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起动机发动机实验台架说明书

时间:2016-08-13 11:31来源:未知 作者:admin 点击:
对起动机和发电机的工作状况要严格要求,保证起动机和发电机的正常运转。必须对起动机和发电机的工作性能进行测试,所以本次设计的题目为汽车起动机、发电机测试实验台设计。

起动机发动机实验台架说明书

1          

 

1.1      汽车起动机发电机测试实验台设计的意义

汽车是现代交通工具中用得最多,最普遍,也是最方便的交通运输工具。汽车起动机、发电机能能够为汽车提供启动动力和全车供电。对汽车能否正常行驶起到至关重要的作用。可视为最最重要的动力源。起动机和发电机能否正常工作将直接影响汽车的使用性能。所以对起动机和发电机的工作状况要严格要求,保证起动机和发电机的正常运转。必须对起动机和发电机的工作性能进行测试,所以本次设计的题目为汽车起动机、发电机测试实验台设计。

通过查阅相关的资料,运用专业基础理论和专业知识,确定起动机、发电机测试实验台的设计方案,进行台架结构设计、部件选择和设计计算。使其达到以下要求:实验台结构简单、操作便捷,试验台架选用材料经济可靠。实验台选用部件器材操作简单实用,达到良好的测试效果的目的。同时用电设备具有安全性。

起动机、发电机测试实验台研究现状:

车起动机和发电机测试实验台,用于对发电机和起动机的参数测试与性能试验。专用的实验台它由多个电器检测仪器组装构成的整体仪器。目前我国用于汽车工业试验与测试的实验台层出不穷。不断地改进与更新。逐步实现实验与计算机数字通信技术数字化和网路化。真正实现了人工智能的水平。实验数据和结果的传输和控制更加准确和详实。随着我国汽车工业的发展,汽车技术的成熟,专门用于发电机和起动机性能测试的教学试验台已经不断完善,在教学领域中研制了专门用于教学施教的测试实验台。根据要求满足学生实验装置易操作性和便捷性进行教学器材和设备组装构成设计,由于试验装置只是模拟实验,学生的重点在于验证.所以实验台重点针对起动机和发电机结构特点性能特点进行测试。

我国汽车实起动机、发电机测试实验台主要为传统汽车电器万能实验台。其类型例如:TQD-2型汽车电器万能实验台。其特点为:实验台由驱动装置、加载装置、测量装置、被测装置等四部分组成。

(1)驱动装置

驱动电机多用于转速可调的调速电动机或电力测功机。

(2)加载装置

加载装置种类很多,常见的有:

① 直流电机或电力测功机(作为负载装置用时是发电机);

② 电涡流测功机;

③ 水力测功机;

其负荷调节较为困难,不易稳定,所以在试验台中这些年已很少使用了。

④ 磁粉制动器。

这种负荷装置是近几年才用于汽车实验领域的,其主要特点是:负荷控制方便噪声小低速加载性能好但以为其滑差功率小(大扭距时允许的转速很低)。

(3)被测装置

被测装置为待测发电机、起动机、磁电机、蓄电池等。

实验台外形和主要参数如下:

图1.1 TQD-2型汽车电器万能实验台

1.1技术参数

电源

交流:50Hz、220,单项;直流:12V、24V

调速范围

转速调节范围(空载):0~4000r/min;转向:正反转

三针放电装置

组列:8组并列;间隙调节范围:0~15mm

起动机制动装置测试范围

最大制动转矩:60Nm;最大制动电流:1000A;电压0-50V

发电机测试装置范围

发电机功率在750W以下(除750W14V)各种交直流发电机,硅整流发电机

发电机测试装置范围

发电机功率在750W以下(除750W14V)各种交直流发电机,硅整流发电机

 

检测项目

 

直流发电机检查:空载、负载、电枢;电子调节器检验;节压、节流、限流

起动机检验:空载、制动扭矩;分电器检验;分电器点火均匀性及点火提前

磁电机检验:点火性能、点火提前;点火线圈检验:点火性能

蓄电池检验:电压;电喇叭检验:声响

电动刮水器(雨刮)检验:动作状况;硅整流发电机检验:空载、负载

1.2      实验台设计课题研究内容及技术路线

1、 课题研究内容

依据给定汽车汽车电器性能测试试验的标准,以及机械部分设计的成果,确定控制模式及参数,设计起动机、发电机性能实验台的电子控制系统,包括:动力部分、控制部分、执行部分和辅助部分。

1.能够对起动机、发电机结构与原理分析;

2.能够对起动机、发电机性能分析与测试;

3.实验台电路连接设计,能够安全测试。

2、 课题研究技术路线

本次设计的技术路线可用以下步骤表示。


1.3         实验台设计要求和总体方案

本次设计主要针对汽车发电机和起动机进行综合测试实验台设计,系统的讲述汽车发电机和起动机实验台的特点,工作原理及结构和组成、功能和特点。起动机和发电机结构及组成、特性分析、电路连接、工作原理,实验台布局CAD设计,测试电路、数据分析、功能开发等。具有实验台结构简单、操作便捷特性,试验台架选用材料经济可靠。实验台选用部件器材操作简单实用,达到良好的测试效果的目的。同时用电设备具有安全性。

实验台包括起动机测试电路、发电机测试电路、控制面板箱、试验台架、实验台面五部分组成。

 

 2         汽车起动机、发电机原理及特性分析

 

起动机是将蓄电池电能转换成机械能、再通过传动机构带动发动机曲轴旋转、帮助发动机起动的装置。起动机的种类很多,电动机部分大致相同,而控制装置和传动机构则差异很大。因此起动机多是按控制装置和传动机构的不同来分类的。

按磁场产生的方式分类:激磁式起动机、永磁式起动机。

按控制装置分类:机械操纵式、电磁操纵式。

按传动机构分类:强制啮合式、惯性啮合式、电枢移动式、齿轮移动式、同轴式起动机。

发电机是汽车的主要电源,是将发动机产生的机械能转变为电能的装置。其功用是在发电机正常运转时,向所有用电设备供电,同时给蓄电池充电。汽车用发电机可以分为直流发电机和交流发电机,由于交流发电机的性能在许多发面优于直流发电机,直流发电机已经被淘汰。目前汽车采用三相交流发电机,内部带有二极管整流电路,将交流电整流为直流电,所以,汽车交流发电机输出的是直流电。

交流发电机按照不同分类方法可分为:

1.按总体结构分:普通交流发电机 整体式交流发电机 带泵交流发电机 无刷交流发电机 永磁交流发电机。

2.按整流器分:6管交流发电机  8管交流发电机  9管交流发电机 11管交流发电机。

3.按励磁绕组搭铁形式分:内搭铁型交流发电机  外搭铁型交流发电机。

2.1        起动机结构组成及其作用

起动机一般由直流电动机、传动机构和电磁开关三部分组成。

(1)直流电动机,其作用是将蓄电池中电能转变为机械能的装置。一般由电枢、磁极、外壳、电刷与电刷架等组成。

电枢总成:电枢用来产生电磁转矩,它由铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成。电枢铁心由多片互相绝缘的硅钢片叠成;电枢电流一般为200~600A。磁极。磁极由铁心和激磁绕组构成,其作用是在电动机中产生磁场。电刷与电刷架,作用是将电流引入电枢,使电枢产生连续转动。电刷装在电刷架中,借弹簧压紧力压在换向器上。

(2)传动机构(啮合机构),其作用是:在发动机起动时,使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿环,将起动机转矩传给发动机曲轴;而在发动机起动后瞬间,使驱动齿轮打滑与飞轮齿环自动脱开。

(3)电磁开关(即控制装置),用来接通和切断起动机与蓄电池之间电路。机构将发动机拖转起动。

2.2         工作原理分析

起动机的工作原理可以通过其主要部件直流电动机的工作原理来说明。直流电动机是将电能转变为机械能的设备,它是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用的这一原理为基础而制成的。如图2.1所示。

电动机的电刷与直流电源相接,电流由正电刷和换向片A流入,从换向片B和负电刷流出,此时绕组中的电流方向为a---b,按左手定则可确定导线ad受到向左的电流力F。导线cd受到向右的电磁力F,从而使整个线圈受到逆时针方向的转矩而转动。当电枢转过半周时,换向片B与正电刷相接触,换向片A与负电刷相接触,线圈电流的方向改变为由d---a,因而在N极和S极下面导体中的电流方向保持不变,电磁转矩的方向也就不变,使电枢仍按原来的逆时针方向继续转动。

 

图2.1  直流电动机工作原理

由此可见,直流电动机的换向器保证电枢所产生的电磁力矩的方向保持不变,使其产生定向转动。但实际的直流电动机为产生足够大且转速稳定的电磁力矩,其电枢由多匝线圈构成,换向器的铜片也相应增加。

根据安培定律,可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量Ф及电枢电流Is之间的关系为:

                                                          (2.1)

式中,为电动机结构常数。

根据上述与原理分析,电枢在电磁力矩M作用下产生转动,由于绕组在转动同时切割磁力线而产生感应电动势,并根据右手定则判定其方向与电枢电流的方向相反,故称反电动势。反电动势的大小与磁极的磁通量和电枢的转速n成正比。

                                                              (2.2)

C——系数(常数);

n——为发动机转数;

——为磁极磁通;

由此可推出电枢回路的电压方程,即:

                                                  (2.3)

 ——电枢绕组电阻;

U ——起动机外加电压;

——激磁绕组电阻;

——电枢电流。

在直流电动机刚接通电源的瞬间,电枢转速n为0,电枢反电动势也为0,此时,电枢绕组中的电流达到最大值,电枢产生最大电磁转矩。若此时的电磁转矩大于发动机的阻力矩,电枢就开始加速转动起来。随着电枢转速的上升,增大,电枢电流下降,电磁转矩M也就随之下降,直至M与阻力矩相等为止。可见,当负载变化时,电动机能通过转速、电流和转矩的自动变化来满足负载的需要,使之在新转速下稳定工作,因此直流电动机具有自动调节转矩功能。

2.3        工作特性分析

     车用起动机多采用串激式直流电动机,其原理电路如图所示。

图2.2 起动机原理电路图

2.3.1        转矩特性

对于串激式直流电动机,其磁场电流与电枢电流相同,并且磁极未饱和时,磁通Φ与电枢电流成正比,即, 为常数.串激式直流电动机的转矩可表示:

                                                        (2.4)

由此可知,在磁路未饱和时,直流串激式电动机的转矩与电枢电流的平方成正比。但是当此路饱和后磁极磁通量几乎不变,此时电磁转矩与电枢电流成直线关系。在发起动发动机的瞬间,由于发动机的阻力矩很大,发动机处于完全制动状态下,由于转速为零反电动势为零。此时电枢电流达到最大值(称为制动电流),电动机产生最大转矩(称为制动转矩),从而使起动机易于发生起动发动机,这就是汽车上采用串激直流电动机的主要原因。

图2.3 直流串激式电动机转矩特性

 

2.3.2  转速特性

根据原理电路图可以列出:

                       (2.5)

式中   ——连接导线电阻;

       ——蓄电池内电阻;

      Δ——电枢接触电压降。

根据,可求得电动机的转速为

由此可知,当电动机的电枢电流增加时,电压降ΣR随之增加。

在磁路未饱和的情况下,磁通φ也随之增加,电动机的转速虽ΣR和的增加而急剧下降。因此,直流串激电动机具有在轻载时,电枢电流IS小,转速高;而在重载时,电枢电流大,转速低的软机械特性,能保证发动机既安全又可靠地起动,这是汽车上采用直流串激式电动机的主要原因之一。但由于其在轻载和空载时转速很高,容易造成飞车现象,因此对于功率较大的直流串激电动机来说不可在轻载或空载下长时间运转。

图2.4 直流串激式电动机转速特性

2.3.3  功率特性

起动机的输出功率P可以通过测量电枢轴上的输出转矩M和电枢的转速n来确定。

                            (2.6)

起动机在全制动(n=0)和空载(M=0)时,其输出功率均为0,而在IS接近全制动电流一半时其输出功率最大。

起动机工作时间短暂,所以允许在最大功率状态下工作,起动机的额定功率一般也就是电动机的最大功率或接近与最大功率,其特性曲线由图可知:

图2.5 直流串激式电动机功率特性

(1)完全制动时,相当于起动机刚刚接通的瞬间,n=0,电枢电流最大(称为制动电流),转矩也达到最大值(称为制动转矩),但输出功率为零。

(2)起动机空载时电流最小(称为空载电流),但转速达到最大值(称为空载转速),输出功率亦为零。

(3)在电流接近制动电流一半时,起动机的功率最大。

生产中通过空载和全制动俩项实验来检查起动机的技术状况,以判定其制造或维修质量。

2.4        发电机的结构和组成

交流发电机主要由转子总成、定子总成、硅整流器、前后端盖及电刷以及皮带轮、风扇等部件组成。

1、转子总成

转子是交流发电机的磁场部分,工作中产生旋转磁场,它由转子轴、滑环、爪极、磁轭、磁场绕组等组成。转子轴上压装着两块爪极,爪极被加工成鸟嘴形状,爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成,压装在转子轴上并与轴绝缘,两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。当给两滑环通入直流电时,励磁绕组中就有电流通过,并产生轴向磁通,使爪极一块被磁化为N极,另一块被磁化为S极,从而形成六对相互交错的磁极,当转子转动时,就形成了旋转的磁场。

2、定子

定子的作用是产生交三项流电动势。定子安装在转子外面,与发电机的前、后端盖固定在一起,当转子在其内部转动时,引起定子绕组中磁通的变化,定子绕组中就产生交变的感应电动势。定子又叫电枢,定子由定子铁心和定子绕组(线圈)组成。 

3、硅整流器

整流器的作用是将定子绕组的三项交流电变为直流电。整流器由整流板和整流二极管组成。6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管分别压装在相互绝缘的两块板上组成的,其中一块为正极板,另一块为负极板,负极板和发电机外壳直接相连,也可以将发电机的后盖直接作为负极板。6只整流二极管分为正极管和负极管两种,引出电极为正极的称为正极管,3只正极管装在同一块板上,也可以直接安装在后盖上。

4、前后端盖

交流发电机的前后端盖均由铝合金铸造而成,铝合金为非导磁材料,漏磁少、重量轻、散热性能好等优点。在后端盖内装有电刷组件,电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷用铜粉和石墨粉模压而成,电刷架用玻璃纤维模压而成。电刷安装在电刷架内,借助弹簧的压力与滑环保持接触。

交流发电机磁场绕组的搭铁形式有内搭铁和外搭铁之分。磁场绕组的一端经电刷在发电机段盖上搭铁称为内搭铁式;磁场绕组的两端均与端盖绝缘,其中一端经调节器后搭铁成为外搭铁式。交流发电机前端装有皮带轮、风扇,工作时使发电机内部强行通风散热。后端盖后侧装有薄铝板冲压而成的防护罩,以保护整流器不被损坏。

2.5         工作原理分析

发电机的工作原理都是基于电磁感应定律和电磁力定律,转子在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。

2.5.1  发电原理

发电机的三项定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中,彼此相差120°电角度。内部有一个转子,转子上安装着爪极和励磁绕组。当外电路通过电刷使励磁绕组通电时,便3产生磁场,使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时,磁通交替地在定子绕组中变化,根据电磁感应原理可知,定子的三项绕组中便产生交变的感应电动势。

三项绕组的末端连在一起,形成星形连接。当通电的转子旋转时,磁力线和三相绕组有相对运动,在三项绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差120°电角度的正弦交流电动势,其瞬时值方程式为:

                                             (2.7)

                                     (2.8)

                                                (2.9)

式中 ——最大值,,E为有效值;

         ω——为角频率();
      每组绕组所产生电动势的有效值为:

                                                          (2.10)

式中 K——绕组系数,对交流发电机,整距集中绕组 K=1;

N——每项绕组的匝数;

Ф——每极磁通量;

         f——感应电动势频率,;

p——磁极对数,n为转数。

2.5.2  整流原理

硅二极管具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时二级管导通,当给二极管加上反向电压时二极管截止。利用这一特性,可组成各种形式的整流电路,把交流电变成直流电。在交流发电机中采用6只硅二极管组成三项桥式整流电路。如图所示

图2.6 三项桥式整流电路及电压波形

 如图2.6  所示,其中D1、D3、D5负极连接在一起,在某一瞬时,正极具有最高电位的那个二极管导通。D2、D4、D6的正极连在一起,在某一瞬时,负极具有最低电位的那个二极管导通。同一时刻只有两个二极管工作。通过6只二极管全波整流后,在负极得到一个比较平稳的直流电压。

2.6      工作特性

2.6.1  输出特性

输出特性是研究发电机的输出电压保持一定时(12V系列规定为14V,24V规定为28V),其输出电流与转速的关系。即U=常数,的曲线,

图2.7 交流发电机的输出特性

交流发电机的输出特性有如下特点:

1.发电机转速较低时,其电压低于蓄电池电压时,不能向外供电。当转速达到空载转速时发电机电压达到额定值;当转速高于空载转速 时,发电机才有能力向外供电,可以作为选择发电机传动比的依据。

    2.当转速超过时,发电机的输出电流将随着转速n的升高而增大;当转速等于n2时,发电机输出额定功率,转速叫做发电机的满载转速。

    3.当转速达到一定值后,发电机的输出电流不再随着转速的升高负载电阻的减小而增大,这时的电流值称为发电机的最大输出电流(或限额电流值)可见交流发电机具有自身限制输出电流的能力。

交流发电机定子绕组的阻抗限制输出电流。交流发电机的定子绕组具有一定的阻抗,对通过定子绕组的交流电流起着阻碍作用,阻抗Z由三项绕组的电阻值R和感抗组成,即:

                                            (2.11)

由上式可知,定子绕组的感抗与发电机的转速成正比。当转速升高时,感抗增大,阻抗Z也增大,阻碍电流的作用也就越大。电枢反应使磁场减弱,感应电动势降低。所谓电枢反映就是指电枢绕组产生的磁场(电枢磁场)对磁极磁场的影响。在发电机空载时,其内部只有磁极磁场,当定子绕组中有电流输出时,定子绕组的电流将产生磁场,且电流越大,该磁场就会越强。工作中发电机内部的磁场就是上述两磁场的组合。当磁极磁场饱和后,电枢磁场的存在将削弱磁极磁场,使合成磁场减弱,感应电动势降低,输出电压降低,从而使输出电流减小。

2.6.2  空载特性

     交流发电机的空载特性是研究发电机在空载运行时的端电压U随转速的变化关系(即 ,的曲线)。

图2.8 交流发电机的空载特性

1.蓄电池电压  2.空载转速  3.自励  4.他励

从曲线可以看出,随着转速的升高,端电压上升较快,由他励转入自激发电时,即能向蓄电池充电;空载特性是判定充电性能的重要依据。

2.6.3  外特性

     外特性是指发电机转速n一定时,其端电压随输出电流的变化关系,即n=常数时,的函数关系,如图所示:

图2.9 交流发电机的外特性

2.7        本章小结

本章起动机、发电机主要介绍结构组成和工作原理,以及对工作特性的分析。起动机是汽车最主要的启动部分。通过起动机转动来带动发动机的旋转。发电机是汽车上电气设备的主要供电设备。通过发动机带动产生供给电气设备的电流。并且能够给蓄电池充电。掌握起动机、发电机的基本知识后,才能够对以后实验过程中的各种现象和数据进行分析计算,得出结论。

  

3          实验台传动系统设计

 

实验台是由多个电器检测仪器组装构成的整体仪器。主要有工作台身、台面、调速电机、升降龙门夹具,起动机制动器、传感器、仪表等。通过线路连接构成一个测试整体系统。主要设计方案包括:实验台架设计、实验台布局。

3.1        实验台架布局设计

实验台架的选材和结构设计:实验台架主要采用管口铁焊接而成。采用45方钢管(40mm×40mm),具有抗弯曲、拉伸特点,能够进行焊接。工作台面采用热轧钢板材料为20Mn,(主要用于制造心部力学性能较高的渗碳或液体碳氮共渗零件,如凸轮轴、曲柄轴等;在正火或热轧状态下用于制造韧性高而应力较小的零件,如螺钉、螺母、支架、铰链及铆焊结构件;还可以制成板件4-10mm等。试验台架主要通过焊接的方法进行连接,台架台面主要尺寸:

                       表3.1 实验台架主要尺寸参数                       mm

 

长L/mm

宽b/mm

高h/mm

实验台

1200

580

850

10

 

图3.1 实验台总布置图

3.1.1  实验台主要器材部件

    实验台主要包括:控制面板箱和实验测试设备。

    控制面板布置如图纸所示,选用主要原件包括:电压表、电流表、继电开关、调速电机控制器、转矩显示器和内部电源。

测试设备主要包括:主要原件有:起动机、传动齿轮轴、轴承、轴承座、联轴器、转矩传感器、磁粉制动器、变频调速电机、发电机等。

3.2      起动机传动系统的设计

起动机动力传动系统方案主要参考现有实验设备系统进行设计,如图:

图3.1 传动方案图

传动系统中主要元件设备有:起动机、齿轮轴、联轴器、转矩传感器、轴承座、磁粉制动器。起动机的动力传动需要设计一段齿轮轴,能够起到和起动机小齿轮啮合并且能够传递转矩的作用。

3.2.1  齿轮轴的设计

系统中所需要的齿轮轴,主要作用是起到动力传递作用,所以根据起动机的参数进行数据计算。

3.2 齿轮轴

根据公式 可以计算求出齿轮轴的最小直径。

由于在传动系统中齿轮轴需要与起动机启动齿轮啮合,所以齿轮轴承受转矩的大小由起动机输出转矩决定,现在选取一个最大起动转矩的起动机为例进行设计计算。一般最大起动转矩为;, 许用扭切应力。

计算: , 

对于一般轴,可用第三强度理论求出危险截面的当量应力:

                             (3.1)

为危险截面上弯矩M产生的弯曲应力;为转矩T产生的扭切应力。对于直径为d的圆轴 。

                                                  (3.2)

                                                           (3.3)

(,d为轴径,G为弹性模量MPa,)        

其中W  分别为轴的抗弯截面系数和抗扭界面系数。将和值代入式3-1得疲劳强度公式:

                                    (3.4)

——当量弯矩

a——根据转矩性质而定的折合系数。对不变转矩 ,脉动变化时a=0.6,对频繁正反转的轴,可作对称循环变应力,a=1.计算得:  

3.2.2        齿轮段参数计算

齿轮轴的设计要求参数与起动机启动小齿轮的参数一样.现在选取以11齿小齿轮为参照。根据齿数可确定分度圆直径等参数,如下表:

3.3 齿轮参数

1

齿数

 

2

中心距

 

3

啮合角

 

4

齿顶圆直径

 

5

齿根圆直径

 

6

断面模数

 

7

螺旋角

 

8

分度圆直径

 

9

齿顶高

 

10

齿根高

 

3.2.3  联轴器的参数

根据传动方案所示,齿轮轴段最小直径与联轴器相连接。根据d=28mm选取凸缘联轴器的参数如下表:

3.4 凸缘联轴器(GB 5843——86

 

 

型号

公称转矩N.m

许用转速r/min

轴孔直径d(H7)/mm

轴孔长度L/mm

D1

D2

 

螺栓

/mm

质量kg

转动惯量kg.

Y型

mm

数量

直径

Y型

 

YL7

160

4800

28

62

120

95

4

M10

128

5.66

0.029

3.2.4  轴承座的参数

3.5 轴承参数

型号

d

 

D

g

Amax

 

H

 

L

J

S螺栓

 

N

SN206

30

35

62

30

77

52

50

22

185

150

M12

15

20

经元件计算后,设计出总传动方案如图所示;

3.3 起动机动力传动系统

3.3      发电机传动系统设计

根据发电机特性原理,传动方案主要通过调速电机控制发电机转速。所以要对调速电机的传动比、皮带轮参数进行计算。

3.3.1  调速电动机的参数

3.6 Y系列(IPP44)电动机技术参数

电动机型号

额定功率KW

满载转矩

堵转转矩

最大转矩

质量kg

额定转矩

额定转矩

同步转速 3000r/min,2极

Y802-2

1.1

2825

2.2

2.2

17

3.3.2  皮带轮的设计

皮带轮的主要参数有:传动比,、皮带长度、皮带的紧力。

传动比是主动轮用皮带带动从动轮时,若皮带的直径分别为和,转速为

传动比i可以由下式表示:

                          (3.5)

计算得:i=2

皮带长度在带轮的轴间距为a时,皮带的长度L可以下式表示近似计算:

                                                 3.6

由于发电机皮带尺寸为固定型号,所以只需根据需要进行选取。

皮带张紧力在皮带传动中,即使是不传递动力的静止状态下也需要张紧皮带,称此张力为初拉力,它与传递的载荷大小相对应。若皮带的紧边张力为,松边的张力,则出张力可按下式近似计算:

                                                         (3.7)

带动从动轮的圆周力成为有效张力。有效张力由下式表示:

                                                           3.8

若皮带与带轮之间的摩擦系数为(0.20.3),主动轮的皮带包角为(rad),自然对数的底为e,则可导出下列关系:

                                                  3.9

设皮带速度V(m/s),有效张力(N),则传递的动力P(W)为:

                                                   (3.10)

经查表得:带传动的传动效率,摩擦系数,电机功率为1.1kw,

表3.7 带轮参数

基准线宽b

基准线上槽线

基准线下槽线

槽间距e

槽边距

最小轮缘厚

带轮宽B

外径

轮槽角

5.3

1.6

4.7

8

 

6

5

23

117

32

图3.4 发电机动力传动系统

3.4      本章小结

为了能够对起动机发发电机测试实验台进行动态测试,要对实验台的发电机和起动机机械传动部分进行布局和设计。本章首先对试验台的总体布局进行设计,然后对对传动部分的方案选择和主要零件的参数计算,通过数据计算根据数据进行绘制图纸。

 

4         实验台测试系统设计

 

实验台测试系统分为起动机测试系统和发电机测试系统。

4.1        起动机测试元件选择和电路设计

起动机的起动性能主要是通过起动机转距大小来表现出来,起动转矩大起动效果越好,针对起动转矩的测量,进行元件选择,主要元件是传感器和电流表。通过线路连接,组成完整的测量系统。

4.1.1  测试设备原件的选择

 

电流表:测量范围在09999mA

图4.2 电流表

转矩传感器

 

图4.3 JN338型传感器显示器实物

转矩显示器

图4.4转矩显示器实物图

转矩传感器的工作原理:转矩传感器主要由扭力轴、磁检测器,转筒及壳体等四部分组成。磁检测器包括配对的两组内、外齿轮,永久磁钢和感应线圈。外齿轮安装载扭力轴测量段的两端;内齿轮转筒内,和外齿轮相对,永久磁钢紧接内齿轮安装在转筒内。永久磁钢,内外齿轮构成环状闭合磁路,感应线圈固定在壳体的两端盖内。在驱动电机带动下,内齿轮随同转筒旋转。

内外齿轮是变位齿轮,并不啮合,齿顶六由工作气隙,内外齿轮的齿顶相对时气隙最窄,齿顶和齿槽相对时,气隙最宽。内外齿轮在相对旋转运动时,齿顶与齿槽交替相对,相对转动一个齿位时,工作气隙发生一个周期的变化,磁路的磁阻和磁通随之相应作周期变化,因此线圈中感应出近似正弦波的电压讯号,讯号电压瞬时值的变化和内外齿轮的相对位置的变化是一致的。

如果两组检测器的齿轮的投影互相重合时、两组电压讯号的相位差为零。安装时,两只内齿轮的投影是重合的。而扭力轴上的两只外齿轮是按错动半个齿安装的。因此,两个电压讯号具有半个周期的相位差,即初始相位差为。若齿轮为120齿,分度角为3°,相位差为180°时,相应外齿轮错动1.5°。 当扭力轴受到扭矩作用时,产生扭角β,两只外齿轮的错位角变为两个电压讯号的相差角相应变为:

                    。                  (4.1)

扭角和扭矩是成正比例的,因此扭角的变化和扭矩成正比,即相位差角的变化

                   M              (4.2)

式中K1为相位差角和扭矩的比例系数,,±另表示转动方向。

设扭力轴测量段的直径为d,长度为L,扭力轴材料的剪切弹性模为G,则K1=32L/πdG。将传感器的两个电压讯号输入仪表将电压讯号进行放大、整形、 检相、变换成计数脉冲,然后计数和显示,便可直接读出扭矩和转速的测量结果。

由于采用磁电转换、相位差原理和数字显示的转矩转速测量方法,因此能进行稳定、可靠、快速、 灵敏的高精度测量。

转矩传感器工作特点

(1) 可测量稳态旋转扭矩及动态过渡过程的旋转扭矩。
(2) 测量正、反向扭矩时,不需调整零点。
 

(3) 信号检测采用数字化处理技术,精度高、稳定性好、抗干扰强。
(4) 输入电源极性、幅值保护,输出转矩、转速信号保护。
 
(5) 扭矩信号的提取方式为应变电测技术。
 
(6) 扭矩测量精度与旋转速度、方向无关。
 
(7) 可测量正反向扭矩、转速及功率。
 
(8) 输入、输出信号的传输为非接触的耦合方式。
(9) 体积小、重量轻、安装方便。
(10) 可靠性高、寿命长。

表4.1 JN338转矩传感器技术参数

转矩测量范围:0200N.m

转矩准确度:0.2% F.S

过载能力:150% F.S

绝缘电阻:200M

工作温度:-2060

重复性:0.1% F.S

滞后性:0.1% F.S

相对湿度:90% RH

线性:0.1% F.S

零转矩频率输出:10KHZ

应变计动态响应时间:3.210-6S

正向转矩满载量程频率输出:15KHZ

转速输出信号:60-120个脉冲/转

反向转矩满载量程频率输出:5KHZ

传感信号输出:方波信号、幅值为5V负载电流15MA

传感器功率 4w

磁粉制动器

 

4.5 磁粉制动器实物图

表4.2 磁粉制动器技术参数

型号

主要技术参数

外形尺寸

转矩

滑功

电压

转速

D1

D2

D3

L3

L1

L2

L0

d

t

FZ200K-2

200

500

24

800

300

220

180

70

5

115

195

28

10

4.1.2  起动机测试系统电路设计

为了进行起动机相关性能测试:空载性能测试、全制动性能测试、起动电流测试,设计出测试电路图,如图所示:

4.6 起动机测试电路

4.1.3  起动机的测试

1、空载实验

测量起动机的空载电流和空载转速并与标准值比较。

说明: 电流值>标准值,n<标准值,表明装配过紧或电枢绕组和励磁绕组内有短路或搭铁现象。电流值<标准值,n<标准值,表明内部电路有接触不良的地方。

注意: 每次空载试验不要超过1分钟,以免起动机过热。

2、全制动实验

在空载试验后,通过测量起动机完全制动时的电流和转矩来检验其动机的性能良好与否,需进行全制动试验。

说明:电流大,转矩小,表明此磁场绕组或电枢绕组有短路或搭铁的不良现象。电流小,转矩小,表明起动机接触内阻过大。

注意:时间小于5秒,以免烧坏电动机,对蓄电池使用寿命造成不利影响。

3、按标准和技术条件要求,起动机性能测试装置设置了以下性能试验项目 :

(1)吸合电压:测量起动机电磁开关主触点闭合时的始吸电压,自动加顶齿垫块,电压自动调整测量。在起动机齿轮处加一垫块,接通起动机线圈,当电源电压连续升高时,电磁开关主触点在某一时刻闭合,采得的该时刻电压值若小于或等于标准值则合格,否则不合格。

(2)释放电压:测量起动机电磁开关的主触点断开时的释放电压。当电源电压连续由高降低时,电磁开关触点在某一时刻由闭合至断开,采得的该时刻电压值若小于或等于标准值合格。否则不合格。

(3)空载性能:测量起动机完全空载状态下的电流、电压、转速。在起动机空载状态下,在给定的电压值时测得的电流小于或等于标准值,并且,测得的转速大于或等于标准值,则合格否则不合格。 

(4)负载性能:进行起动机在额定负载时的电压、电流、转矩、转速测量。起动机在负载状态下运转,电源的放电特性符合起动机电源的模拟特性要求时。在转速大于或等于标准值,电流小于或等于标准值且转矩大于或等于标准值则合格,否则不合格。

(5)啮合性能:检查起动机单向器在额定负载下其啮合能力。起动机在负载状态下连续接通数次,检查其啮合性能。

(6)制动性能:进行起动机在制动状态下的电压、电流、转矩的测量。在起动机制动状态下,在给定的电压值时测得的电流小于或等于标准值,转矩大于或等于标准值则合格,否则不合格。

(7)超速性能:进行起动机的超常运转试验。先接通起动机的主回路和开关回路,接着接通负载,然后断开开关回路。

(8)断电性能:离合器在测试装置的齿圈作用下,保持其啮合位置,检查开关的断电能力。

(9)运转试验:起动机在进行完大电流试验后再次进行空载试验,检查其性能是否有变化。在起动机空载状态下,在给定的电压值时测得的电流小于或等于标准值,并且,测得的转速大于或等于标准值则合格,否则不合格。

通过测试出的数据,对数据与起动机的额定参数进行比较.数据对比后,检查故障发生的原因,进行下一步骤的检查。

从可以分析出起动机存在的故障问题,以便于下一步骤的检测。起动机的主要数据是通过给定的参数表格来比较的,可以根据国内一些起动机的主要参数标准和系列,主要见下表:

4.3 起动机主要技术性能参考值

 

 

型号

规格

空载特性

全制动特性

电刷

驱动齿数

额定电压/V

额定功率/W

电流不大于/A

转速不低于/r.

 

电压/V

电流不大于/A

扭矩不小于/N.m

牌号

弹簧压力/N

齿数

齿轮行程/mm

QD124A

12

1.85

95

5000

8

600

24

Ts-2

 

9

20

QD1215

12

1.85

90

5000

6

700

24

 

 

 

 

QD124H

12

1.47

90

5000

8

650

29.4

 

2-15

 

 

QD124F

12

1.47

90

5000

8

650

29.4

 

8-13

11

 

QD1211

12

1.8

90

5000

7.5

750

34

 

12-15

11

 

321

12

1.1

100

5000

6

525

15.7

Ts-4

12-15

9

20

QD1225

12

0.96

45

6000

7

480

13

 

 

9

 

QD142A

12

3

90

5000

7

650

25

 

12-15

9

 

DW1.4

12

1.4

67

2900

9.6

160

13

 

 

9

 

D6RA37

12

0.57

220

1000

 

350

85

 

 

9

 

4.1.4  起动机测试实验的操作步骤

1.空载试验

主要测量起动机的空载电流和空载转速。

第一步:将待测起动机安装在龙门夹具上固定。

第二步:将测试部分设备电流表、传感器显示器进行调零校正。

第三步:将起动机进行控制线路连接,经检查后通电测试。

第四步:调整测试设备(转矩传感器),调整轴承座、齿轮轴位置(高度,中心距),使齿轮段与起动小齿轮啮合。

第五步:经检查无误后通电,测试起动机额定空载电流、转速。

2.全制动试验

主要测量起动机的制动电流、制动转矩。

第一步:将待测起动机安装在龙门夹具上固定。

第二步:将测试部分设备电流表、传感器显示器进行调零校正。

第三步:将起动机进行控制线路连接,经检查后通电测试。

第四步:调整测试设备(转矩传感器、磁粉制动器),调整轴承座、齿轮轴位置(高度,中心距),使齿轮段与起动小齿轮啮合。

第五步:经检查无误后通电测试,接通起动开关5S后,将磁粉制动器通电,记录起动机制动时的制动电流和制动转矩。

图4.7 起动机测试原理图

4.2        发电机测试系统元件选择和电路设计

发电机的主要功用是对汽车用电设备供电,同时对蓄电池充电。发电机的测试电路主要是针对发电机的特性进行设计。测试发电机的输出特性、空载特性、外特性。

4.2.1  测试设备元件的选择

测试设备主要选择电压表或示波器动态监测发电机变化情况。下面将介绍测试设备的技术参数和特点:

电压表:DP3A三位半数

 

 

特点:具有模拟变输出功能(4-20mA0-20mA),采样速度2.5次/秒,外型尺寸48H×96显示范围±1999。

 

 

 

 

图4.8  电压表

4.4 技术参数

最大显示

1999(AD显示有效值)

频率范围

40-200Hz(仅对交流)

溢出显示

“-1”or“1”

极性显示

只显示“-”仅对直流

显示

 红色数码管(14.2mmH)

电源

AC 110/220V ±10% 50/60HZ,功耗5VA

耐压

AC 1500V 1min

绝缘电阻

DC 500V ≥100MΩ

重量

约500g

变频调速器

图 4.9  变频调速器实物图

电动机

图4.10 三项异步电动机实物图

4.5 选用三相异步电动机的主要参数

型号

功率(KW)

功率因数COSØ

起动电流倍数

起动转矩倍数

额定电流(A)

额定转速(r/min

同步转速r/min

Y2-802-2

1.1

75

0.83

6.1

2.2

1.8

2825

调速设备设计要求具有一定的转速变化范围、大功率的电机,故选用三相异步交流电机。

交流异步电动机(以下均指的是感应交流异步电动机)因为结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、维护方便的特点,在生产和生活中得到广泛的应用,与其他种类电动机相比.交流异歩电动机的市场占有量始终居第一位现在流行的交流异歩电动机调速控制方法可分为两种:变频变压法(VVVF)和矢量控制法,前者的原理相对比较简单,有20多年比较成熟的发展经验,因此应用得较多,目前市场出售的变频器多数都是釆用这种控制方法。由于使用这种控制方法对交流异步电动机进行调速时,可能会使电动机的机械特性变差.因此人们开始研究矢量控制技术。矢量控制的思路是:设法在三相交流异步电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律。

交流异步电动机变频调速原理

根据电机学理论,交流异步电动机的转速可由下式表示:

                                                  (4.3)                       

式中: n──电动机转速;

P──动机磁数:

f──电源频率;

S──转差率。

由式可知,影响电动机转速的因素有:电动机的磁极对数P、转差率S和电源频率f其中,改变电源频率来实现交流异歩电动机调速的方法效果最理想,这就是所谓变频调速。

主电路和逆变电路的工作原理

变频凋速实质上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这一功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成:主电路和控制电路,其中主电路通常采用交─直─交方式, 即先将交流电转变成直流电(整流、滤波)再将直流电转变成频率可调的矩形波交流电(逆变)。图4.8是主电路的原理图它是变频器常用的最基本的格式。

图4.11 主电路原理图

1、主电路各元件的功能

主电路中各元件功能如下:

·     交─直电路

整流管D1~D6组成三相整流桥,对三相交流电进行全波整流,整流后的直流电压为:

                                             (4.4)

滤波电容Cr滤除整流后的电压波形,并在负载变化时保持电压平稳。

当变频器通电时,瞬时冲击电流较大,为了保护电路元件,加限流电阻Ra。延时一段时间后,通过控制电路使开关JK闭合,将限流电阻短路。

Rc是制动电阻。电动机在制动过程中处于发电状态,由于电路是处在断开情况下,增加的电能无处释放.使电路电压不断升高,将会损坏电路元件。所以,应给一个放电通路,使这部分再生电流消耗在电阻Rc上。制动时.通过控制电路使开关管Tc导通,形成放电通路。交电路逆变开关管T1~T6组成三相逆变桥,将直流电逆变成频率可调的矩形波交流电。逆变管可以选择绝缘栅双极晶体管IGBT、功率场效应管MOSFEI。续流二极管D7~D12的作用是:当逆变开关管由通状态变为截止时,虽然电压突变降为零.但由于电动机线圈的电感作用,储存在线圈中的电能开始释放,续流二极管提供通道,维持电流继续在线圈中流动。另外.当电动机制动时,续流二极管为再生电流提供通道,使其回流到直流电源电阻R1R6、电容C1C6、二极管D13D18组成的缓冲电路,来保护逆变开关管。由于开关管在开通和关断时要受集电极电流Ic和集电极与发射极间电压VcE的冲击,如图所示,因此要通过缓冲电路进行缓解。当逆变开关管关断时,VcE迅速升高,Ic迅速降低,过髙增长率的电压对逆变开关管造成危害,所以通过在逆变开关管两端并联电容C1C6来减小电压增长率,当逆变开关管开通时,VcE迅速降低,而Ic则迅速升高,并联在逆变开关管两端的电容C1C6由于电压降低,将通过逆变开关管放电,这将加速电流Ic的增长率,造成逆变开关管的损坏。所以增加电阻R1~R6限制电容的放电电流。可是当逆变开关管关断时,该电阻又会阻止电容的充电,为了解决这个矛盾,在电阻两端并联二极管D13D18,使电容在充电时.避开电阻,通过二极管充电,在放电时,通过电阻放电,实现缓冲功能。所以它只适用于中小功率变频器。

2、三相逆变桥的工作原理

三相逆变桥的电路简图如图4.12(a)所示,图中R、Y、B为逆变桥的输出。4.12(b)是各逆变管的时序其中深色部分表示逆变管导通。从图4.12(b)可以看出,每一时刻总有3只逆变管导通,另3只逆变管关断;并且,T1与T4、T2与T5、T3与T6每对逆变管不能同时导通


在t1时间段T1、T3、T5这3只逆变管导通电机线圈电流的方向是从R到Y和从B到Y(设从R到Y从Y到B从B到R为正方向下同,得到线电压为URY和-UYB。

在t2时间段T1、T5、T6这3只逆变管导通电机线圈电流的方向是从R到Y和从R到B,得到线电压为URY和-UBR。

在t3时间段T1、T2、T6这3只逆变管导通电机线圈电流的方向是从Y到R和从Y到B,得到线电压为-UBR和UYB。

在t4时间段T2、T4、T6这3只逆变管导通电机线圈电流的方向是从Y到R和从Y到B,得到线电压为-URY和UYR。

图4.13 逆变输出线电压波形

因此,只要按图4.12(b)的规律控制6只逆变管的导通和关断,就可以把直流电逆变成矩形波三相交流电;而矩形波三相交流电的频率可在逆变时受到控制。 

根据电机学理论,交流异步电动机的定子绕组的反电动势是定子绕组切割旋转磁场磁力线的结果,其有效值可由下式计算:

                                                          (4.5)

式中 K──与电动机结构有关的常数;

     f──电源频率;

Φ──磁通。

而在电源一侧,电源电压的平衡方程式为:

                                                (4.6)

该式表示.加在电机绕组端的电源电压一部分产牛感应电动势,另一部分消耗在阻抗(线圈电阻r和漏电感x上。其中定子电流:

                                 (4.7)

分成两部分:少部分()用于建立主磁场磁通Φ,大部分()用于产生电磁力带动机械负载。

当交流异步电动机进行变频调速时,例如频率f下降.则由式(4.5〕可得E降低;在电源电压U不变的情况下,根据式〔4.6),定子电流I将增加;此时,如果外负载不变时,不变,由式(4.7)可知,I的增加将使增加,也就是使磁通量Φ增加;裉据式(4.5),Φ的增加又使E增加,达到一个新的平衡点。

理论上这种新的平衡对机械特性影响不大;但实际上,由于电动机的磁通容量与电动机的铁芯大小有关,通常在设计时巳达到最大容量,因此,当磁通量增加时,将产生磁饱和,造成实际磁通量增加不上去,产生电流波形畸变,削弱电磁力矩,影响机械特性。

为了解决机械特性下降的问题,一种解决方案是设法维持磁通量恒定不变,即设法使。

                                                (4.8)

这就要求,当电动机调速改变电源频率f时,E也应该作相应的变化,来维持它们的比值不变。但实际上,E的大小无法进行控制。

由于在阻抗上产生的压降相对于加在绕组端的电源电压U很小,如果略去的话,则式(4.3)可简化成:

                                                            (4.9)

这说明可以用加在绕组端的电源电压U来近似地代替E。调节电压U,使其跟随频率f的变化,从而达到使磁通量恒定不变的目的,即:

                                                 (4.10)

所以在变频的同时也要变压,如果频率从f调到fx,则电压U也要调到Ux。用频率调节比Kf表示频率的变化,用电压调节比Ku表示电压的变化,则它们分别可表示为:

                             (4.11)

                            (4.12)

式中fn──电动机的额定频率;

Un──电动机的额定电压。

要使磁通量保持近似恒定,就要使

                                                          (4.13)

示波器

图4.14 示波器实物图

表4.6 示波器技术参数

带宽

100MHZ和200MHZ型号

通道数量

2条或4条模拟通道;外加16条数字通道(MSO)

记录长度

所有通道上标配1M记录长度

采样率

所有通道上高达1GS/s的采样率

显示器

178mm大型TPT宽屏

 

 

其他特点

前端USB端口,可移动数据存储

选配LAN、GP1B和视频输出连接 

12C、SPI、CAN、LIN、RS-232/422/485/UART串行触发和分析选项

并行总线解码和出啊发(MSO)

多通道建立时间和保持时间触发(MSO)

示波器主要对发电机进行动态测量,观察发电机在各种工况下电压波形的变化。

4.2.2  发电机的测试电路设计

发电机的测试需要用一台功率与发动机功率相等的调速电动机,通过调速电动机代替发动机带动发电机转动。调速电动机的调速范围必须适合发电机的转速范围。测试电路如图所示:

图4.15 发电机测试电路图

4.2.3  发电机的测试

发电机的实验包括:1、空载性能实验、2负载性能试验3、调节器性能试验。

(1)空载性能实验是零电流试验,测试空在状态下发电机转速下降过程中停止发电时的转速;起始充电时的转速试验,测试空载状态下发电机开始发电时的转速。

(2)负载性能测试根据所加负载的大小从发电机的怠速到全分为四个不同工况的实验项目,模拟发电机在汽车各种工况下的发电性能。

(3)调节器性能测试分为调节器电压特性、调节器转速特性和调节器负载特性三个实验,测试调节器在不同转速和不同负载的情况下调节电压的能力和调节精度。

4.5 发电机主要技术性能参考值

发电机型号

额定电压

空载转速

额定电流

额定转速

使用车型

JFZ1913Z

14

1050

90

6000

桑塔纳 奥迪

JFZ1512Z

14

1050

55

6000

广州 标致

JFZ2518

28

1150

27

5000

切诺基

JFZ1714

14

1000

45

6000

依维柯

JF13A

14

1000

25

3500

NJ1060

通过测试数据与参考值的对比,进行分析得出结论。判断出发电机的各项性能指标。

4.2.4  发电机测试的操作步骤

发电机测试实验的操作过程:

1、输出特性实验

主要测量发电机输出电压保持一定时,其电流与转速的关系。

第一步:将待测发电机安装在龙门夹具上固定。

第二步:将测试部分设备电流表、调速控制器进行调零校正。

第三步:将发电机进行线路连接,经检查后通电测试,电压值保持一定。调节调速电动机转速。

第四步:将调速电动机与发电机连接。

第五步:经检查无误后通电,测试发电机一定电压时的电流、转速。

2、空载特性实验

主要测量发电机空载时的电压、转速变化关系。

其操作方法同上相同,主要是调节调速电机转速来观察电压值的变化。

3、外特性实验

在发电机的电流输出电路中连接滑动变阻箱,进行负载调节,观察转速一定时调节变阻器对输出电流的变化关系并记录分析


6          参考文献

 

[1].李涵武,郑德林,汽车电器于电子技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社2003.

[2].杜康,黄余平,汽车电系检修图册[M].北京:人民交通出版社2003.11.

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[4].赵福堂,汽车电器设备与维修实训[M].北京:中央广播电视大学出版社,2006.

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[8].边焕鹤.汽车电器与电子设备[M].北京:人民交通出版社,1997.

[9].李东江.现代汽车电器设备[M].北京:机械工业出版社,1999.

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[18].陈渝光主编.汽车电器与电子设备[M].北京:机械工业出版社,2003.

[19].冯渊主.汽车电工与电子技术基础[M].北京:机械工业出版社,2002.

 

 

8          

 

8.1        实验一:起动机特性测试试验

 

一.实验目的

1.熟悉起动机各部件,掌握起动机的拆装方法和顺序,正确使用拆装工具;

2.通过拆装起动机,进一步巩固对起动机工作原理的理解,要求能清楚地说出每个零部件的作用;

3.了解起动机各零部件的技术要求,掌握各零部件的测试方法;

4.学会使用电气万能实验台对起动机进行检测;

5.能够根据相关的标准对检测结果做出正确的结论。

二.主要设备

1.QD1229起动机三个、扳手、

2.嘴钳三把

3.万用表、电流表、电压表各三个、

4.短路绕组测试仪,偏摆仪、卡尺秤若干游标卡尺、厚薄规各一,00号砂纸

5.万能实验台一台,起动机、蓄电池各一

6.一字起子、十字起子、尖嘴钳、扭力扳手各一,开口扳手一套,台钳一架;

三.实验原理

起动机主要由直流串励式电动机(产生转矩,将蓄电池输入的电能转换为机械运动)、传动机构(啮合机构)和电磁开关)起动机的控制装置,控制电路的通断)组成。

四.实验步骤

(一)不解体检测

1、QD121型起动机驱动齿轮与限位环间隙为4.5±1 mm,驱动齿轮端面与端盖凸缘距离为32~34 mm。
    2、以QD124型起动机为例,空转试验时,电压12V,起动机转速不低于5000r/min,电流不大于90A;全制动试验时,电压8V,电流不大于650A,扭矩不小于29.4N·m。

(二)起动机的分解

塔纳系列轿车所用的QD1229起动机分解步骤为例,其结构如图所示。

图A1  QD1229起动机的分解

1起动机总成    2磁场线圈固定螺栓   3起动机固定螺栓   4弹性垫圈    5一螺母   6一端益连接螺栓  7垫圈  8电刷架  9电刷端盖  10寸套  11垫片组件 12一村套座  13一弹性垫圈  14一螺钉  18一弹簧垫圈  19一电磁开关端盖 20电磁开关总成  21垫块及密封圈   22螺母   23弹性垫圈  24一电磁开关活动接住中间支撑盘 25拨叉轴   26传动轴   27驱动端端盖   28中间支撑  29一电枢轴驱动齿轮套 30止推垫圈   31驱动齿轮与单向离合器  32一励出绕组  33一电刷  34一电刷弹簧  35一弹簧  36一电枢   37一螺栓

1)用扳手旋下电磁开关的接线柱M的螺母,取下连接片。

2)旋下起动机贯穿螺钉6和衬套座螺钉14,取下村套座12和端盖9,取出垫片组件11和衬套10。

3)用尖嘴钳将电刷弹簧抬起,拆下电刷架8及电刷33。

4)用扳手旋下螺栓 37,从驱动端盖上取下电磁开关总成。

5)在取出转子后,从端盖上取下传动叉26,然后取出驱动齿轮与单向离合器31,再取出驱动齿轮端衬套29。

(三)、起动机的检查

1.起动机电枢轴的检查。用百分表检查电枢轴是否弯曲,电枢轴轴径与村套配合间隙不得超过 0.15mm。

2.动机换向器的检查。

检查换向器表面有无烧蚀,表面有无污损,轻微烧蚀用00号砂纸打磨,严重时应车削。
  用百分表检测换向器失圆度和外径,应与标准相符,否则在车床上修整,检查换向器是否有短路、断路现象。

3、机励磁绕组的检查。

电枢绕组搭铁的检查:如右图所示,用万用表测量换向器和铁芯(或电枢轴)之间的电阻,应为∞,否则为搭铁。也可用交流试灯检查,灯亮表示搭铁故障。
  电枢绕组断路的检查:目测电枢绕组的导线是否甩出或脱焊。再用万用表两触针依次与两相邻换向器铜片接触,所测电阻值应一样。如果读数不一样,则说明断路。
电枢绕组有严重搭铁、短路或断路时,应更换电枢总成

4、起动机电刷的检查。

1)电刷外观检查电刷在架内活动自如,无卡滞,不歪斜。

2) 电刷磨损检查用直尺测量电刷高度,目测电刷与换向器的接触面积,均应符合标准。

3) 电刷架的检查用万用表测量绝缘电刷架和后盖间的电阻,应为无穷大;用万用表测量搭铁电刷架和后盖间的电阻,应为零。

4) 电刷弹簧检查用弹簧秤检查弹簧的弹力,应与规定相符。视故障情况予以修理或更换。

5、定子绕组的检修

1) 磁场绕组搭铁的检查,用万用表测量起动机接柱和外壳间的电阻,阻值应为无穷大,否则为搭铁故障。也可用试灯检测。

2) 磁场绕组断路的检查,用万用表测量起动机接柱和绝缘电刷间的电阻,阻值应很小,若为无穷大则为断路。

3) 磁场绕组短路的检查,用蓄电池2V直流电源正极接起动机接线柱,负极接绝缘电刷,将起子放在每个磁极上,检查磁极对起子的吸力,应相同。若某磁极吸力弱,则为匝间短路磁场绕组有严重搭铁、短路或断路时,应更换新品

6、起动机离合器和驱动齿轮的检查。

1)、检查驱动齿轮是否有严重损伤或磨损,检查离合器是否打滑或卡滞。

2)、离合器最大扭矩测量。

将单向离合器齿轮用布包好夹在台钳上,将扭力扳手的头插入啮合器的花键内,按其工作的方向扳转扭力扳手,应能承受制动试验时的最大扭矩而不打滑。

7、起动机电磁开关的检查。

1)、检查吸拉线圈和保持线圈。
  拆下起动机开关接柱的磁场引线头,将蓄电池负极接起动机壳及开关接柱,正极接吸拉线圈和保持线圈的中性接头,接通电源后,观察吸拉线圈应能迅速使起动齿轮推至工作位置,断开起动机开关接柱的导线,起动齿轮能保持在此位置而不缩回,说明保持线圈良好。断开起动机壳体导线和中性接头,起动齿轮迅速回位,说明电磁开关复位弹簧良好。

2)、检查触点、接触盘目测触点、接触盘,若有轻微烧损可用细砂纸打磨,起动时此处电压降不得超过0.2V。

(四)起动机的组装

起动机的组装顺序可按拆卸相反的顺序进行,但要注意:在衬套10和衬套29中涂上润滑脂,用止推垫圈30调整驱动齿轮的轴向间隙(推到极限值时),标准值为0.3~l.5mm。

 

 

 

 

 

 

 

 

图A2

五.起动机调整

(1)驱动齿轮与限位环间隙的检查调整。
  如图2所示,将引铁拨至前端极限位置,用厚薄规测量驱动齿轮端面与限位环之间间隙,应与标准相符。若不合要求应抽出销子,拧松固定螺母,转动连杆进行调整。拧入连杆,间隙减小;反之则间隙增大。     
  (2)起动机驱动齿轮端面与端盖凸缘距离的调整。

驱动齿轮端面与端盖凸缘间应有一定的距离,一方面是防止驱动齿轮分离时冲击电枢线圈;另一方面是保证在分离状态时,驱动齿轮与飞轮不会相碰。如图27所示,调整时应松开固定螺母,转动限位螺钉进行调整。

六.使用电器万能试验台检验起动机的工作性能
  1.空载试验
  将起动机夹在夹具上,接好试验线路,接通起动机电路,起动机应运转均匀,无碰擦声,且电刷无强烈火花产生。此时电压表、电流表、转速表和读数应符合规定。若电流高而转速低,说明起动机装配过紧或电枢磁场绕组有短路或搭铁故障;若电流和转速都小,说明电路中接触电阻过大,有接触不良之处。

  2. 全制动试验(扭矩试验)

将起动机夹紧在试验台上,使制动力矩杠杆(扭力杠杆)的一端夹住起动机起动齿轮。另一端挂在弹簧秤上,接通起动机电路(接通时间不大于5s),观察单向滑轮是否打滑,并迅速记下电流表、电压表和弹簧秤读数,然后与原技术标准相对照。若扭矩小而电流大,说明电枢和磁场绕组中有搭铁短路故障;若扭矩和电流都小,说明电路中有接触不良之处;若驱动齿轮不转而电枢轴有缓慢转动,说明单向滑轮打滑。

七.实验注意事项

1.起动机零部件较笨重,拆装过程中要防止打滑跌落。

2.在用万用表、卡尺的检测过程中要认真仔细。

3.实验过程中要保证记录时间的准确性。

4.要认真观察电流表及电压表数值,保证实验记录的准确。

5. 每次空载试验不要超过1分钟,以免起动机过热。

6.时间小于5秒,以免烧坏电动机,对蓄电池使用寿命造成不利影响。

八.实验数据、现象记录

1.起动机电阻测量

2.起动机实验数据

 

  

8.2      实验二:发电机特性试验

 

一.实验目的

1.通过电路连接加深学生的动手实践能力。

2.通过对起动机特性的测试加深学生对发电机结构及工作原理的理解。

3.通过测试得出数据,培养学生分析数据作出结论的能力

二.实验简述

   通过调速电机的转速控制,测试发电机的输出特性、空载特性、外特性。通过数据的记录观察发电机各工况时电压的变化。

三.实验仪器

   1.调速电动机一台

   2.发电机一台

   3.电压表一台

   4.可调电阻箱一台.

三.实验仪器

1.调速电动机一台

   2.发电机一台

   3.电压表一台

   4.可调电阻箱一台.

四.实验内容及步骤

   1.输出特性实验:

输出特性是研究发电机的输出电压保持一定值时,其输出电流与转速的关系。

通过调速电动机调速,带动发电机转动观察电压电流的变化。得出数据并记录。

   2.空载特性实验:

   交流发电机的空载特性是研究发电机在空载运行时的端电压U随转速的变化关系。

3.外特性实验:

   外特性是在发电机转速一定时观察电压与电流的变化关系。

 

通过调速电动机的调节,得出数据后记录并填写表格:

工况

输出特性

空载特性

外特性

电流(A)

 

 

 

电压(V)

 

 

 

转速(n)

 

 

 

五.实验注意事项

1.实验前注意预习相关的内容。

2.实验用交流电,注意用电和人身安全,做到断电接线。

3.电路设备连接应按规定操作。

六.实验报告

1.根据步骤将测试的数据及计算结果做比较,得出结论

2.归纳、总结试验结果

3.心得体会

  

8.3        C

 

Rated power of motor vehicles to choose and test parameters

 

Hyundai Motor starters all the electricity used, the function of starter is quickly and reliably start the engine, so that the normal work of the engine. Therefore, in the choice of engines, must be compatible with the identified good starter; Of course, must choose a good starter with the engine and the transmission ratio of the best fit of the battery charge level. In order to make the engine can be quickly and reliably, the starter must have sufficient power, otherwise it may not start the engine, or an increase in the number of repeat start, start-up time, the burning of starter, the fuel consumption of too many negative impact.1 starter choice of rated power parameters 1.1 engine starter drive minimum speed

Starter must be launched to make the engine work a minimum speed, the rated speed is the starter, and starter of the rated power P determined by the minimum start-up engine speed n_f (unit: r / min) and huge start-up resistance M_f (unit: Nm), that is: P (M_f × n_f) / 9549.3KW.The engine is determined, start the engine torque and minimum speed start-up will have been identified. In accordance with the conditions of vaporization of gasoline engines in the 0 ~ 20 degrees starting at the minimum speed is generally 35 r / min ~ 40 r / min, at a lower temperature in order to guarantee the start-up reliability and wear and tear to consider in order to in paragraph 1 times after detonation engine can work, generally take the lowest gasoline engine start-up speed for the 50r / min ~ 70 r / min; diesel engines rely on compression ignition, the minimum start-up speed is higher. Because the speed is low, as a result of compression time, heat dissipation, increased leakage, it will cause the end of compression stroke to reduce air temperature to ignite the fuel is not easy, so the minimum starting speed diesel gasoline than the high-confidential, and its value with the form of engine vary, but generally 100 r / min ~ 200 r / min, again in accordance with good choice of starter drive gear and the engine ring gear the best gear ratio i (such as the best Audi car for the 1511 transmission ratio), or Engine starter drive the calculation of the minimum drive speed nQ.Namely:
  i = / =  /

ZF --- where the flywheel ring gear teeth

ZQ --- Starter drive gear teeth

Then  = / × i

1.2 engine starter drive the minimum driving torque
Starter drive torque of the starter motor must overcome in order to start the engine torque, and engine start-up resistance torque cylinder engine depends largely on the work volume, number of cylinders, compression ratio, speed and temperature, various types of engine start-up resistance Moment test method should be decided, but also by the empirical formula to estimate:
0 resistance torque when the engine
                                  = C × V
    V --- engine where the work volume, L
    C --- coefficient, different engines have different coefficients
Therefore, the smallest engine starter starting starting torque  must be met 

In determining the minimum of the starter drive drive torque and minimum speed, the starter must start the engine power will determine the power expressions for starters:

P = (M × n) / 954913 kW

M --- where the mechanical output torque starter
n --- starter output torque at the time of a mechanical speed .

The starter of the task is to start the engine, so as long as the starter of the largest start-up engine power to meet it. Starter is a short-time working, it can get the maximum power point starter for the rated power point. Then the starter for the rated power:

P = ( ×) / 954913 kW.

2 starter power and power parameters of the tes t curve .Expression of the power under the starter, we can see that an effective starter to test the output power measured only effective starter output torque and rotational speed corresponding to this torque, the two values can dynamometer test stand Direct determination of the trial, the use of dynamometer test of the starter output shaft to exert a certain degree of resistance torque when the starter after the operation and stability, that is, show that the effective torque output of the restrictions on the starter shaft and the resistance torque equilibrium Therefore, the dynamometer torque value shown is the speed of the effective torque of the starter, at the same time with tachometer to measure its speed can be calculated under the effective output power starter.considering the test system interia friction loss and wear and tear,then the effiectiveoutput power starter test

Results can be expressed as:

P = ×( M ×n)/954913=K(M×n)/954913  kw

Type in the loss coefficient of friction --

Inertial loss coefficient -- 

K= ×

Test match at the time of the battery power available, it can simulate the battery volt-ampere characteristics of the DC power supply, in the starter's product technologies provide the general conditions of the starter when the load voltage, current, and in this work under the conditions of torque and rotational speed. The characteristic curve in the starter course of the test characteristic curve starter test methods to comply with the QC / T 277 -1999 regulation) set, each time changing the dynamometer axis of the starter output torque can be a group of measurement data, to describe these measurements in the same chart, the abscissa in current to voltage, power, torque, rotational speed for the longitudinal oordinates, with smooth curves and linking it to be tested on the curve of the characteristics of starter . With the improvement of detection technology, sensor technology to develop and mature, the application of computer technology, starter detection has been adopted fully automated computer-controlled intelligent test equipment, the accuracy of scientific. Computer-controlled detection flow chart figure 1 starter 3 parameters to test the impact of power factor Test the impact of the starter battery charge power test results, the smaller amount of battery charge, the greater the resistance, the greater the pressure drop inside, thus reducing the supply voltage starter, so that reduced power starter. If the battery volt-ampere characteristics of analog DC power supply, and the ripple coefficient of power shall not exceed 5%, more accurate test power. Test circuit to connect the wire resistance, contact resistance also affects the test results, in order to make the test results as much as possible close to the true value, it is necessary to maximize the cross-sectional area of wire, shortening the length of connecting wire to ensure good contact with all kinds of joints. Should be taken to collect the measured motor voltage and current signal; not in the power-side sampling. In the test equipment should be measured as much as possible to ensure that the starter output shaft and the axis dynamometer coaxial, and at the same time minimize the loss of all kinds of friction and inertia losses; and test methods used to determine the resolution of the entire test system and error, and ensure the quality of test data, test data are given reasonable. Take single-point test method, the sampling operation should be stable in the starter, but the starter should not be too long running time, there is generally no more than 3s. Every test point, the starter should be fully cooled before the next test point data; to take continuous testing methods, the entire testing process should be completed within 10 s. Test ambient temperature should be consistent with the QC / T 277 -1999, otherwise the measured data of the QC / T 277 -1999 methods to amend the provisions of the amendment.

 

 

 

汽车额定功率参数的选择及测试

 

现代汽车全部采用电力起动机,起动机的功能就是迅速、可靠地起动发动机,使发动机正常工作。所以在选择发动机,必须确定好与之配套的起动机;当然还必须选择好起动机与发动机的最佳传动比及适配的蓄电池的电荷量等。为了使发动机能迅速、可靠地起,起动机必须具有足够的功率,否则就有可能起动不了发动机,或出现重复起动的次数增多,起动时间延长,烧毁起动机,消耗过多的燃料等不利的影响。

1.起动机额定功率参数的选择

1.1 起动机驱动发动机的最低工作转速。

起动机必须具有使发动机发动的最低工作转速,即为起动机的额定转速,而起动机的额定功率P决定于发动机的最低起动转速(单位:r/min)和起动阻力钜(单位:Nm),即:P≥(×)/9549.3KW

发动机一经确定,发动机的启动阻力矩和最低起动转速也就已经确定。根据汽化条件,汽油发动机在0~20度时的最低起动转速一般为35 r/ min~40 r/ min ,为了在更低的温度下保证起动的可靠性及考虑各种损耗 ,以便在第 1 次爆震后能使发动机正常工作 ,一般取汽油发动机的最低起动转速为50r/ min~70 r/ min ; 柴油发动机靠压缩点火 ,最低的起动转速要高一些。因为转速低时,由于压缩时间长 , 散热、漏气增加 ,就会使压缩行程终了时空气温度降低 ,使燃料不易点燃 ,所以柴油机的最低起动转速比汽油机要高,其值随发动机形式的不同而不同,  一般为 100 r/ min ~200 r/ min , 再根据选择好的起动机驱动齿轮与发动机的齿环的最佳传动比i (如奥迪轿车的最佳传动比为 1511) ,即可计算出起动机驱动发动机的最低驱动转速 。即:

 i = /  = /

式中    ———飞轮齿环的齿数

 ———起动机驱动齿轮的齿数

nQ =  ZF ×i

1.2 起动机驱动发动机的最低驱动转矩。

起动机的驱动转矩必须克服发动机的起动阻力矩才能起动发动机 ,而发动机的起动阻力矩主要取决于发动机的气缸的工作容积、缸数、压缩比、转速和温度 ,各型发动机的起动阻力矩应由试验方法决定,也可由经验公式估算:0℃时发动机的阻力矩

                      = C×V

式中 V ———发动机的工作容积, L

C ———系数,  不同的发动机有不同的系数

所以,起动机起动发动机的最小起动转矩 必须满足  ≥

在确定了起动机的最低驱动转速和最低驱动转矩以后 ,起动机起动发动机的必须功率也就确定, 起动机的功率表达式为:P=(M×n)/954913  kW

式中 M  ———起动机输出的机械转矩;

          n ———起动机输出某一机械转矩时的转速。

而起动机的任务就是起动发动机,所以只要起动机的最大功率能满足起动发动机就可以了。起动机是短时工作制,故可以取起动机的最大功率点为额定功率点。那么起动机的额定功率就为:P=( M Q ×nQ) / 954913 kW

2.起动机功率参数和功率曲线的测试

根据起动机的功率表达式可知,要测试起动机的有效输出功率 ,只须测得起动机输出的有效转矩和对应此转矩的转速 ,这2个值都可以在测功机试验台上直接测定,试验时,用测功机对被测起动机的输出轴施加一定的阻力矩 ,待起动机运转稳定后 ,即表明输出的有效转矩与施加在起动机轴上的阻力矩相平衡 ,因此 ,测功机上显示的转矩值就是该转速下的起动机的有效转矩 ,同时用转速表测出其转速 ,便可计算出该状态下起动机的有效输出功率。若考虑测试系统的摩擦损耗和惯性损耗,则起动机的有效输出功率测试结果可表达为:

P = ×( M ×n)/954913

=  K ( M ×n) / 954913  kW

式中    ———摩擦损耗系数;

         ———惯性损耗系数;

K =    ×

试验时的电源可用相配的蓄电池 , 也可采用模拟蓄电池的伏安特性的直流电源 ,在起动机的产品技术条件中一般都规定了起动机负载时的电压、电流 , 以及在这个条件下的工作转矩和转速。在起动机的特性曲线的测试过程中  起动机特性曲线的试验方法要符合 QC/ T  277 1999 的规)定 ,每改变一次测功机对起动机输出轴上的阻力矩 , 就可得到一组测量数据 ,把这些测量数据描绘在同一个图表上 ,以电流为横坐标,以电压、功率、转矩、转速为纵坐标 ,用曲线光滑连接起来 , 就得到被测起动机的特性曲线图。随着检测技术的提高,传感器技术的发展和成熟, 计算机技术的应用 ,起动机检测已采用计算机控制的全自动化、智能化的测试设备 , 的准确性、科学性。计算机控制的起动机检测流程见图1.。

A/D

电压信号

 

 

打印输出

起动机

A/D

 

电流信号

电流

 

 

计算机哦

 

 

A/D

 

转矩信号

 

 

A/D

 

转速信号

 

 

                  图C1 计算机控制的起动机检测流程图

3.影响功率参数测试的因素:

测试用的蓄电池电荷量影响起动机功率测试结果, 蓄电池电荷量愈小,其内阻愈大 ,内压降也越大,因而供给起动机的电压降低,使起动机的功率减小。如采用模拟蓄电池伏安特性的直流电源 ,且电源的纹波系数不得大于5 % ,测试功率更为准确。测试电路中连接导线的电阻、接触电阻也影响测试结果,为了尽可能地使测试结果逼近真实值 , 要尽量增大导线的截面积 ,缩短连接导线的长度 , 保证各种接头接触良好。应采取在被测电机上采集电压、电流信号;不许在电源端取样。在试验设备上应尽可能地保证被测起动机的输出轴与测功机的轴同轴 ,同时要尽量减少各种摩擦损耗和惯性损耗;并且用试验的方法确定整个测试系统的分辨率和误差 ,保证测试数据的品质 ,合理给出检测数据。采取单点测试方法时, 取样应在起动机运转稳定后 ,但起动机运转时间不宜过长 ,一般不超过 3s.每测试一点后 ,应使起动机充分冷却后再测试下一点数据;采取连续测试方法时,整个测试过程应在 10 s 内完成。试验环境温度应符合 QC/ T 277 1999 的规定, 否则对被测数据按 QC/T277 1999 规定的修正方法进行修正。

 

 

 


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