25. Рабочие и механические характеристики электростартеров
Свойства электродвигателей оценивают по рабочим и механическим характеристикам. Рабочие характеристики - совокупность зависимостей напряжения на выводах стартера Uct; 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 IВ 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.