譚自豪+楊鳳淋+鄒潤玲+李雪晴+張苗淋

摘 要：通過對國內(nèi)教室授課環(huán)境的考察與研究，發(fā)現(xiàn)教室內(nèi)擦黑板產(chǎn)生的粉筆灰，對教師和同學(xué)身體健康造成了傷害，且手動擦黑板費時費力，由此設(shè)計出傳動式免擦無塵黑板。通過支撐裝置、防塵箱、擦除裝置和動力控制裝置實現(xiàn)自動擦除、抑制粉塵的飛，并且解決黑板書寫面積小、重要知識點被擦除這一不足。該裝置具有結(jié)構(gòu)原理簡單、成本低廉、控制靈活方便、環(huán)保等特點，具有一定的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：傳動式 免擦無塵黑板 自動擦除

中圖分類號：TS951.71 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（a）-0085-02

粉筆和黑板作為重要的教學(xué)工具一直使用至今，它們對教育事業(yè)的發(fā)展起著巨大的促進作用。但在現(xiàn)在普通黑板的使用過程中存在些許不足。

（1）會產(chǎn)生大量的粉塵，這無疑對所有師生的健康是一個巨大的威脅。

（2）擦拭過程耗時耗力，降低了教學(xué)效率，并且會出現(xiàn)擦拭不干凈的情況，影響下一次書寫。

（3）普通黑板使用較長時間后會出現(xiàn)掉漆現(xiàn)象，導(dǎo)致書寫卡頓，不流暢，影響板書可視度；普通黑板采用硬質(zhì)材料，換新過程麻煩。

（4）普通黑板面積太小，不能滿足老師的板書，往往一些重要的知識點無奈的被擦掉。

以往的研究者們雖然也針對改善普通黑板的不足來設(shè)計黑板。但并沒有改善普通黑板面積小、重要知識點被擦掉這一點。而我們設(shè)計的傳動式免擦無塵黑板在這一點上占有絕對優(yōu)勢。

1 設(shè)計方案

1.1 整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

圖1～圖4中的序號1～16分別指的是：（1）黑板面；（2）第一支撐軸；（3）第二支撐軸；（4） 儲灰盒；（5）轉(zhuǎn)軸；（6）連接板；（7）防塵箱；（8）清潔刷；（9）輕質(zhì)彈簧；（10）第二電機；（11）第一電機；（12）合頁；（13）卡邊；（14）卡槽；（15）風(fēng)扇；（16）過灰口。

黑板構(gòu)造分為4個部分：黑板面、支撐裝置、防塵箱、擦除裝置和動力控制裝置黑板面套設(shè)在支撐裝置上，擦除裝置設(shè)置在防塵箱內(nèi)，動力控制裝置分別與支撐裝置和擦除裝置連接，且擦除裝置與黑板面之間的距離可調(diào)。動力控制裝置用于控制黑板面移動，擦除裝置啟停，風(fēng)扇啟停，擦除裝置與黑板面的距離最近是貼合在一起。擦除裝置設(shè)置在黑板面右端，黑板面右端位于防塵箱內(nèi)，支撐裝置分別設(shè)置在黑板面的左端和右端。支撐裝置用于支撐黑板面，擦除裝置用于擦除黑板面上字跡。

擦除裝置包括轉(zhuǎn)軸、連接板、清潔刷和輕質(zhì)彈簧，轉(zhuǎn)軸與動力控制裝置連接，連接板一端與轉(zhuǎn)軸通過合頁鉸接，連接板另一端與清潔刷固定連接，輕質(zhì)彈簧的兩端分別與轉(zhuǎn)軸和連接板固定連接。連接板與轉(zhuǎn)軸最大夾角是90°，最小夾角是0°。連接板與轉(zhuǎn)軸夾角為90°時清潔刷貼合于黑板面上。

輕質(zhì)彈簧的一端設(shè)置在連接板的側(cè)壁上，另一端設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁上。輕質(zhì)彈簧用于將連接板向轉(zhuǎn)軸方向拉回，從而使清潔刷遠離黑板面。輕質(zhì)彈簧處于自由伸縮狀態(tài)時，連接板板面靠近轉(zhuǎn)軸表面。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，會帶動連接板和清潔刷一起轉(zhuǎn)動，離心力大于輕質(zhì)彈簧的拉力，連接板會伸直使清潔刷貼合于黑板面進行擦除。當(dāng)轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)時，輕質(zhì)彈簧拉動連接板向轉(zhuǎn)軸方向轉(zhuǎn)動，使清潔刷遠離黑板面（輕質(zhì)彈簧的數(shù)量為至少一個，所有的輕質(zhì)彈簧均勻的沿轉(zhuǎn)軸長度方向設(shè)置。連接板的數(shù)量為至少一塊，所有的連接板均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，連接板長度與黑板面長度相適配）。

防塵箱為長方體封閉結(jié)構(gòu)，黑板面右端位于防塵箱內(nèi)，防塵箱下部設(shè)置有儲灰盒，儲灰盒與防塵箱內(nèi)部連通。儲灰盒用于盛放擦除下來的粉筆灰。

儲灰盒可拆卸的設(shè)置在防塵箱下部。當(dāng)需要清理粉筆灰時將儲灰盒卸下進行傾倒，然后再將儲灰盒安裝到防塵箱下部。

防塵箱下部開設(shè)有過灰口，過灰口與儲灰盒規(guī)格相適配，過灰口上方設(shè)置有風(fēng)扇，風(fēng)扇與動力控制裝置電連接，過灰口上設(shè)置有卡槽，儲灰盒上沿上設(shè)置有與卡槽相適配的卡邊。儲灰盒為上部敞口結(jié)構(gòu)。黑板面上擦除下來的粉筆灰在重力以及風(fēng)扇的引力作用下快速進入到儲灰盒內(nèi)。

防塵箱左側(cè)面上開設(shè)有供黑板面穿過的開口，開口上設(shè)置有密封裝置。密封裝置用于密封黑板面與開口之間的縫隙，從而避免防塵箱內(nèi)的粉筆灰從開口處泄漏。

密封裝置為采用軟質(zhì)橡膠材料制成的密封條或毛刷。密封條的數(shù)量為4條，4條密封條分別設(shè)置在開口的4個邊部，密封條規(guī)格與黑板面及開口之間的間隙規(guī)格相匹配。毛刷的數(shù)量為兩條，兩條毛刷分別位于黑板面的前后兩側(cè)。

支撐裝置包括第一支撐軸和第二支撐軸，第一支撐軸和第二支撐軸分別設(shè)置在黑板面的左右兩端，且第二支撐軸位于防塵箱內(nèi)部。防塵箱固定設(shè)置在墻上，第一支撐軸的兩端固定在墻上，以承載整個黑板的重量。支撐裝置之間位于黑板面后部設(shè)置有固定板，固定板與墻面固定連接，固定板用于支撐黑板面，防止黑板面彎曲變形，便于書寫。

黑板面為封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)。黑板面采用柔性材料制成的環(huán)形傳送帶式黑板面。

動力控制系統(tǒng)包括第一電機和第二電機，第一電機的輸出軸與第二支撐軸連接，第二電機的輸出軸與轉(zhuǎn)軸連接。第一電機為正反轉(zhuǎn)電機。第一電機和第二電機（快速）均采用慢速直流220 V電機。

1.2 工作過程

當(dāng)需擦黑板時，按動控制開關(guān)，第一電機將帶動黑板面做自左向右的環(huán)形傳動，第二電機帶動位于黑板面右側(cè)的防塵箱內(nèi)的清潔刷轉(zhuǎn)動，在離心力作用下，清潔刷與黑板面貼合連接，當(dāng)黑板面上某一點轉(zhuǎn)到防塵箱內(nèi)的清潔刷位置時，由于清潔刷與黑板面的接觸摩擦力從而實現(xiàn)清潔刷對黑板面的字跡擦除，同時清潔刷下端的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動加速防塵箱內(nèi)的粉筆灰抽到儲灰盒內(nèi)，使粉筆灰全部進入儲灰盒內(nèi)。如果不想擦除黑板面上的板書，按動控制開關(guān)，將第二電機關(guān)停，此時轉(zhuǎn)軸及清潔刷停止轉(zhuǎn)動，在輕質(zhì)彈簧的拉力作用下將連接板拉向轉(zhuǎn)軸方向，從而連接板繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動并最終靠向轉(zhuǎn)軸，實現(xiàn)清潔刷與黑板面的分離。黑板面在第二支撐軸的帶動下一直向右傳動，并通過第二支撐軸然后向后側(cè)轉(zhuǎn)動，黑板面上的板書內(nèi)容依舊保留在黑板面上，只是此時處于黑板面背面看不到，如果此時需要回顧此點上板書內(nèi)容時，只需要按下第一電機的反轉(zhuǎn)開關(guān)，第一電將帶動黑板面反轉(zhuǎn)，將之前的板書內(nèi)容再次展示在同學(xué)面前，這樣一來，相當(dāng)于將黑板面的書寫面積變成了原來的2倍。儲灰盒的可拆卸設(shè)置，便于定時取下儲灰盒進行清倒粉筆灰，由此避免粉塵飛揚，省時省力。

2 創(chuàng)新點及應(yīng)用

（1）自動擦黑板，全程無塵，省時省力。黑板面和擦除裝置距離可調(diào)節(jié)，靈活方便地實現(xiàn)人為控制擦除裝置的開啟和關(guān)閉，可根據(jù)需要進行黑板面字跡的擦除。當(dāng)需擦黑板時，按動開關(guān)，電機將帶動黑板面做自下而上的環(huán)形傳動，同時帶動位于黑板底部的清潔箱內(nèi)的清潔刷轉(zhuǎn)動，當(dāng)黑板面上某一點轉(zhuǎn)了一周后到達底部的清潔箱時，次點將與清潔刷接觸摩擦從而進行清潔，同時清潔刷左端的扇葉隨之轉(zhuǎn)動將清潔箱內(nèi)的粉筆灰抽走，使之全部進入收集盒中。

（2）知識點回放功能。由于清潔箱在底部，當(dāng)某一點還未轉(zhuǎn)動一周，則次點位置的伴宿內(nèi)容尚未被擦除，依舊保留在黑板上，只是此時處于黑板背面看不到，如果此時需要回顧次點知板書內(nèi)容時，只需要按下反轉(zhuǎn)開關(guān)，電機將帶動黑板反轉(zhuǎn)，將之前的板書內(nèi)容再次展示在同學(xué)面前。

（3）雙倍書寫面積?；仡櫞吸c知板書內(nèi)容，將之前的板書內(nèi)容再次展示在同學(xué)面前，相當(dāng)于將黑板的書寫面積變成了原來的2倍。

（4）清潔箱安裝在底部，定時收集盒清倒粉筆灰，方便清理與檢修。

3 結(jié)語

傳動式免擦無塵黑板在原有的傳統(tǒng)黑板上，運用機、電學(xué)等相關(guān)的原理知識，創(chuàng)新性地增加了實現(xiàn)自動擦洗黑板和收集粉筆灰的裝置，其通過機電傳動裝置的運動實現(xiàn)自動擦黑板的目的。在教師使用此黑板時，只需要按下開關(guān)，黑板將自動進行擦除工作。還可以進行板書回看，實現(xiàn)書寫面積翻倍，提高上課效率。最重要是將粉塵限制在一個相對封閉的環(huán)境，避免粉塵飛揚，提高學(xué)習(xí)環(huán)境質(zhì)量，保護教師及學(xué)生身體健康。

參考文獻

[1] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].5版.北京：高等教育出版社，2011.

[2] 楊可楨，李仲生，程光蘊，等.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 孫志禮，冷興聚，魏嚴剛，等.機械設(shè)計[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2000.

[4] 任志剛，張亞增，程海明，等.粉筆塵對教師健康危害的研究[J].中國學(xué)校衛(wèi)生，2002，23（2）：189-190.

[5] 李榮兵，余心明，苑愛峰.全自動黑板除塵器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009，22（3）：90-92.

[6] 孟威.一種新型自動吸塵黑板裝置：中國，CN201420174657.5[P].2014-10-17.