带式黑板檫的设计与应用研究

张重继　刘继广

【摘 要】粉笔和黑板是传统和原始的主要教学用具，由粉笔粉尘引起的危害早已备受关注。本文设计了一种具有擦字、清灰、集灰、防止擦黑板时粉尘飞扬功能的带式黑板擦。其组成原理是运用浮动弹簧推动浮动压板，支撑擦带，利用擦黑板时所施加正压力的大小控制擦带的运动，实现擦字和倒带、清灰并配以集灰装置实现集灰构成的。它具有一种结构小巧，成本低廉，实用性强等特点。其有效解决了传统黑板檫使用时粉尘在空中飞扬及粉笔灰难以收集的问题，是一款真正意义的环保黑板擦，给教师创造一个舒适健康的教学环境。

【关键词】黑板擦；带式；除尘；浮动压板

0 引言

传统黑板擦主要弊端有无法控制粉笔灰的污染；无法有效清除黑板擦毛层上的粉笔灰，当人体长期吸入粉笔灰，可刺激上呼吸道粘膜，引起鼻炎、咽喉炎、支气管炎、哮喘、尘肺、慢性肺心病等疾病，危害人们健康。解决粉笔灰的方法有使用无尘粉笔；采用多媒体教学；采用交互式电子白板等，但效果不佳。教室粉笔灰尘一直都在困扰着我们，为减少粉笔灰尘的污染，研制一款带式黑板擦，提高除尘效率，有效解决粉笔灰尘的污染，具有重要意义。

1 带式黑板擦总体方案设计

1.1 带式黑板擦设计的性能要求

要求该带式黑板擦不同于传统的清灰方式，利用板擦运动提供动力，实现自动集灰和除尘，避免二次污染，且要结构紧凑、性能优良、使用方便，经济性好，让老师上课更舒适。

1.2 带式黑板擦的除尘原理及总体结构

本设计总体结构分为三个主要部分，外壳、擦灰机构和集灰装置。

外壳是用塑胶板做成与传统黑板擦大小相当的盒子，外壳兼做黑板擦的骨架，并将其他组成部分装入其中。

擦灰机构是黑板擦最核心的部分，它由两个部分组成，中间部分是浮动板，浮动板的两侧各有一个滚筒，滚筒的两轴端固定在外壳上，滚筒与浮板长短相同，擦布带将滚筒和浮板包在中间，宽度比滚筒与浮板稍短，浮板通过一组弹簧将浮板撑起，使其工作面压向擦布带将擦布带绷紧并向外壳外伸出，，这时浮板比两侧的滚筒稍突起一定的尺寸，保证擦黑板时使擦布带与黑板首先充分接触。擦黑板时，由于弹簧的弹性作用使擦布不滚动，即与浮动版保持相对静止，擦布带和黑板是相对滑动的。此时粉笔灰粘附在擦布上，此状态是板擦的主要擦字状态。当稍用力按住黑板擦移动时，浮动板压缩弹簧，使其与滚筒平齐，擦布在滚筒和黑板的夹持下，可以随滚筒做圆周转动（即倒带），此状态即是倒带清灰状态并兼有一定的擦字能力。

集灰装置包括除灰刷、集灰盒和罩灰舌板。在刷灰带的背面，即盒子的背面一侧装有刷子，刷毛压向刷带。擦黑板时当按压黑板擦力量稍大，即倒带时刷子和布带为相对滑动，刷毛即可将粘在擦布带上的粉灰刷掉，实现清理粉笔灰。清下的粉灰在重力的作用下，下落于设在外壳下部的集灰盒中。在集灰盒粉灰入口处设有迷宫式阻止粉尘反流装置。集灰盒可以收集至少一天擦黑板产生的粉笔灰，只要打扫卫生的同学将集灰盒盖打开即可清理粉笔灰。这样就可以实现擦字、除尘和收集粉笔灰的功能，结构简单，方便好用。

2 带式黑板擦装置结构设计

带式黑板擦在设计过程中充分考虑粉笔灰的特性，对样机进行优化设计及分析，应满足以下的要求：

（1）对不同材质的黑板都具有良好的除尘效果；

（2）对擦布上的粉尘有很好的收集效果，防止二次污染；

（3）保证除尘效果的同时尽量降低能耗（省力）；

（4）能使用模块化设计；

（5）使用材料廉价、制造工艺简单，以降低成本；

为了实现上述要求，黑板擦的机械结构设计主要包括以下几个方面的内容：擦字装置的结构设计、集灰装置机构设计、外壳的结构设计等。

擦字、倒带、刷灰组件的设计：设计采用擦字、倒带、刷灰一体化模块式设计。擦黑板时压力小时带式布刷的正面擦字；壓力大时背面除灰。擦带套装在两个带滚和中间的浮动板上，浮动板是利用浮动弹簧使其突出压紧刷带，弹簧力的大小与正常擦黑板时所用的压力相当。当压力小于弹簧力时，浮动板正面高于带滚工作母线，此时带滚与黑板间具有间隙，擦带与浮动板之间的摩擦力大于擦带与黑板的摩擦力，擦带相对于浮动板静止，实现擦字；当压力大于弹簧力时，浮动板正面与带滚工作母线在一个平面内，此时带滚与黑板间的压力变大，便可夹持擦带运动，实现倒带，倒带时利用设置在浮动板背面的清灰刷除去粘附在擦带上的粉笔灰。

外壳及集灰盒组件的设计：采用整体式结构，即集灰盒与外壳为一体的结构。集灰盒位置设在外壳的下部（擦黑板时的），集灰盒上部沿外壳内边缘开设—进灰口，进灰口处设置迷宫式灰尘止逆装置，防止板擦倒置时集灰盒内粉灰溢出。在外壳的下部—集灰盒处设有清倒灰口。

3 材料选择

擦布应具有擦字效果好、具有一定厚度、具一定抗带宽方向褶皱能力。本设计采用的是绒布，效果好，价格低廉。

带滚、浮动板使用普通塑料、木材均可，本设计使用的是塑料和木材制成。

除尘刷：和浮动板尺寸相当，刷毛应具有一定弹性、长度。刷毛密度应稀疏（较普通毛刷），以保证落灰效果。本设计采用毛刷改制而成。

外壳采用4mm厚的塑料板，迷宫式反溢舌板采用2mm塑料板，清灰口采用滑盖式圆口结构，滑盖采用2mm塑料板，结构简单、经济性好。

浮动弹簧：采用普通（较软）压簧，数量按实际需要设定，一般为2-6个。

4 研制结论

带式黑板擦经测试使用效果较好，总体性能指标都达到了设计要求。

带式黑板擦主要技术指标：

（1）主体质量：300g

（2）主体外形：（长×宽×厚）151×109×58mm

（3）擦字效果：与传统板擦相同。

（4）擦字效率：与传统板擦相同。

（5）粉尘收集效果：粉尘收集比例。>90%

经济指标：生产成本约每只6-8元。

5 结语

带式黑板擦擦字、防尘、集灰效果好，加工制作简单，成本低廉，在对环境污染要求越来越严格的今天，带式黑板擦在使用中具有显著地环保效果，具有广阔的市场前景。

【参考文献】

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[2]胡震禹，万卉.新型电动黑板擦吸尘器的研制[J].中国现代教育装备，2008年，（10）.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.endprint