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性能特点和作用说明 |
柴油发电机启动马达的传动机构和超速保护 |
摘要：柴油机启动马达的传动机构、超速保护和控制方式是启动系统的核心组成部分，其设计直接影响发动机的启动效率和安全性。现代起动机的核心优势在于高效、智能、耐用，通过材料科学、电子控制和机械设计的协同创新，解决了传统起动机的痛点（如打齿、低温失效、高功耗）。未来随着启动马达趋向于集成化设计（如电磁开关与电动机一体化）和智能化控制（如ECU管理），以提高起动机可靠性和延长寿命。
一、起动机传动机构的组成和类型
传动机构的主要作用是将电动机的转矩传递至发动机飞轮，并在启动完成后自动脱离啮合，防止发动机反拖导致损坏。其类型、结构和工作原理如下：
1、结构组成
（1）驱动齿轮：与发动机飞轮齿圈啮合，传递转矩。
（2）单向离合器（如滚柱式或行星齿轮式）：仅允许单向传递动力，防止发动机启动后反向拖动电动机。例如，滚柱式离合器通过楔形沟槽和弹簧压紧的滚柱实现单向锁止。
（3）拨叉：由电磁开关驱动，推动驱动齿轮与飞轮啮合或分离。
（4）回位弹簧：断电后使齿轮复位。
2、工作过程
（1）强制啮合：驱动齿轮直接高速旋转并轴向移动啮合飞轮，转矩大但冲击强，易磨损零件。
（2）软啮合：驱动齿轮先低速旋转并部分啮合（约2/3深度），随后主电路接通高速旋转，减少冲击但转矩传递效率略低。
3、传动机构类型
发电机组用起动机的传动机构也称为啮合机构，有如下类型∶
（1）惯性啮合式传动机构
接通点火开关起动柴油发电机时，驱动齿轮靠惯性力的作用，沿电枢轴移出与飞轮啮合，使柴油发电机起动；柴油发电机起动后，当飞轮的转速超过电枢轴转速时，驱动齿轮靠惯性力的作用退回，脱离与飞轮的啮合，防止电机超速。
（2）强制啮合式传动机构
接通起动开关起动柴油发电机时，驱动齿轮靠杠杆机构的作用沿电枢轴移出，与飞轮环齿啮合，使柴油发电机起动；柴油发电机起动后，切断起动开关，外力的作用消除后，驱动齿轮在复位弹簧的作用下退回，脱离与飞轮环齿的啮合。
（3）电枢移动式啮合机构
起动机不工作时，起动机的电枢与磁极错开。接通起动开关起动柴油发电机时，在磁极磁力的作用下，整个电枢连同驱动齿轮移动与磁极对齐的同时，驱动齿轮与飞轮环齿进入啮合。柴油发电机起动后，切断起动开关，磁极退磁，电枢轴连同驱动齿轮退回，脱离与飞轮的啮合。
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图1 减速型起动机结构图 |
图2 起动机超速离合器 |
二、起动机超速保护装置
启动马达轴上的啮合齿轮在启动时，才与柴油发电机曲轴上的飞轮齿圈相啮合，而当柴油发电机开始运行后，启动马达应立即与曲轴分。否则当柴油发电机转速升高，使启动马达大大超速旋转，产生很大的离心力，造成损坏，甚至使启动马达电枢飞散。因此，启动马达必须装离合机构。启动时保证启动马达的动力能传递给曲轴，启动后能切断启动马达与柴油发电机曲轴的联系。起动机的传动机构安装在电动机电枢的延长轴上，用来在起动柴油发电机时，将驱动齿轮与电枢轴联成一体，使柴油发电机起动。为此，起动机的传动机构中必须具有超速保护装置。
超速保护装置是起动机驱动齿轮与电枢轴之间的离合机构，也称为单向离合器。常用的单向离合器有滚柱式、弹簧式、摩擦片式等多种形式。
1、滚柱式单向离合器
接诵起动开关起动柴油发电机时，起动机的电枢轴连同内座圈按图中所示的箭头方向旋转，由于摩擦力和弹,簧张力的作用，滚柱被带到内、外座圈之间楔形槽窄的一端，将内、外座圈联成一体，于是电枢轴上的转矩诵过内座圈、楔紧的滚柱传递到外座圈和驱动齿轮，驱动齿轮与电枢轴一起旋转使柴油发电机起动。柴油发电机起动后，曲轴转速升高，飞轮齿圈将带着驱动齿轮高速旋转。虽然驱动齿轮的旋转方向没有改变，但它由主动轮变为从动轮。当驱动齿轮和外座圈的转速超过内座圈和电枢轴的转速时，在摩擦力的作用下，滚柱克服弹簧张力的作用滚向楔形槽宽的一端，使内、外座圈脱离联系而可以自由地相对运动，高速旋转的驱动齿轮与电枢轴脱开，防止电动机超速。
2、弹簧式单向离合器
这种机构套装在启动机电枢轴上，驱动齿轮的右端活套在花键套筒的左端的外圆上，两个扇形块装入齿轮右端相应缺口中并伸人花键套筒左端的环檜内，这样齿轮和花键套筒可一起作轴向移动，两者可相对滑转。离合弹簧在自由状态下的内径小于齿轮和套筒相应外圆面的直径，安装时紧在外圆面上。启动机带动花键套筒旋转，有使离合弹簧收缩的趋势，由于离合弹簧被箍在相应外圆面上，于是，启动机扭矩靠弹簧与外圆面的摩擦传给驱动齿轮，从而带动飞轮圈转动。当机启动后，齿轮有比套筒转速快的趋势，弹簧胀开，离合齿轮在套簡上滑动，从而使齿轮与飞轮齿圈脱开。该离合机构较简单，所配用的ST614型启动机，其电压为流24V、功率为5.3kW，操作方便，因而得到广泛应用。
3、摩擦片式单向离合器
这种离合结构这样装配的，内花键壳装在具有右旋外花键上，主动片套在内花键壳的导槽中，而从动片与主动片相间排列，旋装在花键套上的螺母与摩擦片之间，装有弹性圈，压环和调整垫片。驱动齿轮右端的形部分有一个导槽，从动片齿形凸缘装入此导槽之中，最后装卡环，以防止启动机驱动齿轮1与从动片松脱。离合结构装好后摩擦片之间无压紧力。启动时，花键套按顺时针方向转动，靠内花键壳与花键套之间的右旋花键，使内花键壳在花键套上向左移动将摩擦片压紧，从而使离合机构处于接合状态，启动机的扭矩靠摩擦片之间的摩擦传给驱动齿轮，带动飞轮齿圈转动。柴油发电机启动后，驱动齿轮相对于花键套转速加快，内花键壳在花键套上右移，于是摩擦片便松开，离合机构处于分离状态。该离合机构摩擦力矩的调整，即调整垫片可改变内花键壳端部与弹性垫圈之间的间隙，以控制弹性垫圈的变形量，从而调整离合机构所能传递的最大摩擦力矩。摩擦片式的离合机构由于可传动的扭矩较大。因此，通常用于较大启动扭矩的柴油机上。
三、起动机的控制机构
起动机的控制机构也称为操纵机构，它的作用是控制起动机主电路的通、断和驱动齿轮的移出和退回。
1、控制机构的类型
起动机的控制机构分为直接操纵式和电磁操纵式两种。直接操纵式控制机构检修方便，且不消耗电能，有利于提高起动转速。但操作员的劳动强度大，不易远距离操纵，所以目前已很少应用。
电磁操纵式控制机构，俗称电磁开关，其使用方便，工作可靠，并适合远距离操纵，所以目前应用广泛。起动柴油发电机时，接通总开关，按下起动按钮，吸拉线圈和保持线圈的电路被接通，其电流通路为∶
蓄电池正极→主接线柱→电流表→总开关→起动按钮→接线柱→吸拉线圈→主接线柱→电动机保持线圈→搭铁→蓄电池负极
柴油发电机起动后，在松开起动按钮的瞬间，吸拉线圈和保持线圈是串联关系，两线圈所产生的磁通方向相反，互相抵消，于是活动铁心在复位弹簧的作用下迅速回位，使驱动齿轮退出啮合，接触盘在其右端小弹簧的作用下脱离接触，主开关断开，切断了起动机的主电路，起动机停止运转。
2、电磁式控制机构的结构
电磁式控制机构的核心是电磁开关（电磁继电器），主要组件包括：
（1）电磁铁部分
① 吸引线圈：通电后产生磁场，拉动活动铁芯。
② 保持线圈：维持活动铁芯的吸合状态。
③ 活动铁芯：连接拨叉，控制驱动齿轮的移动。
④ 固定铁芯：形成闭合磁路。
（2）触点部分
① 主触点（接触盘）：接通或断开电动机的主电路。
② 端子：包括蓄电池接线柱（B+）和电动机接线柱（M）。
（3）机械传动部分
① 拨叉：推动驱动齿轮与发动机飞轮啮合。
② 回位弹簧：断电后使齿轮复位。
③ 单向离合器：防止发动机反拖电动机。
3、工作原理
电磁式控制机构的工作分为啮合、通电、分离三个阶段：
（1）启动阶段（点火开关接通）
点火开关转到“START”档，电磁开关的吸引线圈和保持线圈通电，产生叠加磁场。磁场驱动活动铁芯移动，带动拨叉将驱动齿轮推向发动机飞轮，完成啮合。
（2）主电路接通
活动铁芯移动至终点时，接触盘闭合主触点，蓄电池大电流直接流向电动机电枢，电动机高速旋转，带动发动机启动。此时吸引线圈被短路，仅由保持线圈维持铁芯吸合。
（3）启动完成（点火开关释放）
点火开关回位，电磁线圈断电，磁场消失。回位弹簧推动活动铁芯复位，主触点断开，电动机停转；同时拨叉使驱动齿轮与飞轮分离。
总结：
起动机的电磁控制机构的主要部件包括电磁开关（电磁继电器）、吸引线圈、保持线圈、活动铁芯、接触盘、回位弹簧，其通过电磁铁实现电路通断和机械啮合的联动，兼具可靠性和自动化优势，是现代起动机的核心部件。其核心逻辑是“先啮合后通电”，确保启动过程平稳，同时通过机械和电气保护机制延长使用寿命。现代起动机在传统设计的基础上，通过技术创新和智能化升级，显著提升了性能、可靠性和用户体验。它采用永磁直流电机或减速型电机，体积更小、重量更轻，但输出扭矩更大。而减速齿轮组（行星齿轮或平行轴）降低电机转速并放大扭矩，适合低温环境或大排量柴油发电机的启动，并通过OBD接口输出故障码（如P0615/P0617），便于快速维修。
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