Question

電動(dòng)木工機(jī)械的發(fā)明和應(yīng)用大大地降低了木工的勞動(dòng)強(qiáng)度，且大幅度地提高了勞動(dòng)效率．木工圓鋸機(jī)就是一種常見(jiàn)的用來(lái)鋸切木料的電動(dòng)木工機(jī)械．如圖1所示為某型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)如圖2所示．它采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)皮帶傳動(dòng)的方式帶動(dòng)與圓形鋸盤(pán)共軸安裝的皮帶輪，從而帶動(dòng)周邊有齒的圓形鋸盤(pán)高速轉(zhuǎn)動(dòng)以鋸開(kāi)木料．它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：

最大鋸盤(pán)直徑		mm	400
最大鋸切厚度		mm	125
配套電動(dòng)機(jī)	額定功率	kW	3
	額定轉(zhuǎn)速	r/min	1420
	額定電壓	V	380
	額定電流	A	5.0
	額定功率	Hz	50
	型號(hào)	Y100L2-4
	防護(hù)等級(jí)	IP44

（1）小明仔細(xì)觀(guān)察圓形鋸盤(pán)后發(fā)現(xiàn)，圓形鋸盤(pán)的周邊除了有齒外，還開(kāi)有圖9所示的很深的縫，縫的底端打有一個(gè)小圓孔，鋸齒部分還比鋸盤(pán)部分稍厚一些．請(qǐng)你從物理學(xué)的角度說(shuō)說(shuō)這樣做的道理．
（2）該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)正常工作時(shí)，圖8中的哪一側(cè)皮帶上的拉力較大？并說(shuō)明你做出判斷的理由．
（3）若測(cè)得與圓形鋸盤(pán)共軸安裝的皮帶輪的直徑為9.2cm，電動(dòng)機(jī)的皮帶輪的直徑為11.0cm．電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)配套電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能的效率為90%，則此時(shí)皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值是多大？
（4）若將皮帶傳動(dòng)的效率看作100%，共軸傳動(dòng)的摩擦損耗不計(jì)．試估算該型號(hào)電動(dòng)木工圓鋸機(jī)安裝最大鋸盤(pán)正常工作時(shí)，圓形鋸盤(pán)所受到的木料的阻力是多大？

Answer 1

解：（1）①鋸齒部分比鋸盤(pán)部分稍厚一些，木料的鋸切口的寬度就會(huì)比鋸盤(pán)厚度略大一點(diǎn)，這就可以有效的減少鋸開(kāi)的木料對(duì)鋸盤(pán)盤(pán)面的壓力，從而減少木料對(duì)鋸盤(pán)盤(pán)面的摩擦阻力；
②鋸齒部分比鋸盤(pán)部分稍厚一些，再加上鋸盤(pán)周邊所開(kāi)的縫及縫的底端所打的孔，這就保證了鋸開(kāi)的木料與鋸盤(pán)盤(pán)面之間的縫隙能夠時(shí)時(shí)充滿(mǎn)空氣，從而避免受到因大氣壓把鋸開(kāi)的木料緊緊壓在鋸盤(pán)盤(pán)面上而造成的對(duì)鋸盤(pán)盤(pán)面間的摩擦阻力；
③被鋸開(kāi)的木料與鋸盤(pán)盤(pán)面之間隨時(shí)充入空氣，有利于鋸盤(pán)散熱．
（2）右側(cè)皮帶上的拉力較大．
由鋸盤(pán)上的鋸齒形狀及分布情況可以看出，圓形鋸盤(pán)在鋸木頭時(shí)應(yīng)該順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，與圓形鋸盤(pán)共軸安裝的皮帶輪也應(yīng)該順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；由此可以推知，電動(dòng)機(jī)的皮帶輪也應(yīng)該順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；所以，電動(dòng)機(jī)的皮帶輪應(yīng)該拉右側(cè)的皮帶而不拉左側(cè)的皮帶；因此，右側(cè)皮帶上的拉力應(yīng)該大于左側(cè)皮帶上的拉力．
（3）電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷正常工作時(shí)皮帶的運(yùn)行速度：
V===8.17m/s，
電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)配套電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能的效率為90%：
P_輸出=3000W×90%=2700W；
左右兩側(cè)皮帶上的拉力之差（即電動(dòng)機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力）為：
F==≈330N；
答：皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值是330N．
（4）皮帶輪所受拉力的情況可等效為左側(cè)皮帶拉力為0N，右側(cè)帶拉力為330N；皮帶傳動(dòng)的效率為100%．不計(jì)其軸轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦損耗，設(shè)圓形鋸盤(pán)所受木料的阻力為F₁，由輪軸公式得：
==
則：F₁===75.9N．
答：圓形鋸盤(pán)所受到的木料的阻力是圓75.9N．
分析：（1）影響摩擦力大小的因素有兩個(gè)：壓力和接觸面的粗糙程度，鋸盤(pán)鋸木料時(shí)，要盡量減少鋸盤(pán)與木料之間的摩擦力．
（2）分析鋸盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而得出電動(dòng)機(jī)的皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向，皮帶輪拉動(dòng)哪側(cè)的皮帶，哪側(cè)的拉力就越大．
（3）已知電動(dòng)機(jī)皮帶輪的半徑，求出其周長(zhǎng)S；再根據(jù)轉(zhuǎn)速求出轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所用的時(shí)間t，根據(jù)V=就可求出皮帶的運(yùn)行速度V．根據(jù)“電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)配套電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能的效率為90%”求出輸出的機(jī)械功率，再根據(jù)F=計(jì)算出皮帶上較大的拉力與較小的拉力的差值．
（4）把皮帶輪所受拉力的情況可等效為左側(cè)皮帶拉力為0N，右側(cè)帶拉力為330N，設(shè)圓形鋸盤(pán)所受木料的阻力為F₁，
結(jié)合輪軸的公式進(jìn)行求解．
點(diǎn)評(píng)：本題有一定的難度，考查了摩擦力、功率計(jì)算公式的運(yùn)用、輪軸公式的運(yùn)用，要求學(xué)生在掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠靈活運(yùn)用．