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)就是一種常見的用來鋸切木料的電動(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，通過皮帶傳動(dòng)的方式帶動(dòng)與圓形鋸盤共軸安裝的皮帶輪，從而帶動(dòng)周邊有齒的圓形鋸盤高速轉(zhuǎn)動(dòng)以鋸開木料．它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：

最大鋸盤直徑		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)觀察圓形鋸盤后發(fā)現(xiàn)，圓形鋸盤的周邊除了有齒外，還開有圖9所示的很深的縫，縫的底端打有一個(gè)小圓孔，鋸齒部分還比鋸盤部分稍厚一些．請(qǐng)你從物理學(xué)的角度說說這樣做的道理．
（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？并說明你做出判斷的理由．
（3）若測(cè)得與圓形鋸盤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？
（40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)安裝最大鋸盤正常工作時(shí)，圓形鋸盤所受到的木料的阻力是多大？

Answer 1

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，鋸盤鋸木料時(shí)，要盡量減少鋸盤與木料之間的摩擦力．
（2）分析鋸盤的轉(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=

S

t

就可求出皮帶的運(yùn)行速度V．根據(jù)“電動(dòng)機(jī)滿負(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=

P

V

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)圓形鋸盤所受木料的阻力為F₁，
結(jié)合輪軸的公式進(jìn)行求解．

解答：解：（1）①鋸齒部分比鋸盤部分稍厚一些，木料的鋸切口的寬度就會(huì)比鋸盤厚度略大一點(diǎn)，這就可以有效的減少鋸開的木料對(duì)鋸盤盤面的壓力，從而減少木料對(duì)鋸盤盤面的摩擦阻力；
②鋸齒部分比鋸盤部分稍厚一些，再加上鋸盤周邊所開的縫及縫的底端所打的孔，這就保證了鋸開的木料與鋸盤盤面之間的縫隙能夠時(shí)時(shí)充滿空氣，從而避免受到因大氣壓把鋸開的木料緊緊壓在鋸盤盤面上而造成的對(duì)鋸盤盤面間的摩擦阻力；
③被鋸開的木料與鋸盤盤面之間隨時(shí)充入空氣，有利于鋸盤散熱．
（2）右側(cè)皮帶上的拉力較大．
由鋸盤上的鋸齒形狀及分布情況可以看出，圓形鋸盤在鋸木頭時(shí)應(yīng)該順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，與圓形鋸盤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)滿負(fù)荷正常工作時(shí)皮帶的運(yùn)行速度：
V=

S

t

=

3.14×0.11m

1r 1420r ×60s

=8.17m/s，
電動(dòng)機(jī)滿負(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=

P輸出

V

=

2700w

8.17m/s

≈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)圓形鋸盤所受木料的阻力為F₁，由輪軸公式得：

F

F1

=

R鋸

R輪

=

D鋸

D輪

則：F₁=

D輪F

D鋸

=

92mm×330N

400mm

=75.9N．
答：圓形鋸盤所受到的木料的阻力是圓75.9N．

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．