Особенности конструкций электростартеров

Электрические стартеры отличаются способами возбуждения электродвигателя, крепления на двигателе, видами механизма привода, степени герметичности.

По способу возбуждения различают стартеры с последовательным, смешанным возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов. Смешанное возбуждение применяют для ограничения частоты вращения вала якоря nя в режиме холостого хода. В диапазоне рабочих токов характеристики стартеров смешанного и последовательного возбуждения отличаются незначительно. Характеристики электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов аналогичны характеристикам электродвигателей с независимым возбуждением. Возбуждение от постоянных магнитов применяется на стартерах малой мощности. Для мощных стартеров налаживают выпуск небольших магнитов с высокой энергией, например, на основе элементов неодим-железо-бор.

Электростартер должен иметь надежное соединение с коленчатым валом двигателя на период пуска и автоматически отключаться от него после выхода двигателя на режим самостоятельной работы. От передаточного числа привода от стартера к маховику зависит согласование характеристик стартерного- электродвигателя с пусковыми характеристиками двигателя. Повышение передаточного числа позволяет применять более быстроходные и меньшие по габаритным размерам электродвигатели. С целью увеличения передаточного числа в стартере используют дополнительный понижающий редуктор.

Шестерню привода стартера располагает между опорами под крышкой привода или консольно за пределами крышки. Стартеры с шестерней между опорами могут быть двух- и трехопорными. Двухопорными выполняются стартеры мощностью до 1,5 кВт. В трехопорных стартерах привод с шестерней расположен на валу якоря между подшипниковыми втулками крышки привода и промежуточной опоры.

Консольное расположение шестерни характерно для стартеров с инерционным приводом, перемешающимся якорем, а также для стартеров с тяговыми реле, встроенными в крышку привода соосно с приводом или размещенными в крышке коллектора.

Разработаны конструкции стартеров с одной опорой в крышке коллектора (стартер 29.3708 автомобиля ВАЗ-2108) при расположении второй опоры вала якоря со стороны привода в картере маховика. В этом случае отпадает необходимость в крышке привода, снижаются нагрузки на детали крепления стартера и уменьшается его масса.

Рис. Стартер с принудительным электромеханическим включением шестерни и роликовой МСХ: 1 — вал якоря с винтовыми шлицами; 2 — шестерня привода; 3 — кольцо упорное; 4 — ведущая обойма МСХ; 5 — крышка со стороны привода; 6 — буферная пружина; 7 — рычаг включения привода; 8 — возвратная пружина тягового реле; 9 — удерживающая обмотка тягового реле; 10 — втягивающая обмотка тягового реле; 11 — тяговое реле; 12 — неподвижный контакт; 13 — контактный болт; 14 — подвижный контакт; 15 — крышка коллектора; 16 — щеткодержатель; 17 — щеточная пружина; 18 — коллектор; 19 — щетка; 20 — корпус стартера; 21 — полюс; 22 — якорь; 23 — полюсный винт; 24 — катушка обмотки возбуждения; 25 — обмотка якоря; 26 — роликовая МСХ.

На отечественных автомобилях и тракторах применяют стартеры с принудительным электромеханическим включением шестерни, имеющие роликовые, храповые или фрикционные муфты свободного хода (МСХ) и управляемые дистанционно с помощью тяговых электромагнитных реле, устанавливаемых на крышке привода.

Основными деталями и узлами электростартера являются корпус 20 с полюсами и катушками обмотки возбуждения, якорь 22 с коллектором 18 и обмоткой якоря 25, механизм привода с МСХ 26, электромагнитное тяговое реле 11, крышка привода 5, крышка коллектора 15, щеточный узел с щеткодержателями, щетками и щеточными пружинами.

Изменения в конструкции корпусов электростартеров и якорей электродвигателей связаны с применением в качестве катушечной и пазовой изоляции полимерных материалов, а также коллекторов из пластмассы.

Использование пластмассы в коллекторах позволяет увеличить их механическую прочность, дает возможность автоматизировать формирование пакета коллектора. Особый интерес представляют торцовые и свертные коллекторы. Замена цилиндрических коллекторов торцовыми и свертными снижает расход коллекторной меди и повышает срок службы щеточно-коллекторного узла. Свертной коллектор получают из медной ленты, которая подвергается расчеканке на требуемое количество пластин. После свертывания ленты в цилиндр и опрессовки пластмассой цилиндрическую часть коллектора обтачивают, в результате перемычки между пластинами срезаются и они оказываются изолированными.

Механизм привода стартера располагается на шлицевой части вала якоря. МСХ привода обеспечивает передачу вращающего момента от вала якоря маховику во время пуска двигателя и препятствует вращению якоря маховиком после пуска. Применение МСХ в приводных механизмах стартеров повышает их надежность и исключает преждевременный выход шестерни их зацепления с венцом маховика при пуске холодного двигателя в условиях низких температур.

Наибольшее распространение получили роликовые МСХ. Они просты по конструкции, мало чувствительны к загрязнению, надежны, не требуют регулировки и ухода в эксплуатации. На автотракторных стартерах устанавливают роликовые МСХ с бесплунжерными прижимными устройствами. Прижимное устройство в виде Г-образного толкателя 2 расположено между роликом У и специальным упором, закрепленным на наружной ведущей обойме 12. При включении МСХ в работу наружная ведущая обойма 12 поворачивается относительно ведомой обоймы 17 с шестерней, ролики под действием прижимных пружин и сил трения между обоймами и роликами перемещаются в узкую часть клиновидного пространства и МСХ заклинивается. После пуска двигателя частота вращения ведомой обоймы 17 с шестерней превышает частоту вращения наружной ведущей обоймы 12, ролики перемещаются в широкую часть клиновидного пространства и МСХ проскальзывает.

На стартерах мощностью 6-10 кВт в настоящее время применяется привод с храповой МСХ. Преимуществом храповой МСХ по сравнению с роликовыми является высокая прочность и возможность передачи большого вращающего момента при сравнительно небольших ее размерах.

Рис. Бесплунжерная роликовая МСХ: 1 — ролик; 2 — толкатель; 3 — прижимная пружина; 4 и 8 — замковые кольца; 5 — опорная чашка; 6 — пружина; 7 — поводковая муфта: 9 — буферная пружина; 10 — направляющая шлкцевая втулка; 11 — центрирующее кольцо; 12 — наружная ведущая обойма; 13 — фиксатор пружины (пластина с отогнутыми лепестками); 14 — шайба; 15 — войлочный уплотнитель; 16 — кожух МСХ: 17 — ведомая обойма с шестерней; 18 — втулка.

При срабатывании тягового реле рычаг привода через корпус 2 МСХ перемещает направляющую шлицевую втулку 1 вместе с ведущим 5 и ведомым 6 храповиками по шлицам вала и вводит шестерню в зацепление с венцом маховика. Вращающий момент к венцу маховика передается через шлицевую втулку 1, ведущий 5 и ведомый 6 храповики и шестерню 8. Осевое усилие, возникающее в винтовых шлицах втулки 1 и храповика 5, воспринимается резиновым кольцом 11.

Рис. Приводной механизм с храповой МСХ: 1 — шлицевая втулка: 2 — корпус привода: 3 — шайба: 4 — пружина; 5 — ведущий храповик: 6 — ведомый храповик; 7 — штифт направляющий; 8 — шестерня; 9 — сегмент; 10 — коническое кольцо; 11 — резиновое кольцо; 12 — запорное кольцо.

В случае, когда шестерня упирается в венец маховика, сжимается пружина 4, и ведущий храповик 5, перемещаясь по винтовым шлицам втулки 1, своими торцовыми зубьями поворачивает ведомый храповик 6 с шестерней 8 на угол, достаточный для ввода шестерни в зацепление.

Если частота вращения шестерни и ведомого храповика больше частоты вращения направляющей втулки 1, ведущий храповик, перемещаясь по винтовым шлицам втулки 1, отходит от ведомого храповика и шестерня вращается вхолостую. Вместе с ведущим храповиком отходит и коническое кольцо 10, при этом сегменты получают свободу перемещения в радиальном направлении вдоль штифтов 7 ведомого храповика и фиксируют МСХ в расцепленном состоянии. Во время отдельных вспышек воспламенения в цилиндрах двигателя шестерня остается в зацеплении с венцом маховика и может снова передавать вращающий момент от электродвигателя после выравнивания частот вращения ведущего и ведомого храповиков. Шестерня выходит из зацепления только после выключения тягового реле электростартера.

Фрикционные дисковые муфты применяют на мощных стартерах автомобилей БелАЗ. МСХ состоит из ведущий и ведомой полумуфт и заклинивается после ввода шестерни в зацепление. Фрикционные диски прижимаются друг к другу в результате усилия в резьбовом соединении ведомой втулки муфты и корпуса шестерни. После пуска двигателя усилие в резьбовом соединении меняет направление, прижатие дисков ослабевает и муфта пробуксовывает. Недостатком фрикционных МСХ является изменение передаваемого вращающего момента в процессе эксплуатации вследствие износа фрикционных дисков.

Рис. Схема управления электростартером

Электростартеры конструктивно выполнены в герметичном исполнении. Степень защиты стартера от проникновения посторонних тел и воды оговаривается в стандартах на отдельные виды изделий. Стартеры, предназначенные для тяжелых условий работы (на большегрузных автомобилях и на тракторах), отличаются большей степенью герметизации. Герметизация обеспечивается установкой в местах разъема резиновых колец, применением пластмассовых втулок и уплотнительных прокладок из мягких пластических материалов.

Конструктивное исполнение стартера зависит от способа крепления его на двигателе. Обычно стартер располагают сбоку картера двигателя, при этом крышка привода обращена в сторону маховика и входит в отверстие картера сцепления. Крепление стартера на двигателе обеспечивает сохранение постоянного расстояния между центрами шестерни привода и зубчатого венца маховика при снятии стартера и его установке после технического обслуживания и ремонта. Такому условию удовлетворяет фланцевое крепление. Конфигурация и размеры присоединительного фланца на крышке со стороны привода стандартизованы. При фланцевом креплении крепежный фланец несет нагрузку как от усилий, возникающих при передаче вращающего момента от стартера к двигателю, так и от массы стартера. Поэтому для стартеров большой мощности осуществляют крепление на постели двигателя посредством натяжной ленты. Установка стартера на постели упрощает конструкцию крышки со стороны привода, но повышает требования к качеству изготовления корпуса стартера. Для предотвращения проворачивания стартера в канавке на его корпусе и в постели двигателя установлены специальные шпонки.

Типовая схема дистанционного управления стартером с дополнительным реле включения приведена на рисунке. При замыкании контактов выключателя S зажигания контакты К1 дополнительного реле подключают втягивающую КА2 и удерживающую KV2 обмотки тягового реле к аккумуляторной батарее GB. Под действием МДС двух обмоток якорь реле перемещается и с помощью рычага привода вводит шестерню в зацепление с венцом маховика. В конце хода якоря реле замыкаются силовые контакты К2 тягового реле и аккумуляторная батарея соединяется со стартерным электродвигателем М.

Шестерня остается в зацеплении с венцом маховика до тех пор, пока водитель не отключит питание дополнительного реле. После размыкания контактов К1 дополнительного реле втягивающая КА2 и удерживающая KV2 обмотки тягового реле оказываются включенными последовательно, получая питание через контакты К2. Число. витков обеих обмоток одинаково, и по ним проходит ток одной и той же силы. Так как направление тока во втягивающей обмотке в этом случае изменяется, обмотки действуют встречно и создают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается и возвратная пружина, перемещая якорь реле в исходное положение, размыкает силовые контакты К2 и выводит шестерню из зацепления с венцом маховика.