Устройство электростартеров

Автомобильные электростартеры отличаются друг от друга [2], [6], [7], [8]:

· способом управления;

· способом возбу­ждения;

· типом механизма привода;

· способом крепления на двигателе;

· степенью защиты от проникновения пыли и воды.

По типу и принципу работы приводных механизмов выделяют:

· стартеры с электромеханическим перемещением шестерни привода, которые получили наибольшее распространение;

· стартеры с инерционным приводом;

· стартеры с комбинированным приводом.

Для предотвращения разноса якоря после пуска двигателя в автомо­бильные электростартеры устанавливают роликовые, храповые и фрикционно-храповые муфты свободного хода.

Стартер состоит из электродвигателя постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением, электромагнитного тягового реле и механизма привода. В конструкцию стартера может быть встроен дополнительный редуктор.

Основными узлами и деталями электростартера с электромеханическим включением шестерни являются корпус 22 (рис. 4.4) с полюсами 21 и катушками 20 обмот­ки возбуждения, якорь 24 с обмоткой и коллектором 16, механизм привода с муфтой свободного хода 2, шестерней 1 и буферной пружиной 4, электромаг­нитное тяговое реле с корпусом 8, обмоткой 9, контактными болтами 13 с кон­тактами 12, крышка 6 со стороны привода, крышка 17 со стороны коллектора и щеточный узел с щеткодержателями 15, щетками 19 и щеточными пружинами 14.

Рис. 4.4. Устройство электростартера СТ221: а – общий вид; б – детали стартера; 1 – шестерня привода; 2 – муфта свободного хода; 3 – ведущая обойма муфты свободного хода; 4 – буферная пружина; 5 – рычаг включения привода; 6 – крышка со стороны привода; 7 – возвратная пружина; 8 – корпус тягового реле; 9 – обмотка тягового репе; 10 – сердечник тягового реле; 11 – подвижная контактная пластина; 12 – неподвижный контакт; 13 – контактные болты; 14 – щеточная пружина; 15 – щеткодержатель; 16 – коллектор; 17 – крышка со стороны коллектора; 18 – вал якоря с винтовыми шлицами; 19 – щетка; 20 – катушка обмотки воз­буждения; 21 – полюс; 22 – корпус стартера; 23 – полюсный винт; 24 – якорь электродвигателя; 25 – упорное кольцо; 26 – регулировочная шайба; 27 – резиновые заглушки; 28 – тяговое реле; 29 – последовательная обмотка возбуждения; 30 – параллельная обмотка возбуждения; 31 – защит­ная лента; 32 – тормозной диск; 33 – стяжная шпилька; 34 – ограничитель хода шестерни

Корпус (рис. 4.5) электростартеров изготовляют из трубы или стальной полосы (сталь 10) с последующей сваркой стыка.

В корпусе 2 предусмотрено отверстие для выводного болта 8 обмотки возбуждения. Корпус может иметь установочные прорези на торцах и конусообразные проточки для монтажа уплотнительных колец. К корпусу 2 винтами 3 крепят полюсы 12 с катушками 1 обмотки возбуждения. Все автомобильные стартеры выполняют четырехполюсными. Катушки последовательных и параллельных обмоток возбуждения устанавливают на отдельных полюсах, поэтому число катушек равно числу полюсов.

Горячекатаные или штампованные полюсы стартера состоят из магнитопровода, полюсных наконечников и изготовляются из профильной стали 10.

Рис. 4.5. Корпус стартера в сборе: 1 – катушка; 2 – корпус; 3 – винт полюса; 4 – изоляционная втулка; 5,6 – соответственно уплотнительная и изоляционная шайбы; 7 – шайба; 8 – выводной болт; 9 – гайка М12; 10 – пружинная шайба; 11 – изоляционный материал; 12 – полюс

Якорь (рис. 4.6) стартера представляет собой шихтованный магнитопровод, в пазы которого укладываются секции обмотки. В шихтованном магнитопроводе потери на вихревые токи меньше. Пакет якоря напрессован на вал 4, вращающийся в двух или трех опорах с бронзографитовыми подшипниками или подшипниками из порошкового материала.

Пакет якоря набирают из стальных пластин (сталь 0,8кп или 10) толщиной 1…1,2 мм. В стартерных электродвигателях применяют простые волновые обмотки с одно- и двухвитковыми секциями. Одновитковые секции выполняют из неизолиро­ванного прямоугольного провода марки ПММ. Обмотки с двухвитко­выми секциями наматывают круглы­ми изолированными проводами ПЭВ-2 и ПЭТВ.

Рис. 4.6. Якорь стартера: а – в сборе; б – схема обмотки; в – конструкция паза; 1 – коллектор; 2 – проволока М-06 бандажа якоря; 3 – изоляционный материал; 4 – вал; 5 – крепежная скоба бандажа; 6 – прокладка под бандаж; 7 – изоляционный материал паза; 8 – провод марки ПММ

В электростартерах применяют сборные цилиндрические коллекторы на металлической втулке, а также цилиндрические и торцовые коллекто­ры с пластмассовым корпусом.

Сборные цилиндрические коллекторы, устанавливаемые на стартерах большой мощности, составляют из медных пластин и изолирующих прокладок из миканита, слюдинита или слюдопласта.

Торцовые коллекторы по сравнению с цилиндрическими имеют меньшие размеры. Рабочая поверхность торцового коллектора находится в плоскости, перпендикулярной к оси вращения якоря.

В стартерах с цилиндрическими коллекторами щетки устанавливают в четырех коробчатых щеткодержателях радиального типа, закрепленных на крышке со стороны коллектора. Необходимое давление (30…120 кПа) на щетки обеспечивают спиральные пружины 10. Щеткодержатели изолированных щеток отделены от крышки прокладка­ми из текстолита или другого изоляционного материала. В стартерах большой мощности в каждом из радиальных щеткодержателей устанавливают по две щетки.

В электростартерах с торцовыми коллекторами щетки размещают в пластмассовой или металлической траверсе и прижимают к рабочей поверхности витыми цилиндрическими пружинами.

Щетки имеют канатики и присоединяются к щеткодержателям с помощью винтов. Обычно щетки устанавливают по геометрической нейтрали. На некоторых стартерах для улучшения коммутации щетки смещают с геометрической нейтрали на небольшой угол против направления вращения вала стартера для уменьшения искрения.

В электростартерах применяют медно-графитные щетки с добавками свинца и олова. В щетках, предназначенных для стартеров большой мощности, и стартеров, которые эксплуатируются в тяжелых условиях, графита содержится больше. Плотность тока в щетках электростарте­ров находится в пределах 40…100 А/см²

Крышки со стороны коллектора изготовляют методом литья из чугуна, стали, алюминиевого или цинкового сплава, а также штампуют из стали. Крышка может иметь форму диска или колокола. В крышках, имеющих форму колокола, предусмотрены окна для доступа к щеткам.

Крышки со стороны привода изготовляют методом литья из алюминиевого сплава или чугуна. Конструкция крышки зависит от материала, из которого она изготовлена, типа механизма привода, способа крепления стартера на двигателе и тягового реле стартера. Установочные фланцы крышки имеют два или больше отверстий под болты крепления стартера. Фланцевое крепление стартера к картеру сцепления дает возможность сохранить межосевое расстояние в зубчатом зацеплении постоянным при снятии и повторной установке стартера. В крышке предусмотрено отверстие, которое позволяет шестерне привода входить в зацепление с венцом маховика.

В крышках и промежуточной опоре устанавливают подшипники скольжения. Промежуточную опору предусматривают в стартерах с диаметром корпуса 115 мм и более. Подшипники смазывают в процессе производства и при необходимости во время технического обслуживания в эксплуатации.

Управляемые дистанционно тяговые электромагнитные реле обеспечивают ввод шестерни в за­цепление с венцом маховика и подключают стартерный электродвигатель к ак­кумуляторной батарее. Они отличаются по способу крепления на стартере, ко­личеству обмоток, конструкции контактного устройства и форме электромагнита.

На большинстве стартеров тяговое реле располагают на приливе крышки со стороны привода. С фланцем прилива крышки реле соединяют непосредственно или через дополнительные крепежные элементы.

Реле может иметь одну или две обмотки, намотанные на латунную втулку, в которой свободно перемещается стальной якорь 11 (рис. 4.7), воздействующий на шток 15 с подвижным контактным диском 4. Два неподвижных контакта в виде контактных болтов 21 закрепляют в пластмассовой крышке 2.

В двухобмоточном реле удерживающая обмотка 13, рассчитанная только на удержание якоря реле 11 в притянутом к сердечнику 16 состоянии, намотана проводом меньшего сечения и имеет прямой выход на «массу». Втягивающая обмотка 14 подключена параллельно контактам реле. При включении реле она действует согласно с удерживающей обмоткой и создает необходимую силу притяжения, когда зазор между якорем 11 и сердечником 16 максимален. Во время работы стартерного электродвигателя замкнутые контакты тягового ре­ле шунтируют втягивающую обмотку и выключают ее из работы.

Рис. 4.7. Тяговое реле стартера с неразделенной контактной системой: 1, 20 – резиновые уплотнительные шайбы; 2 – крышка реле; 3 – резиновое уплотнительное кольцо; 4 – контактный диск; 5 – изоляционная втулка; 6 – чашка; 7 – пружина; 8 – корпус реле; 9 – возвратная пружина; 10 – резиновый сильфон; 11 – якорь реле; 12 – каркас катушки; 13, 14 –соответственно удерживающая и втягивающая обмотки; 15 – стальной шток; 16 – сердечник реле; 17 – изоляционная шайба; 18 – шайба; 19 – скоба; 21 –контактный болт

Контактные системы могут быть разделенной или неразделенной конструк­ции. При неразделенной контактной системе (см. рис. 4.7) подвижный контакт снабжен пружиной 7. Перемещение подвижного контактного диска в исходное нерабочее положение обеспечивает возвратная пружина 9. В разделенной контактной системе подвижный контактный диск не связан жестко с якорем реле.

Контактный диск круглой, фасонной или прямоугольной формы устанавлива­ют между изоляционной втулкой и шайбой на штоке. Это обеспечивает надеж­ное соединение контактов реле при возможном перекосе и перемещении диска вдоль оси штока за счет сжатия пружин контактной системы.

Тяговое реле рычагом связано с механизмом привода, расположенным на шлицевой части вала. Рычаг воздействует на привод через поводковую муфту. Его отливают из полимерного материала или выполняют составным из двух штампованных стальных частей, которые соединяют заклепками или сваркой.

Наибольшее распространение в механизмах привода электростартера получили бесшумные в рабо­те и технологичные роликовые муфты свободного хода, способные при небольших размерах передавать большие крутящие моменты. Роликовые муфты малочувст­вительны к загрязнению, не требуют ухода и регулирования в эксплуатации.

При включении стартерного электродвигателя наружная ведущая обойма 12 (рис. 4.8) муфты свободного хода вместе с якорем поворачивается относитель­но неподвижной еще ведомой обоймы 17. Ролики 1 под действием прижимных пружин 3 и сил трения между обоймами и роликами перемещаются в узкую часть клиновидного пространства, и муфта заклинивается. Вращение от вала якоря ведущей обойме 12 муфты передается шлицевой втулкой 10. После пус­ка двигателя частота вращения ведомой обоймы 17с шестерней превышает ча­стоту вращения ведущей обоймы 12, ролики переходят в широкую часть клино­видного пространства между обоймами, поэтому вращение от венца маховика к якорю стартера не передается (муфта проскальзывает).

Для обеспечения надежного заклинивания муфты свободного хода применяют индивидуальные и групповые прижимные устройства для роликов. К индиви­дуальным относятся прижимные устройства с пружинами 3, осуществляющими нажатие на ролики 1 непосредственно через индивидуальные плунжеры или толкатели 2 Г-образной формы. В муфтах свободного хода с групповыми при­жимными устройствами число прижимных пружин меньше числа роликов, а за­клинивание роликов между обоймами осуществляется при помощи сепараторов.

Заклинивание роликов в муфтах свободного хода с бесплунжерными прижим­ными устройствами происходит за счет перемещения толкателей или сепаратора с пазами, в которых размещены ролики. В муфтах с индивидуальными прижимны­ми устройствами витые цилиндрические пружины 3 одним концом упираются в выступы толкателей 2, а другим в отогнутые лепестки держателя пружин 13, соединенного с ведущей обоймой 12. Сепараторное прижимное устройство сложнее по конструкции, однако позволяет увеличить число роликов, способствует равно­мерному распределению нагрузки на ролики и тем самым повышает нагрузочную способность муфты свободного хода. Благодаря отсутствию отверстий под плун­жеры в бесплунжерных муфтах свободного хода повышается прочность обоймы.

Рис. 4.8. Приводные механизмы с роликовыми муфтами свободного хода: а, б – стартера СТ230-Б; в – стартера 29.3708; 1 – ролик; 2 – толкатель; 3 – прижимная пружина; 4 – замковое кольцо; 5 – опорная чашка; 6 – пружина; 7,8 – поводковые муфты; 9 – буферная пружина; 10 – шлицевая втулка; 11 – центрирующее кольцо; 12 – наружная ведущая обойма; 13 – держатель пружин; 14 – специальная шайба; 15 – войлочный уплотнитель; 16 – кожух муфты; 17 – ведомая обой­ма с шестерней; 18 – втулки

Механизм привода стартера с храповой муфтой свободного хода обеспечивает более полное разъединение вала электродвигателя и коленчатого вала двигателя при значительно меньших нагрузках на силовые элементы муфты.

Хра­повая муфта (рис. 4.9) состоит из корпуса 11, ведущего 8 и ведомого 6 храпо­виков, шестерни 2 привода, пружины 10, шлицевой направляющей втулки 12 и центробежного механизма с кониче­ской втулкой 7, текстолитовыми сег­ментами (сухариками) 3 и направляю­щими штифтами 4 для разъединения ведущего и ведомого храповиков.

При подключении обмотки тягового реле к источнику питания, якорь реле через рычаг привода и корпус 11 муф­ты перемещает направляющую втулку 12 вместе с храповиками 6 и 8 по шли­цам вала и вводит шестерню 2 в зацепление с венцом маховика до упора в шайбу на валу якоря. В конце хода шестерни замыкаются силовые конта­кты тягового реле, вал якоря приво­дится во вращение, а вращающий мо­мент через шлицевую втулку 12, веду­щий 8 и ведомый 6 храповики переда­ется шестерне 2 и далее венцу махо­вика. При передаче вращающего мо­мента в винтовых шлицах втулки 12 и ведущего храповика 8 возникает осе­вое усилие, которое воспринимается буферным резиновым кольцом 14.

Рис. 4.9. Приводной механизм с храповой муфтой свободного хода: 1 – вкладыш; 2 – шестерня; 3 – сегмент (суха­рик); 4 – направляющий штифт; 5, 15 – замковые кольца; 6 – ведомый храповик; 7 – коническая втулка; 8 – ведущий храповик; 9, 13 – шайбы; 10 – пружина; 11 – корпус муфты; 12 –шлицевая направляющая втулка; 14 – буферное резиновое кольцо

Если шестерня привода упирается в венец маховика, сжимается пружина 10 и ведущий храповик 8, перемещаясь по винтовым шлицам втулки 12, своими тор­цовыми зубьями поворачивает ведомый храповик и шестерню на угол, обеспе­чивающий ввод шестерни в зацепление и замыкание контактов тягового реле.

После пуска двигателя частота вращения шестерни и ведомого храповика становится больше частоты вращения вала якоря и направляющей втулки 12, поэтому ведущий храповик перемещается по винтовым шлицам втулки, отходит от ведомого храповика и шестерня привода вращается вхолостую. Коническая втулка 7 отодвигается вместе с ведущим храповиком и освобождает текстоли­товые сегменты (сухарики) 3, соединенные с быстровращающимся ведомым храповиком 6 направляющими штифтами 4. Под действием центробежных сил сегменты перемещаются в радиальном направлении вдоль штифтов и блокиру­ют муфту в расцепленном состоянии, предохраняя зубья храповиков от повре­ждения и изнашивания. В этом состоянии храповой механизм будет находиться до тех пор, пока осевая составляющая от центробежных сил, действующих на сухарики, превышает усилие пружины.

Шестерня привода выходит из зацепления с венцом маховика только после выключения тягового реле стартера. Во время отдельных вспышек в цилиндрах шестерня остается в зацеплении, что позволяет стартеру вращать коленчатый вал до тех пор, пока двигатель не сможет работать самостоятельно.

Преимуществом храповой муфты свободного хода по сравнению с роликовы­ми муфтами является:

· высокая надежность;

· высокая ремонтопригодность;

· возможность передачи большего вращающего момента при сравнительно небольших габарит­ных размерах.

Обычно стартер крепится сбоку картера двигателя, при этом крышка со стороны привода обращена в сторону маховика и входит в отверстие картера сцепления.

Стартеры мощностью свыше 4,4 кВт с диаметром корпуса 130…180 мм устана­вливают в углублениях специальных приливов двигателя. К посадочной поверх­ности прилива двигателя корпус стартера прижимается стальными лентами или литыми скобами. От проворота стартер фиксируют шпонками или штифтами. Шестерня механизма привода стартера может быть установлена между опора­ми под крышкой или консолью за ее пределами.

В эксплуатации стартеры подвержены воздействию влаги, масла, грязи. Кон­струкция стартера предусматривает защиту от них. Лучше защищены стартеры грузовых автомобилей. Герметизация обеспечивается установкой в местах разъема резиновых колец, применением втулок и уплотнительных прокладок из мягких пластических материалов. Герметизация стартера в местах вывода об­моток тягового реле и стартера обеспечивается установкой резиновых шайб. Попадание в стартер и тяговое реле грязи, влаги и посторонних тел исключает­ся благодаря установке резинового сильфона и резиновой арми­рованной манжеты в промежуточной опоре.

Стартеры с дополнительными встроенными редукторами и постоянными магнитами.

Редукторы, встраиваемые в стартеры, разделяются на три основных типа:

· ци­линдрические с внешним зацеплением;

· цилиндрические с внутренним зацепле­нием;

· планетарные.

Редукторы выполняются одноступенчатыми с прямозубы­ми шестернями.

Конструкция стартеров с цилиндрическим редуктором с внешним зацеплени­ем представлена на рис. 4.10. Редуктор расположен в корпусе 23 (рис. 4.10). Преимуществом цилиндрического редуктора с внешним зацеплением является технологичность изготовления его зубчатых колес. К недостаткам относится увеличение высоты стартера по сравнению со стартерами без редуктора из-за смещения осей стартерного электродвигателя и привода на 30…50 мм. Появле­ние радиальной нагрузки на вал якоря электродвигателя требует применения подшипников качения.

В стартерах с цилиндрическими редукторами, имеющими внутреннее зацепле­ние, меньше смещение осей электродвигателя и привода, что облегчает компо­новку стартера на двигателе. Недостатки - повышенная сложность изготовления зубчатых колес, наличие радиальной нагрузки на вал электродвигателя.

Планетарный редуктор между приводом и валом электродвигателя (рис. 4.11) состоит из внешнего зубчатого колеса, закрепленного в корпусе 9 редуктора, в котором в подшипнике вращается водило 10 с зубчатыми колесами (сателлита­ми) 11. Планетарный редуктор обеспечивает соосность осей электродвигателя и привода, чем упрощается компоновка стартера на двигателе взамен старте­ров без дополнительного редуктора. Планетарный редуктор не создает ради­альную нагрузку на вал электродвигателя, что дает возможность применять для вала якоря подшипники скольжения. Технология изготовления деталей таких редукторов сложнее, однако, сборка проще благодаря соосности основных узлов стартера.

Для получения минимальных механических потерь и обеспечения высокого сро­ка службы предъявляются повышенные требования к точности изготовления зубчатых колес и других деталей редуктора. С той же целью применяют высо­кокачественные смазочные материалы. Передаточное отношение редуктора обычно составляет 3…5.

Якорь стартера с редуктором имеет конструктивные особенности. Обмотка якоря пропитана компаундом, уменьшающим вероятность его разноса. В связи с повышенной частотой вращения якорь обязательно подвергается динамической балансировке. Для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи пакет якоря собирают из пластин тонколистовой (толщина 0,5 мм) электротехнической стали.

В связи с уменьшенной металлоемкостью и повышенной удельной мощностью стартеры с редуктором обладают большей тепловой напряженностью по срав­нению со стартерами без редуктора.

Наиболее ответственным в стартерах с редуктором является щеточно-коллекторный узел. Плотность тока на щетках из-за увеличения быстроходности и уменьшенной длины якоря в режиме максимальной мощности в 1,5…2,5 раза пре­вышает плотность тока у обычных стартеров. В таких условиях требуется при­менение специальных щеток, имеющих на сбегающем крае повышенное содер­жание графита. Это увеличивает сопротивление коммутируемой цепи, улучша­ет коммутацию. Кроме того, применяется сдвиг щеток против направления вра­щения на 0,3…0,5 коллекторного деления. В итоге обеспечивается уменьшение изнашивания щеток и коллектора до уровня стартеров без редукторов.

Рис. 4.10. Конструкция стартера со встроенным цилиндрическим редуктором с внешним зацеп­лением: 1, 14 – пружинные шайбы; 2 – стяжной болт; 3 – крышка со стороны коллектора; 4, 15 – гайки; 5 – шайба стопорная; 6, 25 – шарикоподшипники; 7 – якорь в сборе; 8 – корпус в сборе; 9 – перемыч­ка; 10 – гайка контактного болта тягового реле; 11 – тяговое реле; 12 – шайба; 13, 22, 27, 30 – уплотнительные кольца; 16 – рычаг в сборе; 17 – ось рычага; 18 – шестерня привода; 19 – упорная шайба; 20 – регулировочная шайба; 21, 26 – винты; 23 – корпус редуктора в сборе; 24 – кольцо; 28 – регули­ровочная прокладка; 29 – крышка подшипника

Стартер на рис. 4.11 имеет электромагнитное возбуждение, а некоторые сов­ременные стартеры мощностью 1…2 кВт – возбуждение от постоянных магнитов. Используются постоянные магниты из феррита стронция, которые имеют повы­шенную коэрцитивную силу по сравнению с магнитами из феррита бария. Повы­шенная коэрцитивная сила увеличивает стойкость магнитов против размагни­чивания реакцией якоря в момент включения стартера, когда действует сила тока короткого замыкания. Для повышения стойкости к размагничиванию при­меняют специальную обработку сбегающего участка магнита, приводящую к до­полнительному местному повышению коэрцитивной силы, увеличивают число полюсов до шести или применяют экранирование сбегающей части полюса маг­нитным шунтом, замыкающим часть магнитного потока якоря.

Рис. 4.11. Электростартер с планетарным редуктором: 1 – крышка со стороны коллектора; 2 – коллектор; 3 – щеткодержатель; 4 – корпус стартера; 5 – тя­говое реле; 6 – рычаг включения привода; 7 – муфта свободного хода; 8 – крышка со стороны при­вода; 9 – корпус редуктора с солнечной шестерней; 10 – водило; 11 – шестерни-сателлиты

Стартер имеет массу на 30…50% меньшую, чем стартеры обычной конструкции, за счет повышения частоты вращения вала электродвигателя в 3…5 раз. Однако встраиваемый редуктор несколько увеличивает длину по оси стартера. Для ог­раничения длины применяют укороченный привод, в котором функцию буферной пружины выполняет пружинный рычаг, или располагают буферную пружину в тя­говом реле стартера. Кроме того, длину стартеров мощностью 2…2,5 кВт умень­шают за счет углубления ступицы крышки со стороны коллектора и размещения вкладыша вала в цилиндрической выемке в торце коллектора.

При мощности до 1 кВт редуктор в стартер встраивают редко, так как услож­нение конструкции не компенсируется малым снижением металлоемкости. Стар­теры такой мощности выполняются с возбуждением от постоянных ферро-стронциевых магнитов. Появились стартеры с возбуждением от постоянных маг­нитов высокой энергии, изготовленных из сплава железо-неодим-бор. Такие магниты называются «Магнаквенч». Стартер без редуктора с магнитами желе­зо-неодим-бор существенно меньше по массе и объему стартера с электромаг­нитным возбуждением. Энергия магнитов «Магнаквенч» лежит в пределах 100…290 кДж/м³, тогда как у магнитов из феррита стронция – 22…30 кДж/м³. Сплав же­лезо-неодим-бор дорог, кроме того, он окисляется на воздухе и восприимчив к воздействию температуры. Для предотвращения окисления изготавливают эпо­ксидно-клееные магниты, в которых зерна сплава обволакиваются компаундом, герметически изолирующим их от воздействия окружающей среды.

Дата добавления: 2014-12-27