Question

电动木工机械的发明和应用大大地降低了木工的劳动强度，且大幅度地提高了劳动效率．木工圆锯机就是一种常见的用来锯切木料的电动木工机械．如图1所示为某型号电动木工圆锯机，其主要结构如图2所示．它采用电动机作为动力，通过皮带传动的方式带动与圆形锯盘共轴安装的皮带轮，从而带动周边有齿的圆形锯盘高速转动以锯开木料．它的主要技术数据如下表：

最大锯盘直径		mm	400
最大锯切厚度		mm	125
配套电动机	额定功率	kW	3
	额定转速	r/min	1420
	额定电压	V	380
	额定电流	A	5.0
	额定功率	Hz	50
	型号	Y100L2-4
	防护等级	IP44

（1）小明仔细观察圆形锯盘后发现，圆形锯盘的周边除了有齿外，还开有图9所示的很深的缝，缝的底端打有一个小圆孔，锯齿部分还比锯盘部分稍厚一些．请你从物理学的角度说说这样做的道理．
（2）该型号电动木工圆锯机正常工作时，图8中的哪一侧皮带上的拉力较大？并说明你做出判断的理由．
（3）若测得与圆形锯盘共轴安装的皮带轮的直径为9.2cm，电动机的皮带轮的直径为11.0cm．电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%，则此时皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是多大？
（4）若将皮带传动的效率看作100%，共轴传动的摩擦损耗不计．试估算该型号电动木工圆锯机安装最大锯盘正常工作时，圆形锯盘所受到的木料的阻力是多大？

Answer 1

解：（1）①锯齿部分比锯盘部分稍厚一些，木料的锯切口的宽度就会比锯盘厚度略大一点，这就可以有效的减少锯开的木料对锯盘盘面的压力，从而减少木料对锯盘盘面的摩擦阻力；
②锯齿部分比锯盘部分稍厚一些，再加上锯盘周边所开的缝及缝的底端所打的孔，这就保证了锯开的木料与锯盘盘面之间的缝隙能够时时充满空气，从而避免受到因大气压把锯开的木料紧紧压在锯盘盘面上而造成的对锯盘盘面间的摩擦阻力；
③被锯开的木料与锯盘盘面之间随时充入空气，有利于锯盘散热．
（2）右侧皮带上的拉力较大．
由锯盘上的锯齿形状及分布情况可以看出，圆形锯盘在锯木头时应该顺时针转动，那么，与圆形锯盘共轴安装的皮带轮也应该顺时针转动；由此可以推知，电动机的皮带轮也应该顺时针转动；所以，电动机的皮带轮应该拉右侧的皮带而不拉左侧的皮带；因此，右侧皮带上的拉力应该大于左侧皮带上的拉力．
（3）电动机满负荷正常工作时皮带的运行速度：
V===8.17m/s，
电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%：
P_输出=3000W×90%=2700W；
左右两侧皮带上的拉力之差（即电动机输出的驱动力）为：
F==≈330N；
答：皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值是330N．
（4）皮带轮所受拉力的情况可等效为左侧皮带拉力为0N，右侧带拉力为330N；皮带传动的效率为100%．不计其轴转动的摩擦损耗，设圆形锯盘所受木料的阻力为F₁，由轮轴公式得：
==
则：F₁===75.9N．
答：圆形锯盘所受到的木料的阻力是圆75.9N．
分析：（1）影响摩擦力大小的因素有两个：压力和接触面的粗糙程度，锯盘锯木料时，要尽量减少锯盘与木料之间的摩擦力．
（2）分析锯盘的转动方向，从而得出电动机的皮带轮转动方向，皮带轮拉动哪侧的皮带，哪侧的拉力就越大．
（3）已知电动机皮带轮的半径，求出其周长S；再根据转速求出转一转所用的时间t，根据V=就可求出皮带的运行速度V．根据“电动机满负荷工作时配套电动机输出机械能的效率为90%”求出输出的机械功率，再根据F=计算出皮带上较大的拉力与较小的拉力的差值．
（4）把皮带轮所受拉力的情况可等效为左侧皮带拉力为0N，右侧带拉力为330N，设圆形锯盘所受木料的阻力为F₁，
结合轮轴的公式进行求解．
点评：本题有一定的难度，考查了摩擦力、功率计算公式的运用、轮轴公式的运用，要求学生在掌握知识的基础上，能够灵活运用．