Привод стартера. Муфта свободного хода

Автомобильные стартеры, имея идентичные по конструкции электродвигатели, могут существенно отличаться по конструкции приводных механизмов. По типу и принципу работы механизма привода можно выделить следующие основные группы стартеров:

- с принудительным механическим или электромеханическим перемещением шестерни привода;

- с принудительным электромеханическим вводом шестерни в зацепление с венцом маховика и самовыключением шестерни по­сле пуска двигателя;

- с инерционным перемещением шестерни;

- с электромагнитным вводом шестерни в зацепление за счет перемещения якоря.

На отечественных автомобилях применяются стартеры с принуди-тельным вводом шестерни в зацепление. Для предотвращения разноса якоря после пуска ДВС на валу стартера устанавливают муфту свободного хода, которая передает усилие от якоря к шестерне и проскальзывает, когда шестерня вращается маховиком двигателя.

Надежность работы муфт свободного хода снижается с повышением мощности стартера. Поэтому в стартерах большой мощности устанавливают комбинированные приводные механизмы с принудительным вводом шестерни в зацепление и ее автоматическим инерционным выключением. Преимуществами инерционных приводов являются относительная простота конструкции, малые размеры и стоимость. Однако включение шестерни сопровождается значительными ударными нагрузками, что ограничивает область их применения стартерами мощностью до 1 кВт.

Зацепление шестерни при осевом перемещении якоря за счет магнитодвижущей силы полюсов стартерного электродвигателя ис-пользуется за рубежом на стартерах мощностью 3...5 кВт. Стартеры обладают компактной конструкцией, хорошо компонуются на двигателях, но имеют повышенный расход меди и работают ненадежно при стоянке автомобилей на уклонах.

Приводные механизмы электростартеров с принудительным перемещением шестерни имеют роликовые, фрикционные или храповые муфты свободного хода, которые передают вращающий момент от вала стартера к коленчатому валу ДВС во время пуска и, работая в режиме обгона, автоматически разъединяют стартер и ДВС после пуска. Наибольшее распространение получили приводные механизмы с роликовыми муфтами свободного хода, в которых заклинивание роликов происходит благодаря возникновению сил трения в сопряженных деталях.

На рис. 2.15 представлен в упрощенном виде принцип работы роликовой муфты. При включении стартера крутящий момент от наружной ведущей обоймы передается роликами на внутреннюю обойму при заклинивании роликов. Как только двигатель будет запущен ( ₁< ₂) наружная обойма станет ведомой (ведущим будет зубчатый венец маховика), ролики расклиниваются и муфта начинает пробуксовывать.

Динамические характеристики муфты определяются комплексом сил, действующих на ролик в процессе прокручивания вала ДВС и после его пуска. Такими силами являются: Рц - центробежная сила инерции, резко возрас­тающая после пуска двигателя и имеющая нормальную Р_н и тангенциальную Р_т составляю­щие; сила тяжести ролика mg; нормальная реакция в месте контакта с внутренней обоймой А/; усилие прижимной пружины Р_пр; сила трения на поверхности соприкосновения ролика с обоймой F_r р. Рабочие поверхности на­ружной обоймы выполняются по сложной кривой (спираль Архиме­да или логарифмическая кривая).

Рис. 2.15. Схема действия сил в роликовой муфте свободного хода

Одним из основных параметров муфты является угол заклини­вания а. В зависимости от а изменяются нагрузки, действующие на обоймы привода, и тангенциальная сила инерции Р_т, действующая на прижимное устройство в момент работы роликовой муфты в ре­жиме обгона. В стартерных приводах угол заклинивания лежит в пределах 4...6°.

Для обеспечения надежного контакта роликов с рабочими по­верхностями применяют прижимные устройства, по типу конструк­ции которых роликовые муфты подразделяются на плунжерные и бесплунжерные.

Рис. 2.15. Схема действия сил в роликовой муфте свободного хода

В плунжерных роликовых муфтах (рис. 2.16) при увеличении частоты вращения (в режиме обгона) действующая на ролики 1 центробежная сила возрастает, а момент трения между роликами и, ведомой обоймой 14 уменьшается. Под действием центробежной силы ролики, преодолевая сопротивление прижимных пружин 3, перемещаются в широкую часть клиновидного пространства. При этом муфта проскальзывает и предохраняет стартер от разноса. Однако при неустойчивом пуске, когда возникают пропуски воспламенения в отдельных цилиндрах ДВС, создаются значительные > ускорения. При этом действующие на ролики центробежные силы достигают больших значений и могут превысить создаваемые прижимными пружинами усилия, что вызывает динамическую пробуксовку муфты.

В муфтах свободного хода с бесплунжерными устройствами заклинивание роликов происходит за счет перемещения толкателей (рис. 2.17) или сепараторов с пазами, в которых размещены ролики.

Рис. 2.16. Привод стартера с плунжерной роликовой муфтой свободного

хода:

1 - ролики; 2 - плунжер; 3 и 11 - соответственно прижимная и буферная пружины; 4 -упоры пружины; 5 и 14 - соответственно наружная ведущая и ведомая обоймы, 6 и 10 -замковые кольца; 7-чашка; 8- пружина; 9- ' втулка отвода; 12- шлицевая направляющая втулка; 13 -центрирующее кольцо; 75-металлическая пластина, 16- кожух муфты; 17 — шестерня привода; 18- вкладыш

В первом случае витые цилиндрические пружины 3 одним концом упираются в выступ толкателей 2, а другим - в отогнутые лепестки пластины 13, соединенные с наружной обоймой, закрывающей ее рабочую полость. В муфтах с групповыми прижимными устройствами используется одновитковая пружина кручения, закрепляемая одним концом на сепараторе, а другим на наружной ведущей обойме. Сепа­раторная конструкция прижимного устройства обеспечивает надеж­ную фиксацию роликов и равномерное распределение нагрузки на них. Благодаря отсутствию отверстий под плунжеры в бесплунжер- ных муфтах свободного хода повышается прочность обоймы.

Общее взаимодействие элементов конструкции стартера (см. рис. 2.10) при запуске двигателя следующее.

Якорь 7 тягового реле, втягиваясь магнитным полем обмоток 6, перемещает рычаг 10 и связанную с ним муфту 17 привода. При этом шестерня 14 стартера входит в зацепление с венцом маховика дви­гателя. Подвижной контакт тягового реле зажимает цепь батарея - стартер, и якорь последнего начинает вращаться. Если шестерня не пошла в зацепление с венцом маховика (так называемое «утыкание» шестерни стартера в зубцы венца маховика), то рычаг 10 будет про­должать перемещаться, сжимая пружину 16. Как только якорь начнет вращаться, шестерня повернется и под действием пружины 16 ее зубья войдут во впадины между зубьями венца маховика.

В случае если шестерня привода не вышла из зацепления с венцом маховика после пуска двигателя, срабатывает муфта свободного хода 15 и вращение от двигателя не передается на якорь, что предохраняет его от разноса.

В стартерах большой мощности (более 5 кВт) роликовые муфты работают ненадежно, поэтому для них разработаны специальные конструкции приводов. Двигатели КамАЗ и некоторые другие дизели оснащены стартером СТ142, в приводном механизме которого применяется храповая муфта свободного хода (рис. 2.18). Детали привода расположены на направляющей втулке 12, имеющей прямые внутренние шлицы и многозаходную ленточную наружную резьбу. Направляющая втулка может перемещаться вместе с приводом по шлицам вала стартера. На наружной резьбе втулки 12 расположена ведущая половина 8 храповой муфты. Ведомая половина 6 выполнена как одно целое с шестерней и может свободно вращаться на втулке 12 в бронзографитовых подшипниках. Торцы половин храповой муфты снабжены зубцами и прижимаются один к другому пружиной 10. Ведомая половина 6 заперта в корпусе 11 замковым кольцом 5. Замковое кольцо 75 удерживает корпус 77 от перемещения вдоль втулки 12. Для амортизации ударов при включении стартера пружина 10 упирается в корпус 77 через стальную шайбу 13 и резиновое кольцо 14. Для предотвращения изнашивания зубьев храповой муфты и снижения шума в момент, когда двигатель запущен, а стартер еще не выключен, предусмотрен механизм блокировки. Внутри ведомой половины 6 муфты находятся три пластмассовых сухаря 3 с радиальными отверстиями, в которые входят направляющие штифты 4. Наружная поверхность сухарей имеет коническую фаску, прилегающую к выточке стальной конической втулки 7, установленной в ведущей половине 8 муфты. Пружина 10 через втулку 7 прижимает сухари 3 к направляющей втулке 12. При передаче вращающего момента от вала стартера к венцу маховика возникает осевое усилие, прижимающее ведущую и ведомую поло-вины храповой муфты. Как только ДВС будет пущен, произойдет пробуксовка храповой муфты, так как изменится направление пе-редаваемого усилия на шестерне стартера (при пуске - от шестерни к венцу, а при работающем двигателе - от венца к шестерне). Во время пробуксовки ведущая половина 8 отодвигается от ведомой 6, сжимая пружину 10. Вместе с ведущей половиной 8 отодвигается втулка 7, освобождая сухари 3, которые под действием центробежных сил перемещаются вдоль штифтов 4 и блокируют муфту в расцепленном состоянии. После выключения стартера ведущая поло-

вина 8 под действием пружины 10 прижмется к ведомой 6 и втулка 7 установит сухари 3 в исходное положение.

 

Рис 2.17. Привод стартера с бесплунжерной муфтой свободного хода:

1 - ролик; 2- Г-образный толкатель, 3 и 9 - соответственно прижимная и буферная пружины, 4 и 8 -замковые кольца; 5-чашка; 6- пружина; 7- втулка отвода; 10 -шлицевая направляющая втулка; 11 и 15- соответст­венно центрирующее и войлочное кольца; 12 и 17- соответственно на­ружная ведущая и ведомая обоймы; 13- пластина с отогнутыми лепест­ками; 14 -специальная шайба, 16 -кожух муфты; 15-шестерня; 19-вкладыш

Рис. 2.18. Механизм привода с храповой муфтой свободного хода:

1 - вкладыш подшипника; 2- шестерня; 3- сегмент (сухарик); 4- направляющий штифт; 5 и 15 -замковые кольца; 6 и 8 - соответственно ведомая и ведущая половины храповой муфты; 7и 12 -соответственно коническая и шлицевая направляющая втулки; 9 и 13- шайбы; 10- пружина; 11 - корпус; 14 - буферное резиновое кольцо

При упоре шестерни стартера в зубья венца маховика корпус 11 привода под действием усилия тягового реле вместе с направляю­щей втулкой 12 продолжает перемещаться вдоль шлицев вала стартера, сжимая пружину 10. При этом ленточная резьба втулки 12 заставляет поворачиваться ведущую половину 8 и шестерню стар­тера (до 30°), что обеспечивает ее зацепление с венцом маховика.

На рис. 2.19 изображен механизм привода стартера СТ103-А-01 дизельных двигателей ЯМЗ. На специальных шлицах вала якоря 1 установлены гайка 6 и шестерня 8. Гайка двумя внешними высту­пами входит в продольные пазы этой шестерни. Между гайками и ₍ хвостовиком шестерни помещена пружина 7. На вал якоря свобод­но посажен стакан 2 со спиральным пазом 10. На опорной втулке стакана размещены буферная пружина 4 и шайба 5. Ход шестерни на валу ограничивает упорное кольцо 9. При включении стартера тяговое реле, действуя на рычаг 3, перемещает стакан 2. При этом опорная втулка нажимает на ведущую гайку 6 и продвигает ее вме­сте с шестерней до упорного кольца 9. Если зубья шестерни упираются в зубья венца маховика, то ведущая гайка 6 сжимает пружину 7 и поворачивает шестерню 8, так как шлицевые пазы в шестерне 8 шире шлицев вала якоря 1.

 

Рис. 2.19. Механизм привода стартера СТ103-А-01:

1 - вал якоря; 2- стакан; 3- рычаг; 4- буферная пружина; 5- шайба; 6- гайка; 7- пружина; 8- шестерня, 9-упорное кольцо;

10- спиральный паз

В первый момент пуска двигателя стакан 2 поворачивается бла­годаря трению и по спиральному пазу 10 отводится назад в исход­ное положение, освобождая место для отхода шестерни. Как толь­ко двигатель будет пущен, венец маховика начнет вращать шес­терню стартера, и она, перемещаясь по спиральным шлицам, отойдет в первоначальное положение.

Абсолютное большинство современных автомобильных старте­ров имеет принудительное электромагнитное включение и выклю­чение шестерни. Приводные механизмы этих стартеров имеют дис­танционно управляемые тяговые реле. Электромагнитные тяговые реле отличаются по конструкции и способу крепления на стартере. Большинство отечественных стартеров имеют двухобмоточные ре­ле, устанавливаемые на приливе приводной крышки.

Двухобмоточное тяговое реле стартера (см. рис. 2.10) имеет две обмотки: втягивающую и намотанную на нее удерживающую, кото­рые расположены на латунной втулке. В ней свободно перемеща­ется стальной якорь 7. Удерживающая обмотка рассчитана только на удержание якоря 7 в притянутом состоянии. Она наматывается проводом меньшего сечения и имеет самостоятельный вывод на массу. Удерживающая обмотка работает длительное время и больше нагревается. Втягивающая обмотка подключена парал­лельно силовым контактам 4 реле. При включении реле она совме­стно с удерживающей обмоткой создает необходимую силу притя­жения. При замыкании силовых контактов реле втягивающая об­мотка отключается. Тяговое реле связано рычагом 10 с приводным механизмом. Два пальца нижней разветвленной части рычага со­единены с поводковой муфтой 17.

На стартерах малой мощности могут применяться однообмоточ­ные тяговые реле (например, СТ368). Существуют конструкции стартеров, у которых тяговые реле расположены соосно с валом стартера либо в крышке со стороны привода, либо в крышке со стороны коллектора.