夏 凡，李 銘，張 融，張 成，梅志敏

（武昌工學院 機械工程學院，湖北 武漢 430065）

0 引言

黑板和粉筆是教師教學中離不開的工具，傳統(tǒng)的擦黑板方法不僅費時費力，而且長年累月的粉塵污染使不少老師患上了“粉塵綜合癥”。根據(jù)國家有關(guān)統(tǒng)計資料顯示：我國的師生每年因上課吸入的粉筆灰約為200g／人，為此患呼吸道、肺部、眼睛、皮膚疾病及癌癥的人約占師生總數(shù)的20%。為了減少粉塵污染，很多廠家設(shè)計和生產(chǎn)了電動黑板檫，但這些產(chǎn)品要么價格昂貴、安裝復雜，要么體積較小、工作效率低。針對上述問題，本文設(shè)計了一款新型環(huán)保、經(jīng)濟實用的黑板擦。

1 無塵黑板關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及工作原理

自動無塵黑板的分層毛刷設(shè)計不僅去字效果徹底，還能保護毛刷，延長毛刷的使用壽命?；⌒武X板的設(shè)計不僅能增加在特殊軟體黑板帶上的著字率，使字跡更加清晰，還能增加分層毛刷與特殊軟體黑板帶間的摩擦力，從而提高粉筆字清除的效果。手動把手的設(shè)計采用了棘輪與圓錐齒輪的組合方式，棘輪能夠達到單向的傳動，圓錐齒輪用來改變手把的傳動方向。

自動無塵黑板的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。電機帶動轉(zhuǎn)動軸與毛刷控制軸，轉(zhuǎn)動軸用來帶動特殊軟體黑板帶的運動，從而達到特殊軟體黑板帶的切換效果。當毛刷控制軸運動時，毛刷控制軸上的圓錐齒輪帶動分層毛刷上的圓錐齒輪實現(xiàn)分層毛刷的轉(zhuǎn)動從而清灰。

寫有粉筆字部分的特殊軟體黑板帶隨轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)向黑板后方，此時分層毛刷的運動將粉筆字跡逐層清除，粉筆灰被吸塵管吸到黑板的粉塵盒內(nèi)，擦干凈的特殊軟體黑板帶轉(zhuǎn)向黑板前方繼續(xù)使用。

2 特殊軟體黑板帶的運轉(zhuǎn)

2.1 特殊軟體黑板帶

特殊軟體黑板帶為由寬幅軟布首尾相連的O型傳送帶，傳送帶內(nèi)部上下兩邊鑲嵌嚙合齒帶。

圖1 自動無塵黑板結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 轉(zhuǎn)動軸

轉(zhuǎn)動軸有兩根，主動軸和從動軸，分別置于特殊軟體黑板帶的兩端，主動軸為特殊軟體黑板帶的動力來源，轉(zhuǎn)動軸帶動特殊軟體黑板帶運動。

3 分層毛刷的固定與傳動

3.1 弧形鋁板

弧形鋁板見圖2。鋁板弧度為2°，左右兩側(cè)具有軸承孔承載轉(zhuǎn)動軸，鋁板上下兩端均勻分布5個有軸承孔的鋁片用來承載分層毛刷，鋁板底有兩個軸承孔用來盛放毛刷控制軸。

圖2 弧形鋁板

弧形設(shè)計能使自動無塵黑板帶凸面與書寫面緊貼，防止特殊軟體黑板帶出現(xiàn)移位現(xiàn)象，同時還能增加著字率。鋁板凹面與自動無塵黑板帶中空分離，分層毛刷壓向自動無塵黑板帶，以增加毛刷與自動無塵黑板帶的摩擦力，使清除效果提高。

3.2 分層毛刷清理機構(gòu)

毛刷的下側(cè)安有一個圓錐齒輪，毛刷控制軸上的相應(yīng)部位有一個圓錐齒輪，安裝好后兩圓錐齒輪相嚙合，實現(xiàn)垂直傳動。毛刷轉(zhuǎn)動系統(tǒng)軸左側(cè)裝有控制箱，粉筆灰清除裝置如圖3所示。

圖3 粉筆灰清除裝置

5個毛刷分3種類型：①自動無塵黑板左右最邊緣2個毛刷為第1類，將清晰的粉筆字模糊化，粗擦粉筆字；②緊鄰第1類的2個毛刷為第2類，將粉筆字初步擦除；③中間毛刷精擦自動無塵黑板帶，使自動無塵黑板更加干凈。

分層毛刷能達到分層清除粉筆字的效果，降低了粉筆字粘著力，毛刷無需經(jīng)常取出，自動無塵黑板容易擦干凈，成套毛刷的使用能增加毛刷的使用時間。

4 吸塵裝置設(shè)計

4.1 吸塵器與粉塵盒組合

粉塵盒由鋁板構(gòu)成，盒子開口處有橡膠片，安裝后橡膠片擠壓自動無塵黑板帶達到很好的密封效果。5根吸塵管伸入粉塵盒內(nèi)，伸入部分的圓柱側(cè)面具有小孔用來吸收粉塵，吸塵管聚集在自動無塵黑板右下角的吸塵器上，吸塵器的內(nèi)盒可以拆卸。吸塵器具體參數(shù)如表1所示，吸塵器與粉塵盒組合圖如圖4所示。

表1 吸塵器參數(shù)

4.2 黑板外殼

自動無塵黑板帶包覆在整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)之外，弧形鋁板和外殼緊密連接，外殼右下角有控制開關(guān)，右下角側(cè)部有一個可以取動的盒子，用來收集粉筆灰，使用時用塑料膨脹螺栓將黑板釘在墻上。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計

5.1 控制原理

自動無塵黑板可采用點動、連續(xù)動與手動控制的方法，控制按鈕在自動無塵黑板正面的左下角。若開啟點動控制開關(guān)按鈕，電動機每次點動向左運動50°，同時毛刷轉(zhuǎn)速為120r／min，轉(zhuǎn)動軸以15r／min的速度帶動自動無塵黑板布運動，吸塵器每次運行30s。若開啟連續(xù)控制開關(guān)，電動機持續(xù)運動帶動自動無塵黑板帶的轉(zhuǎn)動軸以15r／min的速度轉(zhuǎn)動，毛刷轉(zhuǎn)速為120r／min，吸塵器連續(xù)運作。假若停電，可以利用手動把手使自動無塵黑板帶與毛刷轉(zhuǎn)動，短時間可以維持自動無塵黑板的使用。自動無塵黑板控制原理框圖如圖5所示。

圖4 吸塵器與粉筆盒組合圖

圖5 自動無塵黑板控制原理框圖

5.2 自動控制

設(shè)計有3個自動控制按鈕，點動控制按鈕使自動無塵黑板帶向左，同時毛刷和吸塵器同時運轉(zhuǎn)；連續(xù)控制按鈕使自動無塵黑板整體連續(xù)向左轉(zhuǎn)動，自動無塵黑板換面的同時毛刷和吸塵器開始運轉(zhuǎn)；最后一個按鈕單獨控制吸塵器的啟動。

5.3 手動控制

手動控制只控制自動無塵黑板帶與毛刷。轉(zhuǎn)動把手由棘輪與圓錐齒輪組合而成，由它帶動自動無塵黑板帶和毛刷運動。自動控制時轉(zhuǎn)動軸與毛刷控制系統(tǒng)都不會影響手動控制。

6 結(jié)語

自動無塵黑板既保留了傳統(tǒng)黑板使用粉筆寫字的特點，又消除了粉塵給教師帶來的健康隱患，同時具有成本低、能耗低等特點，具有極大的推廣價值和市場前景。

［1］ 劉鴻文.材料力學［M］.第5版.北京：高等教育出版社，2011.

［2］ 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.第7版.北京：高等教育出版社，2013.