Меню

Двигатели постоянного тока электрических стартеров



Электростартер. Виды и устройство. Работа и неисправности

Электростартер – это вспомогательный электрический прибор, предназначенный для запуска двигателя внутреннего сгорания. Он представляет собой двигатель постоянного тока, питающийся от аккумуляторной батареи подзаряжаемой генератором. При подаче питания стартер создает вращательное движение коленвала двигателя внутреннего сгорания, создав тем самым необходимые условия для розжига топлива и дальнейшей стабильной работы цилиндров.

Как работает электростартер

Для запуска двигателя внутреннего сгорания требуется создание оптимальных условий для розжига топливной смеси. Для этого важно раскрутить коленчатый вал до минимально необходимых оборотов, требуемых для воспламенения топлива в цилиндрах. Чтобы раскрутить коленчатый вал применяется сторонний источник механической энергии, в качестве которого и выступает стартер.

По сути он является электрическим двигателем постоянного тока с коллекторно-щеточным узлом. Стартер воздействует на двигатель только в период его запуска. После стабилизации работы он отключается. Специально для этого в устройстве предусматривается механизм управления.

За механическое управление электрического стартера отвечает втягивающее реле. Оно выполняет две функции. В первую очередь реле замыкает электрическую цепь, которая обеспечивает питание электродвигателя. Также оно вводит в зацепление шестерни, передающие вращательное движение на коленвал. Фактически оно выполняет такую же функцию, как коробка передач между колесами и двигателем.

Принцип работы электрического стартера в автотранспорте

При повороте ключа зажигания водителем, выполняется замыкание цепи втягивающего реле. Напряжение от аккумулятора поступает на обмотку реле, в результате чего образовывается сильное магнитное поле. Оно воздействует на якорь, тот сдвигается и реле соответственно втягивается. Зацепленная вилка смещает бендикс (обгонная муфта) по роторному валу. Как следствие шестеренка состыковывается с зубьями маховика.

Elektrostarter bez reduktora

После срабатывания втягивающее реле прекращает питание цепи. С обратной стороны на нем установлено 2 провода. Один идет для подключения питающего кабеля, а второй передает напряжение на электрический мотор.

Как только происходит срабатывание реле, то якорь втягивается и замыкает пятаки, являющиеся разрывными элементами цепи питания мотора. В результате на двигатель подается напряжение, и якорь двигателя начинает вращаться. В тоже время шестерня бендикса находится в зацеплении, поэтому передаточное усилие заставляет коленчатый вал вращается, двигая тем самым поршня в цилиндрах.

После запуска мотора, коленвал начинает обгонять по скорости вращение стартера. Тогда в устройстве срабатывает обгонная муфта, которая и прекращает контакт с валом. Это позволяет предотвратить механические повреждения обеих систем. В противном случае при продолжении подачи питания два механизма просто противодействовали бы друг другу.

Как только двигатель автомобиля переходит в штатный режим работы и водитель отпускает ключ замка зажигания, то пропадает питание стартера. От этого втягивающее реле срабатывает обратно. Отсутствие магнитного поля приводит к тому, что пружина возвращает якорь в штатное положение, пятаки размыкаются и бендикс спускается на место.

Электростартер, работающий по данной схеме, сейчас считается устаревшей конструкцией, главным недостатком которой выступает значительный вес и размер. Для реализации такой конструкции требовалось использование мощного электродвигателя, способного выдавать высокие тяговые усилия. При этом электромотор должен вращаться медленно. Такие стартеры плохо подходят для современных автомобилей, спецтехники, генераторов и прочих устройств, где требуется их установка.

Электростартер с редуктором

Более современные стартеры оснащаются редуктором. Благодаря этому возможно использование высокооборотистого, но мелкого мотора. Редуктор понижает обороты, переводя их количество в качество. Он увеличивает силу стартера, позволяя создать достаточный крутящий момент для раскручивания коленчатого вала. Такая система не просто компактная, но и экономичная. Она позволяет завести ДВС большее количество раз на одном заряде аккумулятора.

Elektrostarter s reduktorom

Современные стартеры могут оснащаться различными типами редукторов, но в подавляющем большинстве случаев применяются устройства с так называемой планетарной передачей. Ее достоинством является компактность и надежность. Характерной чертой планетарного редуктора выступает наличие дополнительного вала для установки бендикса. Это исключает прямую связь якоря с бендиксом. Они способны взаимодействовать между собой только через редуктор.

Классическая схема планетарного редуктора:

Planetarnyi reduktor dlia startera

Основные неисправности электростартеров

Электростартер выступает ремонтопригодным механизмом, в случае неисправности который можно восстановить практически до первоначального рабочего состояния. Поскольку он состоит из вращающихся деталей, для него выпускаются ремкомплекты, в состав которых входят мелкие детали, нуждающиеся в периодической замене. Большинство остальных комплектующих, склонных к поломкам, можно найти в свободной продаже. Однако такие части электростартера как корпус в продаже в новом виде не встречаются. Их можно приобрести для ремонта в б/у состоянии. Отсутствие данных комплектующих обусловлено исключением их износа. Если они и нуждаются в замене, то только по причине нештатной ситуации, к примеру, механического повреждения сильным ударом, что бывает при аварии.

Чаще всего электростартера выходят из строя по причине:
  • Износ подшипников.
  • Подгорание пятаков.
  • Стирание зубьев шестерни.
  • Заклинивание якоря.
  • Износ и/или заклинивание обгонной муфты.

Перечисленные неисправности относятся к механической части стартера. Большинство из них решаются заменой поврежденной детали. Исключением являются только заклинивание частей механизмов. В таком случае требуется их очистка и смазка. Также простым обслуживанием решается проблема подгорания пятака. Она устраняется механической чисткой.

Более сложными в диагностировании и решении выступают проблемы электрической части. Электростартер может быть неисправен по причине:
  • Замыкания обмотки.
  • Обрыва обмотки.

Кроме этого неисправность может вызвать износ щеток контактных пластин коллектора. Это определяется по их размеру. По мере износа они стираются и становятся меньше, поэтому со временем перестают доставать до контактных пластин. Конструкция большинства стартеров предусматривает простой механизм их замены, поскольку данная проблема является самой частой.

Elektrostarter shchetki

Неисправности обмотки стартера могут устраняться только специалистом. С помощью специального оборудования возможна перемотка якоря, что обходится дешевле, чем его замена на новый агрегат.

Оптимальный режим работы стартера и диагностирование поломки

Чтобы минимизировать частоту поломок стартера и увеличить его ресурс, требуется придерживаться некоторых правил. В первую очередь при запуске двигателя нельзя передерживать электростартер включенным. В противном случае тот может сгореть от перегрева. Именно это и выступает основной причиной выхода якоря из строя. Обычно на стартерах имеется табличка, на которой указывается рекомендуемая максимальная длина работы и частота перезапусков.

В большинстве случаев если двигатель не запускается больше 5 сек с момента начала работы стартера, то это говорит об неисправности последнего. Исключением может быть только сильный мороз, при котором топливо в двигателе плохо воспламеняется. Если дело именно в этом, то не стоит крутить стартер подолгу, чтобы он не сгорел. В таком случае у дизельных моторов нужно лучше прогреть свечи, а в бензиновых применить специализированную стартовую аэрозольную жидкость для пуска холодных двигателей.

Плохой запуск ДВС может быть связан не только с плохой работой стартера, но и множеством других причин:
  • Недостаточный заряд аккумулятора.
  • Поломка двигателя.
  • Отсутствие подачи топлива.
  • Засорение системы выхлопа.
Однако по определенным признакам можно без диагностики определить, что неисправен именно стартер. Говорить о его поломки могут:
  • Задержка в работе после поворота ключа зажигания.
  • Характерный треск.
  • Слышен звук запуска электродвигателя, не сопровождаемый вращением коленвала ДВС.
  • Полное отсутствие реакции на поворот ключа зажигания.
  • Стартер не отключается после запуска ДВС.
В целом уход за электростартером подразумевает соблюдение 2-х основных правил:
  1. Делать перерывы между безуспешными пусками мотора не менее 30 сек.
  2. Не применять электростартер для движения авто.

Запуск стартера при включенной передаче автомобиля приводит к его движению. Этим часто пользуются при неисправности мотора или отсутствии топлива, чтобы продвигаться вперед. Такой способ движения быстро истощает аккумуляторную батарею, а кроме этого перегревает стартер. Таким способом можно вполне безопасно проехать несколько метров, но не более.

Хотя рекомендуемая пауза между поворотами ключа в замке зажигания составляет 30 сек, но в жару этот период лучше увеличивать. Короткая пауза не проблема если стартер запустил мотор со второй попытки, но при множественных повторениях подряд это повлечет сгорание якоря.

Источник

Электрический двигатель постоянного тока

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

Схематическое изображение простейшего ДПТ

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.
Читайте также:  Источники питания постоянного тока с рисунками

Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Схемы подключения обмоток статора

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Ротор с тремя обмоткамиРисунок 3. Ротор с тремя обмотками Якорь со многими обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Схема электромотора с многообмоточным якорем

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Принцип работы ДПТ

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному



Источник

Устройство и принцип работы стартера

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, который используют для пуска двигателя внутреннего сгорания установленного на дизельной электростанции или любой другой технике.

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, который используют для пуска двигателя внутреннего сгорания установленного на дизельной электростанции или любой другой технике.

Читайте также:  Как проходит ток в машине

При запуске коленчатый вал двигателя раскручивается стартером, питающимся от аккумуляторной батареи, обеспечивая вспышку рабочей смеси в одном из цилиндров.

Мощность стартера зависит от момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала, который пропорционален рабочему объему двигателя, и минимальной частоты вращения коленчатого вала, при которой в цилиндрах начинаются вспышки.

Минимальная пусковая частота карбюраторных бензиновых двигателей, установленных на электростанцию — 40-50 об/мин, а дизельных — 100-250 об/мин.

Обладающему небольшой массой и габаритами стартеру приходится вращать массивный маховик и приводить в движение всю кривошипно-шатунную группу двигателя. Чтобы провернуть коленчатый вал холодного двигателя, ему необходим большой пусковой ток, который выдаётся аккумулятором, стремительно теряющим максимальный ток и ёмкость с понижением температуры. С использованием слишком вязкого масла это делает запуск на морозе невозможным или существенно осложняет его.

Электрический стартер, устанавливаемый на большинство электростанций, представляет из себя электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением, с электромагнитным включением шестерни привода и дистанционным управлением. При этом он имеет особую конструкцию с четырьмя щётками (две положительные и две отрицательные), которая позволяет уменьшить сопротивление ротора и увеличить мощность электродвигателя.

Электрическое подключение стартера:

аккумуляторная батарея (АБ)

Силовой «+» толстый красный провод- постоянно подключен к верхнему контактному болту на рис. «30». Массой «-» является непосредственно корпус стартера. Провод управления работой стартера (значительно тоньше силового) подключается через наконечник или гайку к обмотке тягового реле на рис. «50».

Принцип работы стартера

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

Принцип работы стартера в двух словах можно описать так:

При нажатии на исполнительное устройство (в качестве которого может выступать: кнопка, ключ зажигания…) питание от АБ через реле стартера подается на обмотку тягового реле 5. Якорь тягового реле под воздействием силы электромагнитной индукции смещается, замыкая контактной пластиной «пяткой»7 силовые контакты 8, одновременно перемещая через рычаг 4 шестерню 3 (бендикс) и переводя ее в зацепление с маховиком 12 двигателя. При замыкании контактов 8 питание от АБ поступает на обмотку стартера 9, приводя во вращение якорь и соответственно шестерню вошедшую в зацепление с венцом маховика, которая проворачивает коленчатый вал двигателя через маховик, запуская двигатель. После начала работы двигателя, (что определяется либо частотой вращения двигателя, либо временем задержки вращения стартера) питания на реле стартера снимается и механизм привода выводит шестерню стартера из зацепления с зубчатым венцом маховика.

Варианты исполнения

1 – шестерня;
2 – муфта;
3 – рычаг;
4, 9 – крышки;
5 – реле;
6 – коллектор;
7 – щетки;
8 – втулка;
10 – болт;
11 – корпус;
12 – полюс;
13 – якорь;
14 – кольцо;
15, 16 – обоймы;
17 – плунжер;
18 – ролик

В стальном корпусе 11 стартера (схема 1) закреплены четыре полюса 12 с обмотками возбуждения, три из которых соединены с обмоткой якоря 13 последовательно и одна параллельно.

Вал якоря стартера вращается в двух втулках 8 из спеченных материалов, пропитанных маслом. Втулка заднего конца вала запрессована в крышку 9, а втулка переднего конца вала – в картере сцепления. На переднем конце вала якоря находится привод стартера, включающий в себя муфту свободного хода 2 и шестерню 1 привода, которые при включении стартера перемещаются по шлицам вала. Крышки стартера отлиты из алюминиевого сплава.

На передней крышке 4 закреплено тяговое реле 5, связанное через пластмассовый рычаг 3 и кольцо 14 с приводом стартера. Реле обеспечивает ввод шестерни в зацепление с венцом маховика и подключение электрической цепи обмоток стартера к аккумуляторной батарее при пуске двигателя.

На задней крышке 9 установлены щеткодержатели с четырьмя медно-графитовыми щетками 7. Щетки прижимаются пружинами к торцовому коллектору 6 якоря. Торцовый коллектор выполнен в виде пластмассового диска, в котором залиты медные контактные пластины. Такой коллектор уменьшает длину стартера, снижает его массу и способствует более стабильной и длительной работе щеточных контактов. Крышки и корпус стартера стянуты между собой двумя болтами 10.

Муфта свободного хода 2 состоит из наружной 16 и внутренней 15 обойм. Внутренняя обойма объединена с шестерней привода стартера. Наружная обойма объединена со ступицей, которая через спиральные шлицы соединена с валом якоря. Спиральные шлицы обеспечивают поворот муфты при ее перемещении вдоль вала, что облегчает ввод в зацепление зубьев шестерни 1 стартера и венца маховика.

В наружной обойме имеются три паза переменной ширины, в которых размещены ролики 18 и поджимные плунжеры 17 с пружинами. Ролики постоянно отжимаются в суженную часть вырезов, заклинивая наружную и внутреннюю обойм. При пуске двигателя заклинивание обойм усиливается, а после пуска обоймы расклиниваются, так как ролики, преодолевая сопротивление пружин поджимных плунжеров, выкатываются в расширенную часть пазов наружной обоймы муфты.

Источник

Стартеры: как они устроены и как их ремонтировать

Стартер – самая «женская» деталь автомобиля! Ведь считается, что именно электрический запуск двигателя позволил прекрасному полу всерьез сесть за руль, ибо до его изобретения машину заводили ручной рукояткой, что было под силу не каждому мужику… При этом как механизм стартер не по-женски надежен и предсказуем, благодаря неженской же грубости и простоте конструкции, а поэтому редко доставляет проблемы владельцу новой машины в течение 3-5 лет её службы. Хотя немолодой стартер, конечно же, имеет право покапризничать, поскольку жизнь его нелегка! Узнаем, как он устроен, а после теоретической подготовки исследуем и отремонтируем захандривший «пускач».

История появления стартера

И значально автомобиль был рожден без стартера — двигатели запускались заводной рукояткой, и это считалось нормой. Собственно, у машин зари автомобилизации хватало других, более насущных проблем, на фоне которых вращение ручки перед поездкой было не самой существенной. Однако тяжелый и небезопасный запуск мотора вручную был все же очевидным узким местом первых самобеглых повозок, и в 1911 году американский инженер-механик Чарльз Кеттеринг предложил конструкцию электрического стартера. А уже в 1912 году был выпущен первый автомобиль, заводящийся изобретением Кеттеринга – Cadillac Model 30.

Впрочем, несмотря на это, технической революции не произошло – что можно проследить хотя бы по знаменитому Ford T, который, выпускаясь миллионными тиражами, заводился ручкой вплоть до 1919 года… Собственно, причина заключалась в немалой степени в том, что Чарльз Кеттеринг, коронованный как изобретатель стартера, предложил компании Cadillac совсем не ту конструкцию, что применяется повсеместно в наши дни!

На фото: Чарльз Кеттеринг

На фото: Чарльз Кеттеринг

Его конструкция была сложна и ненадежна, поскольку стартер после запуска мотора не отсоединялся от коленвала, а переключался в режим генератора, и ведущие американские автоконцерны той эпохи отнеслись к идее прохладно. Причина же поддержки изобретения Кеттеринга Кадиллаком крылась в личности основателя фирмы Генри Лиланда, чей близкий друг в 1910 году был серьезно травмирован обратным рывком заводной рукоятки при слишком раннем зажигании и в результате скончался.

Лиланд поклялся, что альтернатива ручному запуску будет найдена, и с распростертыми объятиями встретил Кеттеринга, чей стартер в рекламном проспекте «Model 30» пафосно назвал «World Wonder» – «мировым чудом»!

Техническая же мини-революция в автопроме благодаря стартеру все же случилась – но четырьмя годами позже, в 1916-ом. А именно, когда еще один американский инженер Винсент Гуго Бендикс предложил разделить генератор и стартер на два отдельных узла, и подключать последний к двигателю лишь кратковременно – с помощью обгонной муфты, известной и по сей день как «бендикс».

Конструкция стартера

Все автомобильные стартеры очень похожи друг на друга. Разобрался в устройстве любого – считай, разберешься во всех. Хоть Матиза, хоть Камаза…

Основа любого стартера – простейший электромотор. Подача тока на ротор (он же – «якорь») осуществляется мощными медно-графитовыми щетками, а магнитная сила статора обеспечивается либо электромагнитами, либо постоянными магнитами. Электрические схемы большинства современных стартеров не имеют принципиальных отличий – все стартеры к электросистеме автомобиля подсоединяются в трех точках – силовой плюс от аккумулятора, масса через корпус, и управляющий плюс от замка зажигания. Различается, по сути, только мощность, выраженная в габаритах.

002

На цилиндрическом корпусе стартера выделяется «бочонок» меньшего размера – это так называемое «втягивающее реле». Оно выполняет две функции – собственно, подает питание на стартер, имея мощнейшие контакты, выдерживающие токи в сотни ампер, а также осуществляет сцепление вала стартера с валом двигателя через рычаг-«коромысло» и обгонную муфту- «бендикс».

Муфта эта работает по принципу классической велосипедной втулки – то есть стартер может крутить мотор, а вот уже запустившийся мотор не будет «тащить за собой» стартер, раскручиваясь на губительных для него высоких оборотах.

Наглядная 3D-анимация конструкции стартера

Более заметные отличия одной модели стартера от другой заключаются в конструкции передней опоры ротора. Классическое устройство – это когда ось ротора установлена в стартере на двух подшипниках – опорных втулках из бронзо-графитного сплава. Втулки эти находятся, соответственно, в передней и задней крышках стартера.

Читайте также:  Распределение тока по симметричному вибратору

В принципе, эта «двухопорная» конструкция – наиболее надежная и правильная. Но нередко встречаются «одноопорные» стартеры (на гаражном жаргоне их частенько не слишком корректно именуют БЕЗопорными), в которых задняя опора вала ротора находится, как и положено, в задней же крышке стартера, а вот передняя крышка отсутствует вовсе.

В этом случае передней опорой становится картер сцепления двигателя или картер КПП, куда запрессована опорная втулка. Стартер устанавливается на свое место в машине – и вал опирается на две втулки, как и дóлжно. Как правило, такое решение применяют с целью уменьшения габаритов узлов, и в принципе, пока все исправно, оно ничуть не хуже классического. Но если передняя опорная втулка в картере КПП разбивается, её замену произвести уже гораздо сложнее – делается это на машине и порой в весьма неудобных условиях. Тогда как в двухопорном стартере втулки меняются на верстаке, где все на виду и легкодоступно.

Еще один принципиальный конструктивный момент, отличающий модели стартеров друг от друга – редуктор. Вернее, его отсутствие или наличие, а в случае наличия – тип. Дело в том, что передача крутящего момента с ротора стартера на маховик мотора может осуществляться напрямую или через редуктор, встроенный в стартер.

Вариант «напрямую» – это когда шестерня «бендикса», вращающая венец маховика двигателя, находится прямо на оси ротора стартера. Такая конструкция достаточно архаична, характерна избыточными габаритами и весом, а также огромным потребляемым током, но еще встречается. Гораздо эффективнее, легче и компактнее редукторные стартеры. В них момент передается на венец маховика либо через одну промежуточную шестерню, либо через планетарную передачу с еще большим замедлением.

«Планетарные» стартеры встречаются сегодня наиболее часто. С ними для запуска двигателя достаточно аккумулятора, чуть ли не в два раза меньшей емкости и пускового тока, нежели требовалось для того же мотора при стартере, работающем напрямую.

003

Пример ремонта стартера

От теории перейдем к реальному агрегату, требующему ремонта. В нашем случае симптомы неисправности были такими – стартер стал вращать мотор очень вяло, вне зависимости от степени заряженности батареи. При этом, будучи демонтированным с двигателя и подключенным пусковыми проводами к батарее, вращался бодро. Отлаженный мотор худо-бедно умудрялся запускаться даже при столь вялом вращении, но в какой-то момент стартер встал окончательно и испустил дымок.

004

После снятия задней крышки из корпуса стартера высыпалось с пару столовых ложек черной пыли. Стало быть, первый диагноз – щетки. Извлекаем щеточный узел, снимаем корпус с магнитами (который автоэлектрики между собой называют «колбой»), и вынимаем ротор.

005

После продувки всех деталей сжатым воздухом и промывки в бензине стало видно, что щетки изношены практически полностью, а их останки почти закорочены графитовым порошком. Сила пружин, прижимающих остатки щеток, ослабла, сопротивление контакта возросло, произошел разогрев щеткодержателей и пружин до посинения, оплавления, смыкания витков и зависания щеток.

Берем в руки щеточный узел, как образец, и отправляемся в ближайшую контору по ремонту стартеров и генераторов, где просим подобрать аналогичную деталь. Обходится нам щеточный узел в сборе в 400 рублей, что при стоимости нового стартера от 4 до 5 тысяч совсем недорого!

008

Очищаем ротор и оцениваем состояние коллектора – контактного кольца, по которому работают щетки. Износ заметен невооруженным глазом (на фото показан стрелками), но коллектор способен еще поработать после замены щеток. Обходимся без проточки, зачищая его мелкой наждачной бумагой – этого достаточно.

Вообще же, износ коллектора ротора – серьезная проблема. В принципе, при нормальных условиях коллектор любого стартера способен сменить пару комплектов щеток, но если его контактные ламели сильно истончились – ротор идет в утиль. Деталь эта дорогая, приобрести её отдельно непросто, да и менять рационально разве что на халяву – если подвернется аналогичный стартер с живым ротором из старых запасов автохлама у себя или у друзей… Ибо при напрочь убитом коллекторе на стартере обычно уже живого места нет.

009

Осматриваем обгонную муфту, иначе – «бендикс» (название, кстати, пошло от фирмы-производителя Bendix). Вращаем его шестерню вручную. В одну сторону крутится, в другую – нет. Двигаем вперед-назад по оси вала – ходит легко, без заеданий. В нашем случае с «бендиксом» все окей, так и должно быть.

Между тем выход из строя обгонной муфты – тоже серьезная неисправность, поскольку купить нужную модификацию легко только для стартеров распространенных моделей – с поиском «бендикса» могут возникнуть проблемы… Главная же типичная причина неисправности муфты – это износ пружин и роликов внутри неё, из-за чего она проскальзывает, не блокируясь при вращении в рабочем направлении. В итоге стартер жужжит и вертится, а коленвал стоит. Эта неисправность диагностируется легко – «бендикс» проворачивается вручную в обе стороны, тогда как должен вращаться лишь в одном направлении. По-хорошему, обгонная муфта в таком случае подлежит замене, поскольку имеет неразборную конструкцию. Хотя некоторые энтузиасты развальцовывают её корпус, растягивают «стоптавшиеся» пружинки, нарезают новые ролики из каленых прутков, но результат этой возни чаще всего недолговечен.

010

Поскольку ротор извлечен, попутно оцениваем состояние планетарного редуктора. Вынимаем шестерни, промываем бензином, осматриваем. Все в порядке, претензий к редуктору нет. Наносим на шестерни и их подшипники легкий слой смазки ШРУС.

Отметим, что редуктор – достаточно надежный узел стартера. Бывает, что срезаются оси шестерней-саттелитов или лопается внешнее зубчатое кольцо – но происходит это редко и чаще всего из-за изначальных дефектов металла или его обработки, а не из-за нагрузок при повседневной работе. К примеру, в планетарных редукторах стартеров внешнее зубчатое кольцо, называемое «короной», часто бывает сделано из пластика и вполне долговечно (в нашем случае, как видно на фото ниже, «корона» металлическая).

В качестве же смазки редуктора в идеале требуются специальные составы для планетарных передач или особые консистентные низкотемпературные составы, но они недешевы и редки – их нерационально покупать для разовой работы, где из всей дорогущей тубы вам понадобится один грамм. Поэтому вполне допустимо применить распространенную смазку для ШРУСов или хорошую импортную смазку для подшипников ступиц. Главное, наносить её в очень небольшом количестве – набивать редуктор не нужно! Обилие сильно густеющего на морозе литола, продавливаясь между зубами шестерен, вызывает избыточный скачок тока и даже грозит разорвать пластиковую «корону»…

011

Теперь предстоит работа похитрее. Неразумно будет не оценить состояние контактов втягивающего реле, раз стартер снят и распотрошен. Но если для разборки стартера нам потребовались лишь ключи на 8, на 10, и крестовая отвертка, то открыть тяговое реле удастся лишь 100-ваттным паяльником. Из реле выходят провода, проходят насквозь через контактные пистоны в крышке, и пропаиваются снаружи. Поэтому после отворачивания двух крестовых винтиков крышки, поднять её удастся, только разогрев поочередно припой на двух контактах, показанных на фото стрелками. На самом деле это несложная процедура, и её можно проделывать при необходимости многократно.

012

Нам повезло – контакты в порядке. Слегка освежаем их, пошуровав комочком наждачной бумаги, зажатым в «утконосах». После этого поочередно разогреваем паяльником проходные пистоны на крышке, и резко хлопаем крышкой по столу – по инерции из пистонов вылетают остатки расплавленного припоя, отверстия освобождаются, и теперь крышку можно снова надеть на торчащие провода и запаять обратно.

013

014

015

Кстати, серьезной ошибкой автовладельцев, проводящих ремонт и профилактику стартера своими руками, является смазка сердечника втягивающего реле. В этом узле смазка не нужна совсем – максимум, можно слегка мазануть сердечник и его гнездо моторным маслом и протереть почти насухо – чисто ради уменьшения вероятности коррозии. А любые консистентные смазки в этом узле противопоказаны – на морозе даже самые лучшие и холодостойкие из них способны заклинить сердечник. В зазоре втягивающего реле должно быть чисто и сухо!

016

017

Собираем стартер в обратном порядке, не забыв смазать (тоже без фанатизма!) заднюю втулку ротора. Можно устанавливать агрегат на машину? Можно, но сперва проделаем еще одну штуку!

Дело в том, что в новоприобретенном щеточном узле щетки – ровные параллелепипеды. А коллектор – цилиндрический, да еще и приобретший от износа форму не совсем правильного цилиндра. И, по-хорошему, рабочие грани щеток должны иметь полукруглые выборки для увеличения площади контакта, плюс должны притереться к реальному профилю коллектора.

Поэтому чтобы первые включения стартера на двигателе не породили избыточный разогрев коллектора и щеток из-за прохождения большого тока через уменьшенное пятно контакта, мы проведем легкую притирку. Возьмем провода для «прикуривания», и с их помощью подключим стартер, лежащий на столе, к аккумулятору, и покрутим минутку-другую вхолостую с перерывами.

Вот теперь – все. Ставим стартер на двигатель и наслаждаемся быстрым и уверенным запуском.

Источник