張澤峰　張峻寧

【摘 要】粉筆和黑板作為最早的傳播知識的工具，從被發(fā)明到其廣泛被應(yīng)用距今已有上千年的歷史。本文介紹了一種全自動黑板擦，它不需要人工擦拭，而且可以在短時間內(nèi)對整塊黑板進行擦拭。最重要的一點，就是可以對全自動黑板擦進行遠(yuǎn)程控制，可以在周圍沒有人的時候工作，進而很好的避免對教師身心健康的影響。

【關(guān)鍵詞】黑板擦；粉筆灰；滾筒；絲桿

0.引言

現(xiàn)在教室常用黑板擦存在很多不足，比如普通黑板擦的效率低下，且往往不能很好的把黑板擦干凈；而且普通黑板擦的使用往往會造成大量的粉塵，對老師、前排同學(xué)的健康造成不良影響?；谝陨蠁栴}，我們設(shè)計了一種全自動黑板擦，來彌補這些不足之處。本設(shè)計中我們采用電動機作動力源，利用其正反轉(zhuǎn)原理和行程開關(guān)來控制絲桿的自動進給，同時帶動滾筒的左右移動來達(dá)清潔黑板的目的。在設(shè)計中主要考慮了機構(gòu)的簡易性、整體結(jié)構(gòu)的緊湊性、操作者操作舒適性等因素，并對設(shè)計的的產(chǎn)品進行運動仿真，為進一步優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計方案的特點是，在擦黑板的過程中完成清潔和和防塵的作用，擦干凈黑板的同時，減輕使用者的勞動強度，提高效率，整體結(jié)構(gòu)簡單。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

1.1擦拭裝置方案的確定

在滾筒軸的一側(cè)連有高速旋轉(zhuǎn)電機，從而使?jié)L筒高速旋轉(zhuǎn)。滾筒是擦拭的核心，在滾筒的周圍帶有毛絨套，緊貼在黑板上可以把黑板擦拭的很干凈。

1.2防塵裝置方案的確定

在擦拭過程中會產(chǎn)生很多粉塵，為了防止粉塵的飛揚，在滾筒的外側(cè)加一層防塵套，一方面不僅可以有效防止灰塵的飛揚，另一方面還可以有效降低噪聲。

1.3收集粉塵裝置方案的確定

防塵套有效防止粉塵飛揚，使得粉塵都落在滾筒下端，在其下端放置粉塵收集器，實現(xiàn)粉塵的集中清理。

2.受力分析

2.1滾筒軸靜力分析

滾筒在電機作用下受到驅(qū)動力矩，在絲桿傳動作用下整體沿黑板做徑向移動。

2.2絲桿靜力分析

絲桿在電機作用下受到驅(qū)動力矩T，皮帶傳動將力矩傳遞給絲桿從動軸，從動軸在軸承固定座的作用下固定在墻上。

3.機構(gòu)仿真

3.1仿真結(jié)構(gòu)配置

Solidworks仿真分析時，首先啟動運動算例中的Motion模塊，在仿真配置前，首先應(yīng)保證傳動軸軸線的固定，及不參與運動的零件必須保持固定，Motion分析不同于動畫制作，Motion分析要求更為嚴(yán)格。然后檢查模型之間的干涉，從干涉檢查結(jié)果來看，整個模型中存在軸承與軸承座、螺紋緊固件等干涉，軸承與軸承座之間的干涉是由于過盈配合，但這并不影響仿真結(jié)果，因為軸承座是固定的，螺紋緊固件之間的干涉也是可以忽略的，因為緊固螺釘與螺紋孔之間本身存在干涉，而且緊固件始終是固定的。

3.2仿真參數(shù)測量及分析

3.2.1滾筒裝配體、40W小電機仿真參數(shù)及圖解分析

滾筒裝配體線性位移-時間關(guān)系仿真結(jié)果分析。

由圖像可以看出滾筒裝配體基本上位移在近似一條斜直線的變化，說明了它的運動基本滿足了勻速直線運動，與我們設(shè)計的目的基本上滿足，能夠?qū)崿F(xiàn)我們的設(shè)計目的。

3.2.2絲桿裝配體、60W大電機仿真參數(shù)及圖解分析：

絲桿軸的角加速度-時間關(guān)系仿真如下：

圖2 角加速度-時間關(guān)系圖

分析上圖可知：齒輪所受作用力矩并沒有保持在一個恒定值，而是在某一定值無規(guī)則波動；波動范圍較大，瞬時最大幅值打平均值的2倍。出現(xiàn)上述仿真結(jié)果的原因：電機軸與絲桿軸之間通過聯(lián)軸器連接，存在有平鍵的作用；因?qū)嶋H中的阻力矩未知，添加的阻力矩值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離正常的不穩(wěn)定情況。

4.結(jié)論

雖然現(xiàn)在科技飛速發(fā)展，但是很大一部分原因是由于教師對職業(yè)病的懼怕使得教育事業(yè)不能很好的發(fā)展。全自動黑板擦能夠縮短擦拭時間 ，提高清潔質(zhì)量，從而加快老師對黑板的利用，提高上課質(zhì)量。而且有效阻止粉筆灰飛揚，從而保障教室環(huán)境的清潔，從根本上消除老師的顧忌，更好的教書育人，把知識更好地傳播給每一個人。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理[M].高等教育出版社，2010.

[2]邱宣懷等.機械設(shè)計（第四版）[M].高等教育出版社，2007.

[3]陳秀寧，施高義等.機械設(shè)計課程設(shè)計（第三版）[M].浙江大學(xué)出版社，2007.

[4]姜文韜，侯啟龍，侯泉.吸塵黑板擦的設(shè)計[J].科技傳播，2012（8）：42-43.

[5]雷曉鈞，李金鐸.新型防塵黑板擦的研制[J].科技傳播，2013（3）：74-92.