夏 凡，李 銘，張 融，張 成，梅志敏

（武昌工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢 430065）

0 引言

黑板和粉筆是教師教學(xué)中離不開的工具，傳統(tǒng)的擦黑板方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且長(zhǎng)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(guó)家有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示：我國(guó)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(jì)和生產(chǎn)了電動(dòng)黑板檫，但這些產(chǎn)品要么價(jià)格昂貴、安裝復(fù)雜，要么體積較小、工作效率低。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一款新型環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的黑板擦。

1 無塵黑板關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及工作原理

自動(dòng)無塵黑板的分層毛刷設(shè)計(jì)不僅去字效果徹底，還能保護(hù)毛刷，延長(zhǎng)毛刷的使用壽命?；⌒武X板的設(shè)計(jì)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(dòng)把手的設(shè)計(jì)采用了棘輪與圓錐齒輪的組合方式，棘輪能夠達(dá)到單向的傳動(dòng)，圓錐齒輪用來改變手把的傳動(dòng)方向。

自動(dòng)無塵黑板的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與毛刷控制軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸用來帶動(dòng)特殊軟體黑板帶的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到特殊軟體黑板帶的切換效果。當(dāng)毛刷控制軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，毛刷控制軸上的圓錐齒輪帶動(dòng)分層毛刷上的圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)分層毛刷的轉(zhuǎn)動(dòng)從而清灰。

寫有粉筆字部分的特殊軟體黑板帶隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)向黑板后方，此時(shí)分層毛刷的運(yùn)動(dòng)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(yùn)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(dòng)無塵黑板結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)軸

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

3 分層毛刷的固定與傳動(dòng)

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(dòng)軸，鋁板上下兩端均勻分布5個(gè)有軸承孔的鋁片用來承載分層毛刷，鋁板底有兩個(gè)軸承孔用來盛放毛刷控制軸。

圖2 弧形鋁板

弧形設(shè)計(jì)能使自動(dòng)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(shí)還能增加著字率。鋁板凹面與自動(dòng)無塵黑板帶中空分離，分層毛刷壓向自動(dòng)無塵黑板帶，以增加毛刷與自動(dòng)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(jī)構(gòu)

毛刷的下側(cè)安有一個(gè)圓錐齒輪，毛刷控制軸上的相應(yīng)部位有一個(gè)圓錐齒輪，安裝好后兩圓錐齒輪相嚙合，實(shí)現(xiàn)垂直傳動(dòng)。毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)毛刷分3種類型：①自動(dòng)無塵黑板左右最邊緣2個(gè)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(gè)毛刷為第2類，將粉筆字初步擦除；③中間毛刷精擦自動(dòng)無塵黑板帶，使自動(dòng)無塵黑板更加干凈。

分層毛刷能達(dá)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(dòng)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(shí)間。

4 吸塵裝置設(shè)計(jì)

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(dòng)無塵黑板帶達(dá)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(dòng)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(dòng)無塵黑板帶包覆在整個(gè)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(gè)可以取動(dòng)的盒子，用來收集粉筆灰，使用時(shí)用塑料膨脹螺栓將黑板釘在墻上。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 控制原理

自動(dòng)無塵黑板可采用點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)動(dòng)與手動(dòng)控制的方法，控制按鈕在自動(dòng)無塵黑板正面的左下角。若開啟點(diǎn)動(dòng)控制開關(guān)按鈕，電動(dòng)機(jī)每次點(diǎn)動(dòng)向左運(yùn)動(dòng)50°，同時(shí)毛刷轉(zhuǎn)速為120r／min，轉(zhuǎn)動(dòng)軸以15r／min的速度帶動(dòng)自動(dòng)無塵黑板布運(yùn)動(dòng)，吸塵器每次運(yùn)行30s。若開啟連續(xù)控制開關(guān)，電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)自動(dòng)無塵黑板帶的轉(zhuǎn)動(dòng)軸以15r／min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，毛刷轉(zhuǎn)速為120r／min，吸塵器連續(xù)運(yùn)作。假若停電，可以利用手動(dòng)把手使自動(dòng)無塵黑板帶與毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)，短時(shí)間可以維持自動(dòng)無塵黑板的使用。自動(dòng)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(dòng)無塵黑板控制原理框圖

5.2 自動(dòng)控制

設(shè)計(jì)有3個(gè)自動(dòng)控制按鈕，點(diǎn)動(dòng)控制按鈕使自動(dòng)無塵黑板帶向左，同時(shí)毛刷和吸塵器同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)；連續(xù)控制按鈕使自動(dòng)無塵黑板整體連續(xù)向左轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)無塵黑板換面的同時(shí)毛刷和吸塵器開始運(yùn)轉(zhuǎn)；最后一個(gè)按鈕單獨(dú)控制吸塵器的啟動(dòng)。

5.3 手動(dòng)控制

手動(dòng)控制只控制自動(dòng)無塵黑板帶與毛刷。轉(zhuǎn)動(dòng)把手由棘輪與圓錐齒輪組合而成，由它帶動(dòng)自動(dòng)無塵黑板帶和毛刷運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)控制時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與毛刷控制系統(tǒng)都不會(huì)影響手動(dòng)控制。

6 結(jié)語

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

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

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