выполняются по сложной кривой (спираль Архимеда или логарифмическая кривая). Одним из основных параметров муфты является угол заклинивания а. В зависимости от а изменяются нагрузки, действующие на обоймы привода, и тангенциальная сила инерции Рт, действующая на прижимное устройство в момент работы роликовой муфты в режиме обгона. В стартерных приводах угол заклинивания лежит в пределах 4...6°. Для обеспечения надежного контакта роликов с рабочими поверхностями применяют прижимные устройства, по типу конструкции которых роликовые муфты подразделяются на плунжерные и бесплунжерные. В плунжерных роликовых муфтах (рис. 5.) при увеличении частоты вращения (в режиме обгона) действующая на ролики 1 центробежная сила возрастает, а момент трения между роликами и ведомой обоймой 14 уменьшается. Под действием центробежной силы ролики, преодолевая сопротивление прижимных пружин 3, перемещаются в широкую часть клиновидного пространства. При этом муфта проскальзывает и предохраняет стартер от разноса. Однако при неустойчивом пуске, когда возникают пропуски воспламенения в отдельных цилиндрах ДВС, создаются значительные ускорения. При этом действующие на ролики центробежные силы достигают больших значений и могут превысить создаваемые прижимными пружинами усилия, что вызывает динамическую пробуксовку муфты. В муфтах свободного хода с бесплунжерными устройствами заклинивание роликов происходит за счет перемещения толкателей (рис. 2.17) или сепараторов с пазами, в которых размещены ролики. 2 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Рис. 5. Привод стартера с плунжерной роликовой муфтой свободного хода:

1 - ролики; 2 - плунжер; 3 и 11 - соответственно прижимная и буферная пружины; 4 - упоры пружины; 5и 14 -соответственно наружная ведущая и ведомая обоймы, 6 и 10 - замковые кольца; 7 - чашка; 8 - пружина; 9 - втулка отвода; 12 - шлицевая направляющая втулка; 13 - центрирующее кольцо; 75-металлическая пластина, 16 - кожух муфты; 17- шестерня привода; 18- вкладыш

В первом случае витые цилиндрические пружины 3 одним концом упираются в выступ толкателей 2, а другим - в отогнутые лепестки пластины 13, соединенные с наружной обоймой, закрывающей ее рабочую полость. В муфтах с групповыми прижимными устройствами используется одновитковая пружина кручения, закрепляемая одним концом на сепараторе, а другим на наружной ведущей обойме. Сепараторная конструкция прижимного устройства обеспечивает надежную фиксацию роликов и равномерное распределение нагрузки на них. Благодаря отсутствию отверстий под плунжеры в бесплунжерных муфтах свободного хода повышается прочность обоймы. Общее взаимодействие элементов конструкции стартера (см. рис. 1/) при запуске двигателя следующее. Якорь 7 тягового реле, втягиваясь магнитным полем обмоток 6, перемещает рычаг 10 и связанную с ним муфту 17 привода. При этом шестерня 14 стартера входит в зацепление с венцом маховика двигателя. Подвижной контакт тягового реле замыкает цепь батарея -стартер, и якорь последнего начинает вращаться. Если шестерня не вошла в зацепление с венцом маховика (так называемое «утыкание» шестерни стартера в зубцы венца маховика), то рычаг 10 будет продолжать перемещаться, сжимая пружину 16. Как только якорь начнет вращаться, шестерня повернется и под действием пружины 16 ее зубья войдут во впадины между зубьями венца маховика.

Рис 6. Привод стартера с бесплунжерной муфтой свободного хода: 1 - ролик; 2 - Г- образный толкатель, 3 и 9- соответственно прижимная и буферная пружины, 4 и 8- замковые кольца; 5 - чашка; 6- пружина; 7 - втулка отвода; 10 -шлицевая направляющая втулка; 11 и 15 - соответственно центрирующее и войлочное кольца; 12 и 77-соответственно наружная ведущая и ведомая обоймы; 13- пластина с отогнутыми лепестками; 14 - специальная шайба, 16- кожух муфты; 18 - шестерня; 19-вкладыш

В случае если шестерня привода не вышла из зацепления с венцом маховика после пуска двигателя, срабатывает муфта свободного хода 15 и вращение от двигателя не передается на якорь, что предохраняет его от разноса.

В стартерах большой мощности (более 5 кВт) роликовые муфты работают ненадежно, поэтому для них разработаны специальные конструкции приводов. Двигатели КамАЗ и некоторые другие дизели оснащены стартером, в приводном механизме которого применяется храповая муфта свободного хода (рис. 7.). Детали привода расположены на направляющей втулке 12, имеющей прямые внутренние шлицы и многозаходную ленточную наружную резьбу. Направляющая втулка может перемещаться вместе с приводом по шлицам вала стартера. На наружной резьбе втулки 12 расположена ведущая половина 8 храповой муфты. Ведомая половина 6 выполнена как одно целое с шестерней и может свободно вращаться на втулке 12 в бронзографитовых подшипниках. Торцы половин храповой муфты снабжены зубцами и прижимаются один к другому пружиной 10. Ведомая половина 6 заперта в корпусе 11 замковым кольцом 5. Замковое кольцо 15 удерживает корпус 11 от перемещения вдоль втулки 12. Для амортизации ударов при включении стартера пружина 10 упирается в корпус 11 через стальную шайбу 13 и резиновое кольцо 14. Для предотвращения изнашивания двигатель запущен, а стартер еще не выключен, предусмотрен механизм блокировки. Внутри ведомой половины 6 муфты находятся три пластмассовых сухаря 3 с радиальными отверстиями, в которые входят направляющие штифты 4. Наружная поверхность сухарей имеет коническую фаску, прилегающую к выточке стальной конической втулки 7, установленной в ведущей половине 8 муфты. Пружина 10 через втулку 7 прижимает сухари 3 к направляющей втулке 12. При передаче вращающего момента от вала стартера к венцу маховика возникает осевое усилие, прижимающее ведущую и ведомую половины храповой муфты. Как только ДВС будет пущен, произойдет пробуксовка храповой муфты, так как изменится направление передаваемого усилия на шестерне стартера (при пуске - от шестерни к венцу, а при работающем двигателе - от венца к шестерне). Во время пробуксовки ведущая половина 8 отодвигается от ведомой б, сжимая пружину 10. Вместе с ведущей половиной 8 отодвигается втулка 7, освобождая сухари 3, которые под действием центробежных сил перемещаются вдоль штифтов 4 и блокируют муфту в расцепленном состоянии. После выключения стартера ведущая половина 8 под действием пружины 10 прижмется к ведомой 6 и втулка /установит сухари 3 в исходное положение.

Рис. 7. Механизм привода с храповой муфтой свободного хода:

1 - вкладыш подшипника; 2- шестерня; 3-сегмент (сухарик); 4 - направляющий штифт; 5 и 15 - замковые кольца; 6 и 8- соответственно ведомая и ведущая половины храповой муфты; 7 и 12 - соответственно коническая и шлицевая направляющая втулки; 9 и 13 - шайбы; 10 - пружина; 11 - корпус; 14 - буферное резиновое кольцо. При упоре шестерни стартера в зубья венца маховика корпус 11 привода под действием усилия тягового реле вместе с направляющей втулкой 12 продолжает перемещаться вдоль шлицев вала стартера, сжимая пружину 10. При этом ленточная резьба втулки 12 заставляет поворачиваться ведущую половину 8 и шестерню стартера (до 30°), что обеспечивает ее зацепление с венцом маховика.

 

Рис. 8. Механизм привода стартера:

1- вал якоря; 2 - стакан; 3 - рычаг; 4 - буферная пружина; 5 - шайба; 6 - гайка; 7 - пружина; 8 - шестерня, 9 - упорное кольцо; 10 - спиральный паз,

На рис. 8. изображен механизм привода стартера дизельных двигателей. На специальных шлицах вала якоря 1 установлены гайка 6 и шестерня 8. Гайка двумя внешними выступами входит в продольные пазы этой шестерни. Между гайками и хвостовиком шестерни помещена пружина 7. На вал якоря свободно посажен стакан 2 со спиральным пазом 10. На опорной втулке стакана размещены буферная пружина 4 и шайба 5. Ход шестерни на валу ограничивает упорное кольцо 9. При включении стартера тяговое реле, действуя на рычаг 3, перемещает стакан 2. При этом опорная втулка нажимает на ведущую гайку 6 и продвигает ее вместе с шестерней до упорного кольца 9. Если зубья шестерни упираются в зубья венца маховика, то ведущая гайка 6 сжимает пружину 7 и поворачивает шестерню 8, так как шлицевые пазы в шестерне 8 шире шлицев вала якоря 1. В первый момент пуска двигателя стакан 2 поворачивается благодаря трению и по спиральному пазу 10 отводится назад в исходное положение, освобождая место для отхода шестерни. Как только двигатель будет пущен, венец маховика начнет вращать шестерню стартера, и она, перемещаясь по спиральным шлицам, отойдет в первоначальное положение. Абсолютное большинство современных автомобильных стартеров имеет принудительное электромагнитное включение и выключение шестерни. Приводные механизмы этих стартеров имеют дистанционно управляемые тяговые реле. Электромагнитные тяговые реле отличаются по конструкции и способу крепления на стартере. Большинство отечественных стартеров имеют двухобмоточные реле, устанавливаемые на приливе приводной крышки. Двухобмоточное тяговое реле стартёра (см. рис. 1) имеет две обмотки: втягивающую и намотанную на нее удерживающую, которые расположены на латунной втулке. В ней свободно перемещается стальной якорь 7. Удерживающая обмотка рассчитана только на удержание якоря 7 в притянутом состоянии. Она наматывается проводом меньшего сечения и имеет самостоятельный вывод на массу. Удерживающая обмотка работает длительное время и больше нагревается. Втягивающая обмотка подключена параллельно силовым контактам 4 реле. При включении реле она совместно с удерживающей обмоткой создает необходимую силу притяжения. При замыкании силовых контактов реле втягивающая обмотка отключается. Тяговое реле связано рычагом 10 с приводным механизмом. Два пальца нижней разветвленной части рычага соединены с поводковой муфтой 17. На стартерах малой мощности могут применяться однообмоточные тяговые реле. Существуют конструкции стартеров, у которых тяговые реле расположены соосно с валом стартера либо в крышке со стороны привода, либо в крышке со стороны коллектора.

Стартер с редуктором. Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной характеристики электропускового устройства с пусковыми характеристиками ДВС, является передаточное число Iдс привода от стартера к двигателю. Этот параметр оказывает влияние на угол наклона механической характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу ДВС. Для каждого двигателя и заданных условий пуска существуют оптимальные передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики пускового устройства. Однако при безредукторной передаче передаточное число Iдс может быть не более 16, что ограничивается условиями механической прочности ведущей шестерни стартера.

С другой стороны, увеличение передаточного числа позволяет уменьшить размеры и соответственно массу электродвигателя стартера, так как эти параметры изменяются обратно пропорционально частоте вращения вала. Последние годы одним из главных направлений совершенствования систем пуска является уменьшение массы активных материалов, стоимость которых составляет около 50% себестоимости стартера. При этом, помимо использования таких известных методов, как замена медных проводов обмоток на более легкие алюминиевые и уменьшение габаритов за счет применения изоляции более высокого класса нагревостойкости, все более широко стали применяться высокооборотные малогабаритные стартерные электродвигатели с встроенным редуктором.

В конструкциях стартеров с редуктором между ротором электродвигателя и шестерней, сидящей на выходном валу стартера, встраивается редуктор, понижающий частоту вращения в 3...4 раза. При этом частота вращения вала электродвигателя может быть повышена до 15 000 ... 20 000 мин-1 в режиме холостого хода. Блок электродвигателя представляет собой механизм с малыми размерами, высокой частотой вращения и низким моментом. Конструктивно редукторы могут быть выполнены простыми рядными с внешним или внутренним зацеплением (рис. 9.), а также планетарными. Наиболее перспективным является так называемый планетарный редуктор Джемса (рис. 10.), применяемый для передачи движения с небольшими замедлениями (5...7). Его достоинствами является симметричность передаваемых усилий, компактность и высокий КПД, превосходящий КПД соответствующих простых редукторов (см., например, рис. 2.22). Передаточное число такого редуктора:Ip=1+Zц/Zв,где zu и zB - число зубьев соответственно центрального неподвижного колеса 13 (см. рис. 2.23) и ведущей шестерни 10.



Рис. 9. Стартер с редуктором внутреннего зацепления

1 - передняя крышка; 2- приводной рычаг, 3 и 4 -соответственно якорь и обмотки тягового реле; 5 - контактный диск; 6- обмотка возбуждения; 7- щетка; 8 - подшипник; 9 - коллектор; 10- якорь электродвигателя; 11 - ведущая шестерня редуктора; 12- ведомое зубчатое колесо с внутренним зацеплением; 13- роликовая муфта свободного хода; 74-шестерня привода; 75-вал привода

Стартер применяется на легковых автомобилях с бензиновыми двигателями с объемом до 5 литров или дизельными с объемом до 1,6 литра. Стартер имеет меньшие размеры и на 40% меньшую массу чем традиционные стартеры, спроектированные для тех же целей и обеспечивает эквивалентную или большую мощность.

Рис. 10. Стартер Bosch:

1 - крышка со стороны привода; 2 - шестерня привода; 3 - тяговое реле; 4 - клемма; 5 - крышка со стороны коллектора; 6 - щеткодержатель с графитными щетками; 7- коллектор; 8 - якорь; 9 - постоянные магниты; 10 - статор (корпус); 11 - планетарный редуктор; 12 - приводной рычаг; 13 - механизм привода.

На рис. 10. представлен стартер Bosch со встроенным редуктором и возбуждением от постоянных магнитов, а на рис. 11. отдельно его якорь с планетарным механизмом. Особенностями конструкций стартеров с редукторами являются: малые размеры и масса электродвигателя; уменьшение нагрузки на аккумуляторную батарею при пуске ДВС в связи с применением электродвигателя с малым моментом (малые разрядные токи); повышение возможностей пуска двигателя при низких температурах; снижение выходной мощности при малых нагрузках; более тяжелые условия работы муфты свободного хода, повышенный шум из-за высокой частоты вращения вала электродвигателя и наличия редуктора; тяжелые условия работы щеточно-коллекторного узла электродвигателя в связи с большой скоростью коммутации. Применение стартеров с редукторами потребовало в значительной степени изменить технологию их изготовления. В частности, для увеличения механической прочности быстровращающихся частей стали применять более прочную изоляцию обмоток якоря, заменять лайку соединений в главных цепях сваркой, точно балансировать вращающиеся части и т. п.

Рис. 11. Якорь и планетарный редуктор стартера Bosch:

1 - вал водила планетарной передачи с винтовыми шлицами; 2 - зубчатое колесо с внутренним зацеплением; 3 - планетарные шестерни (сателлиты); 4 - солнечное колесо на валу якоря; 5 - якорь; 6 - коллектор

Стартер ЛАДА 2107 (ВАЗ 2107)

Рисунок 12

*1. Шестерня привода;

*2. Упорное полукольцо обгонной муфты;

*3. Ролик обгонной муфты;

*4. Центрирующее кольцо обгонной муфты;

*5. Наружное кольцо обгонной муфты;

*6. Кожух обгонной муфты;

*7. Ось рычага привода включения шестерни стартера;

*8. Уплотнительная заглушка крышки стартера;

*9. Рычаг привода включения шестерни стартера;

10. Тяга якоря реле;

11. Крышка стартера со стороны привода;

12. Возвратная пружина якоря реле;

13. Якорь реле стартера;

14. Скользящая втулка;

15. Передний фланец реле;

16. Обмотка реле;

17. Стержень якоря;

18. Скользящая втулка стержня якоря;

19. Сердечник реле;

20. Фланец сердечника;

21. Щека каркаса обмотки реле;

22. Пружина стержня якоря;

23. Стяжной болт реле стартера;

24. Контактная пластина;

25. Верхний контактный болт;

26. Крышка реле;

27. Нижний контактный болт;

28. Крышка стартера со стороны коллектора;

29. Внутренняя изолирующая пластина положительного щеткодержателя;

30. Тормозной диск крышки;

31. Тормозной диск вала якоря;

32. Клемма щетки стартера;

33. Коллектор;

34. Пружина щетки:

35. Щеткодержатель;

36. Щетка стартера;

37. Вал якоря;

38. Втулка крышки стартера;

39. Шунтовая катушка обмотки статора;

40. Полюс статора;

41. Корпус стартера:

42. Обмотка якоря;

43. Ограничитель хода выключения шестерни:

44. Ограничительный диск хода шестерни;

45. Поводковое кольцо;

46. Центрирующий диск;

47. Ступица обгонной муфты;

48. Буферная пружина;

49. Вкладыш ступицы обгонной муфты;

50. Втулка шестерни привода;

51. Ограничительное кольцо хода шестерни;

52. Стопорное кольцо;

53. Упорная шайба вала якоря;

54. Регулировочная шайба осевого свободного хода;

55. I.Схема работы обгонной муфты;

56. II.Схема включения стартера.

Стартер автомобиля ваз 2107 представляет собой четырехщеточный, четырехполюсный электродвигатель постоянного тока. Стартер установлен на автомобиле ваз 2107 с правой стороны блока цилиндров и крепится тремя болтами к картеру сцепления. Примечание. В зависимости от комплектации на автомобиль ваз 2107 могут быть установлены стартеры моделей 4216.3708-02 или 5722.3708. Стартер состоит из корпуса, якоря с шестерней привода и обгонной муфтой, двух крышек и тягового электромагнитного реле. Крышки и корпус стартера стянуты в единое целое двумя шпильками, проходящими внутри. Шпильки изолированы от обмоток статора пластмассовыми трубками. Между передней крышкой стартера и корпусом установлена перегородка с резиновым уплотнительным кольцом. Якорь стартера состоит из вала, сердечника с обмоткой и коллектора. Вал якоря вращается в двух бронзографитовых втулках, запрессованных в крышках стартера. На переднем конце вала стартера 4216.3708-02 установлена шестерня привода, жестко соединенная со ступицей роликовой обгонной муфты и поводковым кольцом. Перемещение шестерни на валу ограничивается кольцом. На внутренней поверхности ступицы выполнены винтовые шлицы, входящие в зацепление с винтовыми шлицами вала. В проточку поводкового кольца заходят втулки, установленные на концах вилки рычага привода. Другим концом рычаг опирается на шток электромагнитного тягового реле, закрепленного на передней крышке стартера тремя винтами. Привод стартера 5722.3708 отличается наличием планетарного редуктора. В задней крышке стартера установлен щеткодержатель с двумя изолированными от корпуса (положительными) и двумя замкнутыми на корпус (отрицательными) щетками. Щетки стартера прижаты к коллектору якоря пружинами.

Тяговое реле стартера подключается через реле включения, расположенное в моторном отсеке на правом брызговике автомобиля ваз 2107 (в вариантном исполнении автомобиля ваз 2107 реле включения стартера может отсутствовать).

Тяговое реле служит для ввода шестерни привода стартера в зацепление с венцом маховика и для замыкания цепи питания обмоток якоря и статора. В крышке реле установлены контактные болты. Один болт соединен проводом с плюсовым выводом аккумуляторной батареи, а другой -- с обмотками статора и реле. При повороте ключа зажигания в положение II («стартер»), напряжение подается на вывод «50» крышки тягового реле. При этом возникающее магнитное поле втягивает якорь. Контактная пластина замыкает контактные болты, а шток воздействует на рычаг привода. Рычаг, перемещая шестерню привода, вводит ее в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя. Через замкнутые контакты реле протекает ток питания статора и якоря. В результате взаимодействия магнитных полей начинает вращаться якорь стартера вместе со ступицей и наружным кольцом обгонной муфты. При этом ролики обгонной муфты заклиниваются между наружным и внутреннем кольцом муфты. Крутящий момент от вала якоря передается через муфту и шестерню привода к венцу маховика. После запуска на автомобиле ваз 2107 двигателя частота вращения шестерни начинает превышать частоту вращения вала якоря стартера. Ролики муфты расклиниваются и крутящий момент от маховика не передается на вал якоря стартера. При возвращении ключа в положение I («зажигание») цепь питания обмоток тягового реле размыкается и под действием возвратной пружины реле якорь возвращается в исходное положение, размыкая контакты и выводя шестерню привода из зацепления.

Для пуска двигателя применяется стартер СТ-221 мощностью 1, 3 кВт, с электромагнитным включением шестерни привода, с роликовой обгонной муфтой и дистанционным управлением. С 1986г. на автомобилях устанавливается взаимозаменяемый стартер 35.3708 с двухобмоточным тяговым реле и торцевым коллектором. Стартер СТ-221 представляет собой четырехшеточный, четырехполюсный электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением и состоит из корпуса 41 с обмотками возбуждения, якоря с приводом, двух крышек 11 и 28 и тягового электромагнитного реле. Крышки и корпус стянуты в единое целое двумя шпильками, ввернутыми в крышку И. Внутри стального корпуса закреплены винтами четыре полюса 40. На полюсы надеты катушки обмотки. Корпус вместе с полюсами и катушками образует статор стартера. Две катушки обмотки статора являются сериесными, т.е. соединены с обмоткой якоря последовательно, а две другие шунтовыми, присоединенными параллельно обмотке якоря. Поэтому возбуждение стартера и называется смешанным. Оно обеспечивает сравнительно низкую частоту вращения якоря на холостом ходу без нагрузки, что уменьшает износ втулок подшипников вала якоря, облегчает условия работы обгонной муфты и предотвращает разнос якоря. Якорь стартера состоит из вала 37, сердечника с обмоткой 42 из медной ленты и коллектора 33, выполненного в виде пластмассовой втулки с залитыми в ней медными пластинами. Вал якоря вращается в двух металлокерамических втулках 38, запрессованых в крышки стартера и пропитанных маслом. Осевой свободный ход вала якоря регулируется подбором шайб 54 и должен быть в пределах 0,07-0.7 мм (у стартера 35.3708 - не более 0, 5 мм). На переднем конце вала якоря установлен привод стартера, состоящий из роликовой обгонной муфты и шестерни 1. Назначение обгонной муфты - передавать крутящий момент от вала якоря стартера к венцу маховика при пуске двигателя, а после пуска, работая в режиме обгона, не допускать передачи крутящего момента от маховика на якорь. Иначе может произойти выброс обмотки якоря из пазов сердечника из-за "разноса" чрезмерно высокой частоты вращения якоря маховиком работающего двигателя. Обгонная муфта состоит из наружного кольца 5 с роликами 3 и внутреннего кольца, объединенного с шестерней 1 привода. Наружное кольцо имеет три паза с отверстиями, в которых находятся стальные ролики с пружинами, плунжерами и направляющими стержнями. Лазь для роликов - с переменной шириной. В широкой части паза ролики могут свободно вращаться, а в узкой - заклиниваются между наружным и внутренним кольцами. Электромагнитное тяговое реле стартера служит для ввода шестерни привода в зацепление с венцом маховика и для замыкания цепи питания обмоток якоря и статора. Магнитную систему реле образуют фланцы 15 и 20, ярмо (окружающее обмотку) и сердечник 19, запрессованный во фланец 20. На каркасе из латунной трубки и пластмассовых щек намотана катушка реле. На стартерах выпуска 1981г. имеется две обмотки: удерживающая и втягивающая. Обе обмотки намотаны в одну сторону. Начала обмоток припаяны к штекеру "50". Конец удерживающей обмотки приварен к фланцу 20 реле (т.е. соединен с "массой"), а конец втягивающей обмотки соединен с нижним контактным болтом 27 реле. Стартер 35.3708 отличается от стартера СТ-221 применением торцевого коллектора и обмотками статора. Торцевой коллектор выполнен в виде пластмассового диска с залитыми в нем медными пластинами. Такой коллектор способствует более стабильной и длительной работе щеточного контакта, уменьшается расход меди, и снижается масса стартера. Обмотка статора состоит из трех сериесных и одной шунтовой катушки, что позволило увеличить крутящий момент якоря. В остальном конструкция стартера 35.3708 такая же, как у стартера СТ-221. Работа стартера. При повороте ключа в положение И ("Стартер") замыкаются контакты "30" и "50" выключателя зажигания, и через обмотки тягового реле начинает протекать ток. Под действием этого тока возникает магнитное усилие около 10-12 кгс, втягивающее якорь реле до соприкосновения с сердечником 19. При этом контактная пластина замыкает контакты 25 и 27. У стартера с двухобмоточным тяговым реле при замыкании контактных болтов втягивающая обмотка обесточивается, так как оба ее конца оказываются со единенными с "плюсом" аккумуляторной батареи. Поскольку якорь уже втянут в реле, то для удержания якоря в этом положении требуется сравнительно небольшой магнитный поток, который и обеспечивает одна удерживающая обмотка. Передвигаясь, якорь реле через рычаг 9 перемешаем обгонную муфту с шестерней. Ступица обгонной муфты, проворачиваясь на винтовых шлицах вала якоря стартера, поворачивает также и шестерню 1, что облегчает ее ввод в зацепление с венцом маховика. Кроме того, фаски на боковых кромках зубьев шестерни и венца маховика, а также буферная пружина, передающая усилие от рычага 9 ступице 47 муфты, облегчают ввод шестерни в зацепление и смягчают удар шестерни в венец маховика. Через замкнутые контакты реле идет ток питания статора и якоря. Якорь стартера начинает вращаться вместе со ступицей 47 и наружным кольцом обгонной муфты. Поскольку ролики муфты смещены пружинами в узкую часть паза наружного кольца, а шестерня тормозится венцом маховика, то ролики заклиниваются между кольцами обгонной муфты, и крутящий момент от вала якоря передается через муфту и шестерню к венцу маховика. После пуска двигателя частота вращения шестерни начинает превышать частоту вращения якоря стартера. Внутреннее кольцо обгонной муфты (объединенное с шестерней) увлекает ролики в широкую часть паза наружного кольца 5, сжимая пружины плунжеров. В этой части паза ролики свободно вращаются, не заклиниваясь, и крутящий момент от маховика двигателя не передается на вал якоря стартера. После возвращения ключа в положение 1 ("Зажигание") цепь питания обмоток тягового реле размыкается. Якорь реле под действием пружины 12 возвращается в исходное положение, размыкая контакты 25 и 27 и возвращая обгонную муфту с шестерней в исходное положение. Пружина 12 через рычаг, диск 44 и ограничитель 43 давит на якорь в сторону крышки 28. Стальной тормозной диск 31 вала якоря упирается в тормозной диск 30 крышки, и якорь быстро прекращает вращение. У стартера 35.3708 торможение якоря происходит за счет трения щеток о коллектор.

Система пуска двигателя

Система пуска двигателя включает в себя (рис.13 а ,б , в ):

· стартер с тяговым реле и механизмом привода,

· реле включения стартера,

· замок зажигания.

Стартер (рис. 13) представляет собой мощный электрический двигатель постоянного тока, который служит для запуска двигателя автомобиля. Простым поворотом ключа в замке зажигания в положение «Запуск», ток через реле подается от аккумуляторной батареи на обмотки стартера и двигатель запускается.

Рис. 13( а ). Схема системы пуска двигателя а) стартер выключен 1 - корпус стартера; 2 - вал якоря стартера; 3 - шестерня привода с муфтой свободного хода; 4 - рычаг привода шестерни; 5 - обмотки тягового реле; 6 - якорь тягового реле; 7 - контактная пластина; 8 - контактные болты; 9 - обмотки стартера; 10 - якорь стартера; 11 - коленчатый вал двигателя; 12 - зубчатый венец маховика

Рис. 13(б) Схема системы пуска двигателя б) стартер включен

Рис. 13(в) Схема системы пуска двигателя в) схема электрической цепи стартера 1 - аккумуляторная батарея; 2 - предохранитель; 3 - замок зажигания; 4 - реле стартера

Работа стартера состоит из трех этапов: 1. Механизм привода стартера вводит шестерню на валу якоря в зацепление с зубчатым венцом маховика. 2. Начинается вращение вала якоря стартера вместе с шестерней, которая проворачивает коленчатый вал двигателя через маховик, тем самым, запуская двигатель. 3. После начала работы двигателя, механизм привода выводит шестерню стартера из зацепления с зубчатым венцом маховика.

Отличие приводов стартёров карбюраторных и дизельных двигателей

Стартер СТ103, устанавливаемый на дизельном двигателе ЯМЗ-236 (автомобили МАЗ-200П, МАЗ-500 и др.), отличается от стартеров карбюраторных двигателей конструкцией привода, и вследствие большой мощности, увеличенными размерами деталей. Обмотка возбуждения у него разделена на две параллельные ветви, провода обмотки имеют увеличенное сечение, в каждом щеткодержателе установлено по две щетки; соответственно удлинен коллектор. . Привод стартера состоит из тягового реле 4, рычага включения 9 и сцепляющего механизма. Основные детали сцепляющего механизма: вал 21 якоря с винтообразными шлицами 15, шестерня 13, ведущая гайка 16, стакан 11 со ступицей, буферная пружина 10 и пружина 12 шестерни. . . Действие привода стартера СТ103: при нажатии на кнопку включения стартера замыкаются контакты реле включения и ток, проходя через втягивающую 3 и удерживающую 5 обмотки тягового реле, намагничивает сердечник. Якорь 6 реле притянется к сердечнику и через серьгу 7 переместит рычаг включения 9, который передвинет вдоль вала 21 стакан 11 сцепляющего механизма. Ступица стакана через ведущую гайку 16 и пружину 12 введет шестерню стартера в зацепление с венцом маховика. Когда шестерня коснется упорного кольца 14, контактное кольцо 2 замкнет контакты 1 тягового реле и включит стартер. . После того как якорь стартера начнет вращаться, вместе с ним благодаря трению о вал придет во вращение и стакан. При этом неподвижный шип 19 рычага включения, входящий в винтовой паз 18 вращающегося стакана, заставит стакан подобно винту вернуться в исходное положение. После пуска двигателя скорость вращения шестерни превысит скорость вращения вала стартера, и шестерня, перемещаясь по его винтообразным шлицам, выйдет из зацепления. Удар при возврате шестерни смягчается буферной пружиной 10. Шестерня на валу в выключенном положении фиксируется с помощью ведущей гайки, которая удерживается выступами 20 на шлицах вала. После включения стартера возвратная пружина 8 перемещает рычаг включения и якорь тягового реле в исходное положение. . Из описания привода стартера СП03 видно, что ввод шестерни в зацепление производится принудительно, а выход ее из зацепления -- автоматически. Поэтому такой тип сцепляющего механизма называется механизмом с самовыключением шестерни.

Блокировка включения стартера

Двигатели современных легковых автомобилей почти бесшумны. Поэтому иногда невнимательный водитель пытается пустить работающий при низкой частоте вращения двигатель, полагая, что он заглох. В этом случае возможны повреждения приводного механизма стартера. Предлагаемые ниже усовершенствования исключают возможность включения стартера при работающем двигателе. Для автомобилей ВАЗ усовершенствованная схема цепи питания стартера изображена на рис. 14. В схему вводится дополнительное реле 2, в качестве которого используется реле РС527 (включения фар автомобиля ВАЗ-2103) или реле стартера РС507Б от автомобиля ГАЗ-24. Если при неработающем двигателе включить зажигание, то через нормально замкнутые контакты «штатного» реле 5 (включения контрольной лампы генератора) питание поступит на обмотку реле 2. Оно сработает, контакты его замкнутся и обеспечат возможность включения стартера при дальнейшем повороте ключа зажигания.

В момент включения стартера реле 2 благодаря наличию полупроводникового диода Д1 самоблокируется, его контакты останутся замкнутыми до тех пор, пока не будет отпущен ключ зажигания, несмотря на то что контакты реле 5 могут разомкнуться раньше, при первых вспышках в двигателе. Это обстоятельство позвсляет «сопровождать» двигатель стартером, что бывает необходимо в холодную погоду или вообще при затрудненном пуске.

 Рис. 14 Схема блокировки включения стартера для автомобилей ВАЗ: 1 -- провод к клемме 50 стартера (красный); 2 -- дополнительное реле; 3 -- провод к клемме 50 включателя зажигания (красный); 4 -- провод к контрольной лампе генератора (черный); 5 -- «штатное» реле включения контрольной лампы; б -- провод к блоку предохранителей (оранжевый); 7 -- провод к генератору (желтый); Д1, Д2 -- Диоды

Диод Д2 уменьшает подгорание контактов включателя зажигания.

Рис. 15 Схема блокировки включения стартера для автомобилей «Москвич-412» и «2140»: 1 -- аккумуляторная батарея; 2 -- стартер; 3 -- тяговое реле стартера; 4 -- дополнительное реле стартера; 5 -- включатель зажигания; 6 -- контрольная лампа; 7 -- реле блокировки; 8 -- дополнительные выводы от обмоток генератора; 9 -- генератор; 10 -- фазные обмотки статора ге¬нератора; 11 -- выпрямительный блок генератора; ЛК., PC, M -- клеммы реле блокировки; 15, 50 -- клеммы включателя зажигания

В схеме можно использовать диоды Д242...Д248 с любыми буквенными индексами или другие с аналогичными характеристиками.

Для автомобилей «Москвич-412» и «2140», оснащенных генератором Г250 с выпрямительным блоком ВБГ-1, целесообразно применить схему, показанную на рис. 15. Эта схема сложнее предыдущей, зато позволяет сразу: во-первых, обеспечить блокировку включения стартера при работающем двигателе; во-вторых, благодаря наличию дополнительного реле разгрузить контакты включателя зажигания, управляющие включением стартера (эти контакты являются слабым местом включателя зажигания и довольно часто выходят из строя из-за подгорания); в-третьих, обеспечить введение в схему лампы контроля работы генератора. Для реализации схемы требуется приобрести дополнительное реле стартера 4 от автомобиля ГАЗ-24 (типа РС507), реле блокировки 7 от автомобиля «Запорожец» (типа РБ-1) и контрольную лампу 6 автомобильного типа с красным стеклом. Контрольную лампу устанавливают на щитке приборов, а дополнительное реле стартера и реле блокировки -- в моторном отсеке автомобиля на стенке колесной ниши или в любом другом удобном месте.

Перед монтажом схемы необходимо сделать дополнительные выводы 8 от концов обмотки статора генератора. Для этого генератор следует демонтировать с автомобиля и частично разобрать, сняв заднюю крышку (со стороны контактных колец).

Вид на снятую крышку (изнутри) показан на рис. 16. Как видно, концы фазных обмоток 1, 2 и 3 подсоединены к контактным болтам выпрямительного блока 4 (он встроен в крышку)-и закреплены гайками.

Дополнительные выводы (обозначены х) из хорошо изолированного многожильного гибкого провода сечением не менее 0,75 мм2 подсоединяют к концам 1 и 3 фазных обмоток, закрепляя «штатными» гайками. Наружу из полости генератора дополнительные выводы пропускаются через вентиляционные щели в крышке.

Рис. 16. Задняя крышка генератора (вид изнутри):

1, 2, 3 -- концы фазных обмоток статора; 4 -- выпрямительный блок; x -- дополнительные выводы

Выполняя монтаж схемы (см. рис. 15), учтите, что на ней не показаны «штатные» проводники, соединяющие клеммы включателя зажигания с другими элементами электрооборудования автомобиля, например с катушкой зажигания. Естественно, что все эти проводники должны оставаться на своих местах.

Проводники, подающие напряжение соответственно от «плюса» на реле 4 и от реле 4 на тяговое реле 3, должны быть сечением не менее 2 мм2, так как по ним проходит ток значительной силы. Все остальные проводники схемы могут иметь сечение 0,75... 1,0 мм2.