一种改进型稳定性强的汽车起动机.pdf

第3 期(总第191期)2023年8 月现代车用动力MODERNVEHICLEPOWERNo.3(serial No.191)Aug.2023doi:10.3969/j.issn.1671-5446.2023.03.012一种改进型稳定性强的汽车起动机唐学会,李子勇,李秀芹,马继峰,辛庆刚（山东聊城鲁岳汽车电机有限公司，山东聊城2 52 0 0 0）摘要：汽车起动机作为汽车起动的关键部件，由于其工作的特殊性，经常被视为故障频发的部件。基于汽车起动机的基本结构以及工作原理，对其关键零部件拨叉结构进行优化设计，同时也对其内部的行星减速器进行受力分析，以此来提高汽车起动机的整体稳定性。关键词：汽车起动机；拔叉；行星减速器；受力分析中图分类号:U464.142Abstract:As a key component of automobile starting,because of the particularity of its work,automobile starter is often regarded as afrequent fault component.Based on the basic structure and working principle of automobile starter,the key part of the fork structure isoptimized design.At the same time,the internal planetary reducer is analyzed for force analysis to improve its stability.Key words:automobile starter;fork;planetary reducer;force analysis文献标志码：AAn Improved Automobile Starter with Strong StabilityTANG Xuehui,LI Ziyong,LI Xiuqin,MA Jifeng,XIN Qinggang(Shandong Liaocheng Luyue Auto Parts Co.,Ltd.,Liaocheng 252000,China)文章编号：16 7 1-5446(2 0 2 3)0 3-0 0 55-0 3引言汽车起动机起动作为汽车发动机运转的首要步骤，作用非常重要。汽车起动机质量的好坏直接影响汽车能否正常运行。目前汽车起动机存在噪音大、耐久性差等问题。随着人们生活水平的不断提以及缠绕在活动铁芯上的保持线圈和吸合线圈；传动机构包括电动机、碳刷、驱动轴、行星减速器、单向离合器以及驱动齿轮。连接上下部分的是拔叉，其上端与柱塞相连，下端与驱动轴相连，这些部件与外部的壳体形成一个整体。234高,科技的不断发展，人们在出行上有了更高的要求，增强汽车起动机的稳定性可以提高人们的使用体验。通过对汽车起动机关键部件的优化，减少汽车起动机的质量，进而提高其稳定性；同时完善其内部结构设计，从而提高其可靠性。1汽车起动机的结构组成汽车起动机的整体结构分为上下2 部分，如图1所示,上部分为电磁阀，下部分为传动机构。其中电磁阀包括柱塞、活动铁芯、金属连接片、复位弹簧51161091为拨叉；2 为柱塞；3 为活动铁芯；4为金属连接片；5为复位弹簧；6 为碳刷；7 为电动机；8 为行星减速器；9为驱动轴；10 为单向离合器；11为驱动齿轮图1汽车起动机整体结构图8*收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 2基金项目：山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目（2 0 2 2 TSGC2589）作者简介：唐学会（197 6 一），男，山东聊城人，工程师，主要从事车用起动机的设计制造。562汽车起动机的工作原理2.1初始状态当汽车起动机未起动时，所有部件都处于静止状态。上半部分柱塞连接着活动铁芯，活动铁芯末端连接着金属连接片，金属连接片的末端有复位弹簧，初始状态复位弹簧没有变形。下半部分在电动机的后端分布有碳刷,前端有驱动轴,驱动轴上分布有单向离合器和驱动齿轮。连接上下部分的拨叉上端连接着柱塞，下端连接着驱动轴。2.2通电状态如图2 所示,在电磁阀的后端有一导电片称为30端子,3 0 端子与电源正极相连；在电磁阀后端有一接线柱称为50 端子，50 端子与汽车点火开关相连;在电磁阀内部还有一接线柱称为M端子,分布在50 端子的下方。当打开点火开关后，电流从电源正极通过点火开关流向50 端子，然后再流向保持线圈和吸合线圈，吸合线圈与电动机的定子线圈相连，电流再流入定子线圈，定子线圈与碳刷相连，碳刷接地，最终电流流入电源的负极。电流通过保持线圈和吸合线圈的时候，两线圈内电流的流向相同，因此能够产生很强的磁场吸力，带动活动铁芯克服复位弹簧的弹力，使得活动铁芯末端的金属连接片接触到了3 0 端子和50 端子,造成吸合线圈短路，使得电动机的电压增大,转速升高,进而带动驱动齿轮快速转动。与此同时,拨叉在柱塞的拉力下,将其下端的驱动齿轮推出，使驱动齿轮与飞轮齿圈相互啮合，驱动齿轮带动飞轮齿圈高速转动，进而起动发动机，最终起动汽车。M端子现代车用动力簧的作用下，拔叉回到初始位置，从而带动驱动齿轮退回初始位置,驱动齿轮与飞轮齿圈断开啮合，汽车起动机停止工作。3汽车起动机关键部件3.1汽车起动机的拨叉结构改进本文设计了一种新型拨叉结构,如图3 所示,充分利用了壳体的结构优势,设计了一种外部有弧度的拨叉结构，与传统的拨叉结构有所不同。传统拨叉结构如图4所示,图4a的拨叉中间部分有一个短轴,短轴将拨叉分为上下两部分，拨叉绕中间短轴转动,形成杠杆结构来增大驱动齿轮的移动范围。而本设计是充分利用与外壳前端的相互接触作用,接触的外壳部分为平面结构，利用这个特点将拨叉结构的外部设计为弧形,当柱塞拉动拔叉时,拨叉外部在外壳前端平面上滚动，从而带动驱动齿轮向外伸出,有利于驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合。虽然市场上也存在无短轴的拔叉结构,如图4b 所示,但是这种拔叉都是单纯依靠保持线圈和吸合线圈的磁场吸力，拉动拨叉时比较费力。与这种拨叉结构相比，本文设计的拨叉结构运动相对比较容易，是省力结构；由于少了短轴，汽车起动机的总体质量有所减少,从而使得汽车起动机在工作时变得更加平稳,稳定性更好。30端子50端子2023年第3 期图3 新型拨叉结构电源图2 汽车起动机工作原理图2.3断电状态当关闭点火开关后，50 端子的电流消失，此时保持线圈和吸合线圈的电流流向正好相反，两者产生的磁场吸力彼此相斥，被压缩的复位弹簧开始复位,在复位弹簧的作用下，金属连接片与3 0 端子和M端子断开,电动机停止转动。与此同时在复位弹a有短轴图4传统拨叉结构在同一个起动机上,分别使用改进前和改进后的拨叉做模拟起动试验，测试拉动拨又时所需的力如表1所示。b无短轴(5)2023年第3 期表1 5组试验前后对比数据序号改进前拨叉受力/N145247342445546目前已进行了3 万次可靠性试验，起动机可靠性、稳定性明显提高。试验数据表明改进后的拨又结构明显优于改进前的拨叉结构。3.2汽车起动机的减速结构3.2.1行星减速器的工作原理和结构分析汽车起动机行星减速器主要由太阳轮、行星轮以及齿圈组成,如图5a所示，3 个相同且均匀分布的行星轮绕着太阳轮转动，同时行星轮也在齿圈内转动。为了达到减速的目的,太阳轮的齿数少于行星轮的齿数。行星减速器具有比较高的刚性和精度，传动效率也比较高，还具有质量轻、体积小、负载能力强、启动平稳的特点。因此，行星减速器十分有利于提高汽车起动机在工作时的稳定性。3322HTTTTTTAAV唐学会，等：一种改进型稳定性强的汽车起动机改进后拨叉受力/N323130313257件在工作时承受的作用力进行分析。为了在受力分析时方便计算，提出一些假设 3 ：(1)行星齿轮在工作时为等速旋转,而且圆周分布的3 个行星轮受力相等；(2)忽略润滑油的黏性和构件之间摩擦力所带来的功率消耗；（3）忽略行星减速器各部件的自身重力。太阳轮的转矩T。为：T.=9 549P/na式中:P为太阳轮的输出功率;na为太阳轮转速。在汽车起动机里，电动机的转子直接与太阳轮相连，因此电动机的转速就是太阳轮的转速。由式(3)可知转速na和转矩T。成反比，一对啮合齿轮副的受力分析与普通齿轮传动的受力分析是相同的 3 ,此时太阳轮所受的切向力F。为F,=2 000T,/da式中：d。为太阳轮的分度圆直径。因为太阳轮与3 个行星轮同时啮合，在假设成立的情况下，多个行星轮均承受载荷且载荷相等,因此只需要对其中一对齿轮啮合进行受力分析即可。在计算之前引入不均载荷系数K，可以求出行星轮的切向力F,以及行星轮所承受的转矩T：Fb=-F,=i-T,=T./n=9 549P/(nna)式中：n为行星轮的个数。(3)(4)K,2 000T.nd(6)1为太阳轮；2 为行星轮；3 为齿圈4结束语a行星减速器图5行星减速器及其运动简图行星减速器工作时，齿圈是固定不动的，依靠太阳轮带动行星轮在齿圈内转动，从而带动行星架转动,运动简图如图5b所示,其中H为行星架。太阳轮、行星轮、齿圈的齿数分别为Z1,Z2,Z3,汽车起动机行星减速器的减速比为【2 ,因此该行星减速器的减速比为：fin=1+Z./Z,假设汽车起动机内的电动机转速为no，则行星架的转速n为;ni=no/il3.2.2行星减速器的受力分析行星减速器是汽车起动机的关键部件，能很好地提高起动机工作时的稳定性。对行星减速器的部b运动简图(1)(2)汽车起动机作为汽车起动的关键部件，其工作时的稳定性对于汽车来说相当重要。本文简单地从结构方面来提高其稳定性，以后需做大量试验数据来证实其可行性，同时也要探索在其他方面提高汽车起动机各种性能的可行性方案。参考文献：1张锋，李德喜.带启停功能的汽车起动机：202110636407.3P.2021-08-24.2 罗汉.采煤机截割部行星减速器关键部件有限元分析与改进 D.淮南：安徽理工大学,2 0 1 8.3郭建峰.采煤机截割部行星减速器的受力分析及仿真D.阜新：辽宁工程技术大学,2 0 1 5.