СТАРТЕР, СОДЕРЖАЩИЙ ВАЛ ЯКОРЯ, УСТАНОВЛЕННЫЙ В ПОДШИПНИКЕ, РАСПОЛОЖЕННОМ МЕЖДУ ЯКОРЕМ И РЕДУКТОРОМ
STARTER COMPRISING ARMATURE SHAFT SET IN BEARING PLACED BETWEEN ARMATURE AND REDUCTION GEAR

Изобретение относится к стартеру автотранспортного средства.
В частности, изобретение относится к стартеру автотранспортного средства, содержащему электрический двигатель, на заднем валу которого имеются обмотки якоря, при этом вал якоря установлен с возможностью вращения в первом задним подшипнике и во втором переднем подшипнике; расположенный соосно заднему валу выходной передний вал с установленным на нем пускателем, приводимый во вращение валом якоря; и планетарный редуктор, установленный между задним валом якоря и выходным передним валом для обеспечения их сцепления.
Обычно автотранспортные средства с двигателем внутреннего сгорания оборудованы стартером, содержащим пусковую шестерню, которая, зацепляясь с маховиком двигателя, приводит его во вращение во время запуска.
Как правило, стартер используются один раз при каждой поездке транспортного средства во время запуска двигателя.
Однако в последнее время транспортные средства все чаще оборудуют так называемыми системами остановки и повторного запуска теплового двигателя, в дальнейшем называемые «старт-стопными системами».
Эти системы позволяют для экономии топлива останавливать тепловой двигатель во время остановок транспортного средства и опять запускать его в момент появления воздействия, такого как первое действие водителя или другое действие.
Таким образом, во время одной и той же поездки двигатель можно многократно останавливать, например, перед каждым светофором или в дорожных пробках. В результате стартер транспортного средства, оборудованного старт-стопной системой, может задействоваться гораздо чаще, чем классический стартер транспортного средства.
С учетом такой интенсивной нагрузки некоторые детали стартера могут подвергаться преждевременному износу, что сокращает срок его службы. В частности, это относится к одному из подшипников вала якоря стартера.
Действительно, стартер оборудован электрическим двигателем, содержащим установленный на валу якорь. Выходной вал, соосный валу якоря, приводится во вращение последним через планетарный редуктор.
На промежуточном осевом участке вала якоря установлена центральная шестерня планетарного редуктора, передающего вращение от вала якоря на выходной вал. Планетарный редуктор содержит набор сателлитных шестерен, установленных на выходном валу.
В заднем осевом конце выходного вала редуктора выполнено глухое осевое отверстие.
Такая конструкция позволяет поддерживать передний свободный конец вала якоря двигателя в осевом отверстии выходного вала через установленную между ними гладкую или игольчатую втулку.
При этом диаметр переднего конца вала якоря меньше других участков вала якоря, в частности, чтобы обеспечивать монтаж элементов, таких как центральная шестерня, на валу якоря, а также из-за того, что диаметр отверстия в выходном валу ограничен размерами этого выходного вала. Например диаметр переднего направляющего конца вала якоря составляет 10 мм.
Однако вес и момент инерции вала якоря являются слишком большими относительно диаметра направляющего конца вала якоря, чтобы направляющая втулка могла выдерживать интенсивные нагрузки в течение срока службы порядка десяти лет.
Чтобы решить, в частности, эту проблему, в стартере описанного выше типа согласно изобретению между обмотками якоря и планетарным редуктором в осевом направлении расположен второй передний подшипник.
Предпочтительно опорный участок вала якоря заходит в передний подшипник, при этом наружный диаметр этого опорного участка больше или равен диаметру других участков вала якоря.
Предпочтительно вал якоря содержит заплечик, сторона которого в переднем осевом направлении упирается во второй передний подшипник, ограничивая перемещение вала якоря в переднем осевом направлении.
Предпочтительно сторона заплечика выполнена на фланце, выступающем в радиальном направлении наружу от вала якоря;
Предпочтительно передний подшипник образует герметичную перегородку между обмотками якоря и редуктором.
Предпочтительно редуктор содержит сателлитные шестерни, установленные на выходном валу с возможностью вращения между двумя радиальными дисками, передним и задним, которые удерживаются на расстоянии друг от друга в осевом направлении посредством по меньшей мере одной распорки для исключения заклинивания сателлитных шестерен, когда передний подшипник опирается в осевом направлении на задний диск.
Предпочтительно распорка образована осью вращения сателлитной шестерни.
Предпочтительно электрический двигатель установлен в цилиндрическом заднем корпусе, соосном валу якоря, причем передний подшипник центрирован непосредственно относительно заднего корпуса за счет радиальной опоры на внутреннюю цилиндрическую сторону переднего края корпуса.
Предпочтительно стартер содержит передний корпус, на котором закреплены электрический двигатель и контактор, предназначенный для управления осевым скольжением пускателя, причем передний подшипник установлен в осевом направлении между передним корпусом и задним корпусом.
Предпочтительно передний подшипник содержит средства указания углового положения заднего корпуса относительно переднего корпуса.
Предпочтительно угловое положение переднего подшипника относительно переднего корпуса определяется по меньшей мере по одной выемке, выполненной в переднем подшипнике или в переднем корпусе, и выступа, выполненного на другом элементе с возможностью захождения в указанную выемку.
Предпочтительно стартер содержит индуктор, образованный множеством намагниченных стержней и/или индуктивных обмоток осевого направления, равномерно расположенных вокруг обмоток якоря. При этом передний подшипник содержит пазы, каждый из которых предназначен для захождения в него переднего конца намагниченного стержня для установки углового положения переднего подшипника относительно корпуса. Вместе с тем, согласно другим вариантам осуществления изобретения, индуктор может быть совершенного другого типа с множеством магнитов и/или обмоток, которые могут быть расположены по-другому.
Предпочтительно намагниченные стержни разделены в окружном направлении осевыми распорками, осевое перемещение которых в переднем направлении ограничено задней радиальной концевой стороной переднего подшипника.
Кроме того, можно также ограничить осевое перемещение в переднем направлении некоторых частей индуктора, например, магнитов и шунтов.
Другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего его описания со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показан стартер согласно изобретению, вид в частичном осевом разрезе;
на фиг.2 - передний подшипник вала якоря в соответствии с настоящим изобретением, вид в перспективе;
на фиг.3 - разрез по плоскости 3-3 на фиг.2;
на фиг.4 - вал якоря, соединяемая с ним муфта, оборудованная фланцем, и центральная шестерня, вид с пространственным разделением деталей с частичным разрезом;
на фиг.5 - сателлитная шестерня планетарного редуктора, изображенного на фиг.1, вид в осевом разрезе в увеличенном масштабе;
на фиг.6 показан стартер, общий вид с пространственным разделением деталей.
В дальнейшем будет принято осевое направление от задней части к передней, обозначенное на фигурах стрелкой «А».
Элементы, выполняющие подобные, аналогичные или идентичные функции обозначены одинаковыми цифровыми позициями.
Как показано на фиг.1, стартер 10 автотранспортного средства содержит передний корпус 12, на котором закреплены контактор 14 и электрический двигатель 16.
Электрический двигатель 1 6 приводит во вращение задний вал 18 якоря, который, в свою очередь, приводит во вращение передний выходной вал 20. Передний выходной вал 20 расположен соосно валу 18 якоря электрического двигателя 16.
Электрический двигатель 16 установлен в по существу цилиндрическом трубчатом заднем корпусе 21, соосном валу 18 якоря и жестко закрепленном на переднем корпусе 12.
Двигатель 16 является серийным электрическим двигателем постоянного тока с индуктором 106, обеспечивающим преобразование поступающей на него электрической энергии в механическую энергию вращения вала 18 якоря.
Электрический двигатель 16 содержит вал 18 якоря, на промежуточном участке которого выполнены обмотки 22 якоря двигателя 16, а на заднем осевом участке установлен коллектор 26 с кольцевыми дорожками.
В осевом направлении на заднем кольцевом концевом краю заднего корпуса 21 закреплена задняя запорная крышка 28.
Задний свободный конец 30 вала 18 якоря установлен с возможностью вращения в первом заднем подшипнике 32, образованном гнездом в запорной крышке 28. Это заднее гнездо 32 выполнено за одно целое с запорной крышкой 28.
В заднем гнезде 32 установлена направляющая втулка 34, такая как игольчатая втулка или втулка скольжения. Это позволяет свести к минимуму трение заднего свободного концевого участка 30 вала 18 якоря в заднем гнезде 32.
Между задним торцом 36 вала 18 якоря и дном 38 гнезда 32 запорной крышки установлено средство осевого упора (не показано), например, шайба.
Переднюю часть вала 18 якоря выполнена ступенчатой. Передний свободный концевой участок 40 ограничен в заднем направлении центральной шестерней 42 планетарного редуктора 44, который передает вращение вала 18 якоря на выходной вал 20.
Планетарный редуктор 44 установлен в осевом направлении между валом 18 якоря и передним выходным валом 30.
Планетарный редуктор 44 содержит набор сателлитных шестерен 46, в данном случае в количестве трех, оси 48 вращения которых удерживаются первым передним диском 50, который жестко закреплен на выходном валу редуктора 20, например, посредством запрессовки. Таким образом, сателлитные шестерни 46 установлены на водиле, закрепленном на выходном валу 20.
Сателлитные шестерни 46 заблокированы в осевом направлении вторым задним диском 52, посаженным в натяг на оси 48 сателлитных шестерен 46 (фиг.5).
Таким образом, сателлитные шестерни 46 установлены с возможностью вращения между двумя радиальным дисками, передним 50 и задним 52.
Согласно не показанному на фигурах варианту осуществления изобретения, удержание в осевом направлении сателлитных шестерен 46 может обеспечиваться сателлитными осями 48, имеющими головку, завинченными в передний диск 50.
Редуктор 44 содержит также наружный венец 54 с внутренними зубьями, который в представленном узле закреплен посредством дополнительного литья в передней радиальной пластине 56, закрепленной в переднем корпусе 12 стартера 10.
В заднем торце 60 выходного вала 20 выполнено глухое осевое отверстие 58.
Передний свободный концевой участок 40 вала 18 якоря входит в отверстие 58 с осевым зазором относительно его дна, а также с радиальным зазором. Диаметр переднего свободного концевого участка 40 меньший диаметра участка, на котором установлена центральная шестерня 42 планетарной передачи.
Такая конструкция позволяет сохранять осевой зазор между передним свободным концевым участком 40 вала 18 якоря двигателя 1 6 и выходным валом 20 редуктора.
Согласно не показанному на фигурах варианту осуществления изобретения, выходной вал может не иметь отверстия на торце, при этом вал якоря выполнен укороченным, чтобы избежать его трения с выходным валом.
Передний пускатель 64 установлен с возможностью скольжения в осевом направлении вдоль переднего шлицевого участка выходного вала 20 редуктора, который, таким образом, образует вал пускателя, между передним положением (не показано) зацепления с венцом стартера и задним положением покоя, показанным на фиг.1. В положении покоя он опирается в заднем осевом направлении на фронтальную поверхность 66 заплечика выходного вала 20 редуктора.
Контактор 14 управляет осевым скольжением пускателя 64 между двумя осевыми положениями, передним и задним.
Согласно изобретению вал 18 якоря установлен во вторым переднем подшипнике 68, который установлен в осевом направлении между обмотками 22 якоря и планетарным редуктором 44.
Как более детально показано на фиг.2 и 3, второй передний подшипник 68 образован диском, расположенным в радиальной плоскости и содержащим в центре осевую втулку 70 с центральным отверстием 72 для прохождения вала 18 якоря. Втулка 70 выступает относительно диска 68 в переднем и заднем направлениях.
Центральная втулка 70 и диск 68 жестко связаны между собой. В данном случае они выполнены в виде единой детали. Диск 68 выполнен, например, из стали, или из алюминия, или из пластического материала.
Опорная часть 74 вала 18 якоря заходит в центральное отверстие 72 с возможностью вращения в гладкой или игольчатой направляющей втулке, как показано на фиг.1.
Диаметр опорной части 74 вала 18 якоря превышает диаметр заднего промежуточного участка, на котором расположены обмотки 22 якоря, и диаметр переднего участка, на котором установлена центральная шестерня 42 планетарного редуктора 44. В примере, представленном на фигурах, наружный диаметр опорной части 74 больше или равен диаметру других участков вала 18 якоря.
Таким образом, обмотки 22 якоря опираются в переднем осевом направлении на заднюю радиальную сторону 78 заплечика опорной части 74.
На валу 18 якоря имеется фланец 82, выполненный в радиальном направлении наружу от вала 18 якоря в продолжение задней стороны 78 заплечика. Передняя сторона 84 фланца 82 образует сторону заплечика, которая должна упираться в переднем осевом направлении в задний концевой край 86 втулки 70 для блокировки вала 18 якоря в переднем осевом направлении.
Как показано на фиг.4, фланец 82 выполнен за одно целое с муфтой 88. Фланец 82 проходит в радиальном направлении наружу от заднего края 90 муфты 88. Муфту 88 сажают в натяг на вал 18 якоря для образования наружной цилиндрической поверхности опорной части 74 вала 18 якоря.
Согласно не показанному на фигурах варианту осуществления изобретения, вал якоря может не содержать фланца, при этом осевое стопорение вала якоря в переднем направлении осуществляют за счет осевого упора, например, шарика, который устанавливают между дном отверстия заднего осевого конца выходного вала редуктора и передним свободным торцом вала якоря. Вал якоря может быть выполнен как в виде единой детали, так и из двух частей.
Как показано на фиг.2 и 3, на задней стороне диска 68 имеется утолщение 92, выполненное в осевом направлении назад и содержащее кольцевую цилиндрическую наружную сторону 94, в дальнейшем называемую наружным контуром 94, которая является концентричной со свободным наружным кольцевым краем 96 диска 68.
Точно также, в переднем осевом направлении от передней стороны диска 68 выполнен кольцевой элемент 98.
Таким образом, диск 68 содержит кольцевой гребень 102, который проходит радиально наружу от наружных контуров 94, 100 утолщения и кольцевого элемента 98 до свободного наружного края 96 диска 68.
В частности, утолщение предназначено для посадки в передний конец заднего корпуса 21, чтобы центрировать передний подшипник 68 непосредственно относительно заднего корпуса 21 за счет радиальной опоры на внутреннюю сторону переднего края этого корпуса. Для этого внутренний диаметр переднего края заднего корпуса 21 по существу равен диаметру наружного контура 94 утолщения 92.
Точно так же, кольцевой элемент 98 предназначен для посадки в задний конец переднего корпуса 12, чтобы обеспечивать выравнивание по одной оси вала 18 якоря и выходного вала 20. Для этого внутренний диаметр заднего конца переднего корпуса 12 по существу равен диаметру наружного контура 100 кольцевого элемента 98.
Как показано на фиг.1, кольцевой гребень 102 устанавливают в осевом направлении и зажимают между передним концевым краем заднего корпуса 21 и задним концевым краем переднего корпуса 12. Таким образом, диск 68 оказывается закрепленным в осевом направлении относительно жесткого узла, образованного передним корпусом 12 и задним корпусом 21 после их соединения.
Например, передний корпус 12 крепят на заднем корпусе 21 посредством болтового соединения (не показано), обеспечивающего осевое прижатие переднего корпуса 12 к заднему корпусу 21.
Таким образом, диск 68 образует герметичную перегородку, препятствующую попаданию пыли от обмоток 22 якоря в редуктор и наоборот. Диск 68 позволяет также избежать попадания смазочного вещества, необходимого для нормальной работы планетарного редуктора 44, на обмотки 22 якоря.
На заднем утолщении 92 диска 68 на наружном его контуре 94 имеются пазы 104, в данном случае выполненные в количестве четырех и равномерно распределенные по контуру.
На внутренней цилиндрической стороне заднего корпуса 21 установлен индуктор, образованный множеством намагниченных стержней 106 (или множеством обмоток в других вариантах осуществления), ориентированных в осевом направлении и равномерно распределенных вокруг обмоток 22 якоря. В данном случае намагниченные планки 106 выполнены в количестве четырех. Намагниченные стержни 106 разделены в окружном направлении распорками (не показаны) в виде осевых скобок U-образной формы, открытых радиально внутрь. Индуктор установлен неподвижно в заднем корпусе 21.
Свободная задняя сторона 110 утолщения 92 позволяет также блокировать осевые перемещения вперед распорок индуктора 106 или магнитов в зависимости от конструкции индуктора.
Во время работы стартера 10 задний диск 52 крепления сателлитных шестерен 46 редуктора 44 может опираться в осевом направлении на передний край втулки 70 диска 68.
Как показано на фиг.5, чтобы исключить зажатие сателлитных шестерен 46 между двумя дисками 50 и 52, ось 48 вращения каждой сателлитной шестерни 46 продолжена передним и задним штифтами 114 и 116, диаметр которых меньше диаметра оси 48. Штифты 114 и 116 жесткого закреплены завинчиванием или запрессовкой в соответствующем отверстии переднего и заднего дисков 50 и 52 для крепления оси 48 на дисках 50 и 52.
Таким образом, ось 48 образует осевую распорку, препятствующую заклиниванию сателлитных шестерен 46 в осевом направлении между двумя дисками 50 и 52, когда передний подшипник 68 опирается в осевом направлении на задний диск 52. Диски 50, 52 удерживаются на достаточном осевом расстоянии друг от друга, обеспечивая свободное вращение сателлитных шестерен 46.
Как вариант, задний штифт каждой оси 48 вращения сателлитных шестерен 46 может выступать в заднем осевом направлении от задней стороны заднего диска 52. Чтобы обеспечивать его прохождение без увеличения осевого габарита стартера 10, передняя сторона диска 68 содержит кольцевую впадину 118, образующую дорожку для прохождения выступающих концов задних штифтов 116 осей 48 вращения.
Диск 68 дополнительно содержит средства указания углового положения заднего корпуса 21 относительно переднего корпуса 12.
Для этого диск 68 содержит две противолежащих выемки 120, выполненных в свободном наружном крае 96. Каждая выемка захватывает заднее утолщение 92.
Как показано на фиг.1, каждая выемка 120 предназначена для захождения в нее соответствующего выступа 122, проходящего в заднем осевом направлении от переднего корпуса 12. В данном случае выступы 122 выполнены на наружном венце 54 редуктора 44, жестко закрепленном в переднем корпусе 12. В результате обеспечивается указание углового положения.
Согласно не показанному на фигурах варианту осуществления изобретения, диск содержит выступ, проходящий в осевом направлении вперед от переднего края, например от кольцевого гребня, и предназначен для захождения в выемку переднего корпуса. В этом случае передний корпус может содержать несколько выемок, чтобы корпус можно было устанавливать по выбору в одном из нескольких угловых положений вокруг его оси.
Посадка выступов 122 в выемки 120 может также способствовать блокировке диска 68 от вращения относительно жесткого узла, образованного корпусами 21 и 12 после сборки.
Как показано на фиг.4 и 6, сборку стартера 10 осуществляют путем последовательного соединения его составных частей, в частности, путем установки выходного вала 20 редуктора и самого планетарного редуктора 44 в переднем корпусе 12 и установки диска 68, образующего передний подшипник 68, после чего вал 18 якоря вставляют в осевом направлении вперед в центральное отверстие 72 втулки 70 диска 68.
Внутренний диаметр центрального отверстия 72 превышает наружный диаметр центральной шестерни 42, чтобы обеспечивать ее прохождение для зацепления с сателлитными шестернями 46.
Чтобы избежать трения между вращающимися и неподвижными элементами, при проектировании стартера 10 необходимо предусмотреть осевые функциональные зазоры, в частности, между передней стороной 84 фланца 82 вала 18 якоря и задним концевым краем 86 втулки 70 диска 68.
Диск 68, образующий передний подшипник, благодаря своему расположению между обмотками 22 якоря и редуктором 44 обеспечивает выполнение несколько функций.
Так, диск 68 позволяет центрировать вал 18 якоря относительно корпуса 21 за счет опоры непосредственно на внутреннюю цилиндрическую сторону заднего корпуса 21 при помощи наружного контура 94 утолщения 92.
Кроме того, диаметр опорной части 74, превышающий диаметр других участков вала 18 якоря, позволяет повысить прочность стартера 10 и избежать преждевременного износа переднего подшипника 68 или гладкой или игольчатой втулки относительно других элементов стартера 10. Действительно, большой диаметр позволяет получать более значительную опорную цилиндрическую поверхность между валом 18 якоря и передним подшипником 68, что обеспечивает распределение усилий и замедляет износ.
Кроме того, задний концевой край 86 втулки 70 диска 68 предпочтительно образует осевой упор для осевого стопорения в переднем направлении вала 18 якоря. Таким образом, диск 68 одновременно обеспечивает функцию радиальной центровки и осевого упора.
Когда фланец 82 вала 18 якоря опирается в переднем осевом направлении на втулку 70 диска 68, осевое усилие передается на периферический край переднего корпуса 12 через кольцевой гребень 102.
Кроме того, выполненный таким образом диск 68 образует герметичную перегородку между обмотками 22 якоря и планетарным редуктором 44, что позволяет сохранять целостность каждого из этих двух элементов.
Диск 68, имеющий пазы 104, обеспечивает указание углового положения, что упрощает сборку стартера 10.
Кроме того, участок утолщения 92, расположенный в окружном направлении между двумя пазами 104, обеспечивает осевое стопорение распорок индуктора электрического двигателя 16.
Наконец, форма осей 48 вращения сателлитных шестерен 46 образует распорку, позволяющую удерживать два диска 50 и 52 на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы не мешать свободному вращению сателлитных шестерен 46 в любых условиях.