Question

（15分）小明自己設(shè)計(jì)并動(dòng)手將房間里的窗簾改成電動(dòng)窗簾。為此他購(gòu)置了微型電動(dòng)機(jī)及減速裝置、電源、雙刀雙擲開(kāi)關(guān)、滑輪、皮帶、拉繩等器材，對(duì)原有的窗簾盒進(jìn)行改造。
1．如圖22甲所示，小明在窗簾盒（上方的雙虛線框）內(nèi)安裝了電動(dòng)裝置，電動(dòng)裝置通過(guò)拉繩拉著窗簾一起運(yùn)動(dòng)。改變通過(guò)微型電動(dòng)機(jī)的電流方向，就可改變其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，從而將窗簾打開(kāi)或關(guān)閉。利用雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)電源對(duì)電動(dòng)機(jī)供電電流方向的改變。請(qǐng)你在圖22甲右側(cè)的虛線框內(nèi)，完成電源、雙刀雙擲開(kāi)關(guān)和接線柱間的電路連接。
2．電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般很高，需要安裝減速裝置，如圖22乙所示。請(qǐng)說(shuō)明減速裝置的減速原理。
3．下表是所使用的微型電動(dòng)機(jī)的部分?jǐn)?shù)據(jù)。表格中，額定功率是“電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定電流下工作時(shí)的輸出功率”，堵轉(zhuǎn)電流是“在額定電壓下，讓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定不動(dòng)時(shí)的電流”。

請(qǐng)根據(jù)表中的有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算：
（1）以額定功率運(yùn)行時(shí)，該電動(dòng)機(jī)的效率為多少？
（2）電動(dòng)機(jī)的額外功率主要由熱損耗和機(jī)械損耗造成，請(qǐng)分別求出以額定功率運(yùn)行時(shí)，該電動(dòng)機(jī)的熱損耗功率和機(jī)械損耗功率？
（3）在圖22甲中，減速裝置、飛輪、皮帶、滑輪、拉繩共同構(gòu)成了傳動(dòng)裝置。已知每半邊的窗簾滑軌長(zhǎng)度為1.5m，要求自動(dòng)窗簾能夠在6s內(nèi)從完全關(guān)閉到完全打開(kāi)。
拉動(dòng)半邊窗簾時(shí)，掛鉤和滑軌間的平均摩擦力為2N。則安裝電動(dòng)窗簾時(shí)，對(duì)傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率有何要求？

Answer 1

1、電路的連接如下圖解析所示；2、見(jiàn)解析；3、（1） 52.7%；（2） 0.91W；（3） 大于46.5%。

試題分析：1、欲使雙刀雙擲開(kāi)關(guān)擲向下功擲向上時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流方向相反，則只需把雙刀雙擲的兩個(gè)動(dòng)片接在電源兩端，當(dāng)接下時(shí)，通過(guò)電動(dòng)中的電流一個(gè)方向，再接上端時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)中的電流又一個(gè)方向，故連接的電路如圖所示。

或者是把電源與下端的兩個(gè)接線柱接通，雙刀雙擲開(kāi)關(guān)的動(dòng)片與電動(dòng)機(jī)接通，開(kāi)關(guān)的上、下四個(gè)靜片分別交叉連接也可以實(shí)現(xiàn)題意的目的）
2、與輸入軸固定在一起的齒輪周長(zhǎng)小，齒輪數(shù)少，與輸出軸固定在一起的齒輪周長(zhǎng)大，齒輪數(shù)多。因此，輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)很多圈才能帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，實(shí)現(xiàn)減速的功能。
3、（1）由于電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的總功率P_總=U_額×I_額=12V×0.34A=4.08W，
電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率P_出=2.15W，
故電動(dòng)機(jī)以額定功率運(yùn)行時(shí)的效率η=×100%=52.7%。
（2）電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電阻R==8.82Ω，
故電動(dòng)機(jī)的熱損耗功率為P_熱=I_額²×R=（0.34A）²×8.82Ω=1.02W，
電動(dòng)機(jī)的額外功率P_額=P_總－P_出=4.08W－2.15W=1.93W，
故電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗功率P_損=P_額－P_熱=1.93W－1.02W=0.91W。
（3）對(duì)于傳動(dòng)裝置，其輸入的功率為P_入=2.15W，窗簾拉開(kāi)時(shí)克服阻力做的功為W_有=2×F×s=2×2N×1.5m=6J；故傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率=46.5%。
故要求其傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率大于46.5%。