传动式免擦无尘黑板

谭自豪+杨凤淋+邹润玲+李雪晴+张苗淋

摘 要：通过对国内教室授课环境的考察与研究，发现教室内擦黑板产生的粉笔灰，对教师和同学身体健康造成了伤害，且手动擦黑板费时费力，由此设计出传动式免擦无尘黑板。通过支撑装置、防尘箱、擦除装置和动力控制装置实现自动擦除、抑制粉尘的飞，并且解决黑板书写面积小、重要知识点被擦除这一不足。该装置具有结构原理简单、成本低廉、控制灵活方便、环保等特点，具有一定的应用价值。

关键词：传动式 免擦无尘黑板 自动擦除

中图分类号：TS951.71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（a）-0085-02

粉笔和黑板作为重要的教学工具一直使用至今，它们对教育事业的发展起着巨大的促进作用。但在现在普通黑板的使用过程中存在些许不足。

（1）会产生大量的粉尘，这无疑对所有师生的健康是一个巨大的威胁。

（2）擦拭过程耗时耗力，降低了教学效率，并且会出现擦拭不干净的情况，影响下一次书写。

（3）普通黑板使用较长时间后会出现掉漆现象，导致书写卡顿，不流畅，影响板书可视度；普通黑板采用硬质材料，换新过程麻烦。

（4）普通黑板面积太小，不能满足老师的板书，往往一些重要的知识点无奈的被擦掉。

以往的研究者们虽然也针对改善普通黑板的不足来设计黑板。但并没有改善普通黑板面积小、重要知识点被擦掉这一点。而我们设计的传动式免擦无尘黑板在这一点上占有绝对优势。

1 设计方案

1.1 整体结构方案设计

图1～图4中的序号1～16分别指的是：（1）黑板面；（2）第一支撑轴；（3）第二支撑轴；（4） 储灰盒；（5）转轴；（6）连接板；（7）防尘箱；（8）清洁刷；（9）轻质弹簧；（10）第二电机；（11）第一电机；（12）合页；（13）卡边；（14）卡槽；（15）风扇；（16）过灰口。

黑板构造分为4个部分：黑板面、支撑装置、防尘箱、擦除装置和动力控制装置黑板面套设在支撑装置上，擦除装置设置在防尘箱内，动力控制装置分别与支撑装置和擦除装置连接，且擦除装置与黑板面之间的距离可调。动力控制装置用于控制黑板面移动，擦除装置启停，风扇启停，擦除装置与黑板面的距离最近是贴合在一起。擦除装置设置在黑板面右端，黑板面右端位于防尘箱内，支撑装置分别设置在黑板面的左端和右端。支撑装置用于支撑黑板面，擦除装置用于擦除黑板面上字迹。

擦除装置包括转轴、连接板、清洁刷和轻质弹簧，转轴与动力控制装置连接，连接板一端與转轴通过合页铰接，连接板另一端与清洁刷固定连接，轻质弹簧的两端分别与转轴和连接板固定连接。连接板与转轴最大夹角是90°，最小夹角是0°。连接板与转轴夹角为90°时清洁刷贴合于黑板面上。

轻质弹簧的一端设置在连接板的侧壁上，另一端设置在转轴的侧壁上。轻质弹簧用于将连接板向转轴方向拉回，从而使清洁刷远离黑板面。轻质弹簧处于自由伸缩状态时，连接板板面靠近转轴表面。当转轴旋转时，会带动连接板和清洁刷一起转动，离心力大于轻质弹簧的拉力，连接板会伸直使清洁刷贴合于黑板面进行擦除。当转轴停止旋转时，轻质弹簧拉动连接板向转轴方向转动，使清洁刷远离黑板面（轻质弹簧的数量为至少一个，所有的轻质弹簧均匀的沿转轴长度方向设置。连接板的数量为至少一块，所有的连接板均匀设置在转轴上，连接板长度与黑板面长度相适配）。

防尘箱为长方体封闭结构，黑板面右端位于防尘箱内，防尘箱下部设置有储灰盒，储灰盒与防尘箱内部连通。储灰盒用于盛放擦除下来的粉笔灰。

储灰盒可拆卸的设置在防尘箱下部。当需要清理粉笔灰时将储灰盒卸下进行倾倒，然后再将储灰盒安装到防尘箱下部。

防尘箱下部开设有过灰口，过灰口与储灰盒规格相适配，过灰口上方设置有风扇，风扇与动力控制装置电连接，过灰口上设置有卡槽，储灰盒上沿上设置有与卡槽相适配的卡边。储灰盒为上部敞口结构。黑板面上擦除下来的粉笔灰在重力以及风扇的引力作用下快速进入到储灰盒内。

防尘箱左侧面上开设有供黑板面穿过的开口，开口上设置有密封装置。密封装置用于密封黑板面与开口之间的缝隙，从而避免防尘箱内的粉笔灰从开口处泄漏。

密封装置为采用软质橡胶材料制成的密封条或毛刷。密封条的数量为4条，4条密封条分别设置在开口的4个边部，密封条规格与黑板面及开口之间的间隙规格相匹配。毛刷的数量为两条，两条毛刷分别位于黑板面的前后两侧。

支撑装置包括第一支撑轴和第二支撑轴，第一支撑轴和第二支撑轴分别设置在黑板面的左右两端，且第二支撑轴位于防尘箱内部。防尘箱固定设置在墙上，第一支撑轴的两端固定在墙上，以承载整个黑板的重量。支撑装置之间位于黑板面后部设置有固定板，固定板与墙面固定连接，固定板用于支撑黑板面，防止黑板面弯曲变形，便于书写。

黑板面为封闭环形结构。黑板面采用柔性材料制成的环形传送带式黑板面。

动力控制系统包括第一电机和第二电机，第一电机的输出轴与第二支撑轴连接，第二电机的输出轴与转轴连接。第一电机为正反转电机。第一电机和第二电机（快速）均采用慢速直流220 V电机。

1.2 工作过程

当需擦黑板时，按动控制开关，第一电机将带动黑板面做自左向右的环形传动，第二电机带动位于黑板面右侧的防尘箱内的清洁刷转动，在离心力作用下，清洁刷与黑板面贴合连接，当黑板面上某一点转到防尘箱内的清洁刷位置时，由于清洁刷与黑板面的接触摩擦力从而实现清洁刷对黑板面的字迹擦除，同时清洁刷下端的风扇转动加速防尘箱内的粉笔灰抽到储灰盒内，使粉笔灰全部进入储灰盒内。如果不想擦除黑板面上的板书，按动控制开关，将第二电机关停，此时转轴及清洁刷停止转动，在轻质弹簧的拉力作用下将连接板拉向转轴方向，从而连接板绕转轴转动并最终靠向转轴，实现清洁刷与黑板面的分离。黑板面在第二支撑轴的带动下一直向右传动，并通过第二支撑轴然后向后侧转动，黑板面上的板书内容依旧保留在黑板面上，只是此时处于黑板面背面看不到，如果此时需要回顾此点上板书内容时，只需要按下第一电机的反转开关，第一电将带动黑板面反转，将之前的板书内容再次展示在同学面前，这样一来，相当于将黑板面的书写面积变成了原来的2倍。储灰盒的可拆卸设置，便于定时取下储灰盒进行清倒粉笔灰，由此避免粉尘飞扬，省时省力。

2 创新点及应用

（1）自动擦黑板，全程无尘，省时省力。黑板面和擦除装置距离可调节，灵活方便地实现人为控制擦除装置的开启和关闭，可根据需要进行黑板面字迹的擦除。当需擦黑板时，按动开关，电机将带动黑板面做自下而上的环形传动，同时带动位于黑板底部的清洁箱内的清洁刷转动，当黑板面上某一点转了一周后到达底部的清洁箱时，次点将与清洁刷接触摩擦从而进行清洁，同时清洁刷左端的扇叶随之转动将清洁箱内的粉笔灰抽走，使之全部进入收集盒中。

（2）知识点回放功能。由于清洁箱在底部，当某一点还未转动一周，则次点位置的伴宿内容尚未被擦除，依旧保留在黑板上，只是此时处于黑板背面看不到，如果此时需要回顾次点知板书内容时，只需要按下反转开关，电机将带动黑板反转，将之前的板书内容再次展示在同学面前。

（3）双倍书写面积。回顾次点知板书内容，将之前的板书内容再次展示在同学面前，相当于将黑板的书写面积变成了原来的2倍。

（4）清潔箱安装在底部，定时收集盒清倒粉笔灰，方便清理与检修。

3 结语

传动式免擦无尘黑板在原有的传统黑板上，运用机、电学等相关的原理知识，创新性地增加了实现自动擦洗黑板和收集粉笔灰的装置，其通过机电传动装置的运动实现自动擦黑板的目的。在教师使用此黑板时，只需要按下开关，黑板将自动进行擦除工作。还可以进行板书回看，实现书写面积翻倍，提高上课效率。最重要是将粉尘限制在一个相对封闭的环境，避免粉尘飞扬，提高学习环境质量，保护教师及学生身体健康。

参考文献

[1] 刘鸿文.材料力学[M].5版.北京：高等教育出版社，2011.

[2] 杨可桢，李仲生，程光蕴，等.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 孙志礼，冷兴聚，魏严刚，等.机械设计[M].沈阳：东北大学出版社，2000.

[4] 任志刚，张亚增，程海明，等.粉笔尘对教师健康危害的研究[J].中国学校卫生，2002，23（2）：189-190.

[5] 李荣兵，余心明，苑爱峰.全自动黑板除尘器的机械结构设计[J].机电产品开发与创新，2009，22（3）：90-92.

[6] 孟威.一种新型自动吸尘黑板装置：中国，CN201420174657.5[P].2014-10-17.