无尘自动黑板擦设计

常东阳，冯明佳

1　前　言

随着社会生活与科学技术的飞速发展，人们对物质生活水平的要求也变得越来越高。在学校黑板擦是必不可少的教学工具，但传统黑板擦的使用不仅费时费力，而且带来的粉尘污染，也会严重影响师生的身体健康，为了解决传统黑板擦的种种不足，许多设计都进行了改进，有的采用静电吸附粉尘，有的采用大功率吸尘器吸附粉尘，依旧没有解决粉尘飞扬的问题，没有达到预期的效果，而且这类黑板擦价格方面也比较昂贵，结构复杂笨重[1-2]。本文设计的这款无尘自动黑板擦是一种黑板自动清洁器，结构简单合理，擦拭黑板干净，操作方便，减少粉笔灰的飘落，无需用手直接接触粉笔灰，实现无尘擦除，在极大程度上减少了对人身体的伤害。这款无尘自动黑板擦造价低，安装方便，无需对地面打孔，还可对其进行移动搬运以及多次利用。实现以机械电气化来代替人力，轻松擦除黑板上的粉笔字迹，擦除性能优良，并且在使用过程中极大程度的避免了粉笔灰的产生，使擦除过程更加“绿色环保”，为师生营造了一个干净舒适的课堂环境，提高了课堂效率。

2　无尘自动黑板擦的总体设计构思

无尘自动黑板擦是根据人们的使用习惯，以一种无尘自动化的操作来对黑板上的字迹进行擦除，操作简单，课堂效率也会得到相应的提高。另外，在擦拭过程中将不会产生过多的灰尘，这就在很大程度上避免教室严重污染的现象发生，更加利于师生的工作和学习。而且，该黑板擦结构上的设计更加紧凑，更加的合理精致，真正做到了节约空间，便于后期的安装和调节。另外，设计的清洁装置、挤水装置、压紧装置、排水装置、电动调节等装置使擦除效果更加明显。为实现这种构想，特提出了无尘自动黑板擦的设计想法。如图1所示。

1.底座　2.水箱　3.黑板　4.带轮　5.电机

为清除粉尘、防止粉尘飞扬，特增加了清洗装置的设计[3]；采用的遥控装置对无尘黑板擦进行自动化控制；采用的滚筒滚动式压紧装置，可以随时调节黑板和擦带之间的正压力，调试达到最佳的擦除效果；为保证强度和相对运动位置准确度，采用的链轮链条组合机构，可以极大程度保证相对准确的位置关系；在选材方面，也是在保证安全可靠的条件下尽可能的降低成本，将承载机构的材料选择不锈钢(06Cr19Ni10)[3]，将滚动滚筒装置选择尼龙棒。

3　无尘自动黑板擦的结构设计

3.1　动力装置

这款自洁式黑板擦的整体动力由安装在中间托板的电动机来提供。其结构如上图1中4和5结构处，电动机和V带轮连接在同一个轴上，电动机将自身的动力传递给V带轮，在V带的作用下， 动力再次传递给与另一个V带轮，带轮带动擦带转动，从而实现“局部”的擦除；与此同时，在两个换向锥齿轮的作用下，动力又通过链轮的链传动，传递给滚动链轮，使得滚动链轮在平行于黑板面的轨道上左右移动，带动箱体左右移动，从而实现“全方位”擦除。

3.2　压紧装置

对于实现本产品擦除功能起到关键作用的还有“压紧”装置，也就是保证擦带与黑板面紧密接触的装置。考虑到夹紧装置施加给擦带的正压力不宜过大(正压力过大，会使擦带被卡住，无法转动，因而不能擦除黑板上的字迹)，同时也不能过小(正压力过小，会使擦带与黑板间接触不良，无法达到预期的擦除效果)，因此，设计了“滚筒滚动式”压紧装置，即在靠近水箱顶端位置固定两组四个滚动滚筒，由于滚筒本身具有一定的尺寸，因此当装置工作时，绕在滚筒上的擦带能够和黑板更紧密的接触，从而提高擦除效率。如图2所示。

图2 压紧装置

图3 水箱和滚筒

3.3　清洁装置

此产品另一个特点就是无尘化擦除，这项功能主要通过安装在箱体下部的水箱及滚筒实现，当皮带通过水箱时，皮带上沾着的灰尘溶到水中，皮带被清洗，同时还沾附了水分(让擦除更加轻松)，当皮带通过远离水面的滚筒时，一部分的水分被滚筒上的毛毡所吸收使皮带不至于太湿，从而更好地实现无尘擦除，如图3所示。

3.4　排水装置

在接近水箱底部安装排水塑料管，当黑板擦处于工作状态时，排水管直立悬挂于水箱挂钩上，当需要排出废水时，依靠自然压力排出，如图4所示。

3.5　擦带的选择

擦带选择的是那种横竖相垂直的大条纹相间棉或者胶棉组成的纤维材质，对此特进行了市场的相关调查，综合了解测试之后，这样的选择会对擦除效果产生更为明显的效果[4]。

3.6　挤水装置

擦带通过水箱时，擦带上的灰尘溶到水中，同时自身也得到清洁，为了防止擦带会沾附较多的水，在距离水箱接近顶端处安装了挤水装置(是由四个可以调节的滚筒组成)，通过挤压的方式来吸收擦带上过量的水分，而在滚筒外部增加了套筒，可以尽可能的减小擦带与滚筒的摩擦，使擦带运行更加的平稳流畅。挤水装置与压紧装置为同一装置，这样做节省了材料，也减轻了机构整体的重量。

4　无尘自动黑板擦主要部件的三维建模与装配

CATIA软件是由法国达索公司研发。该款软件不但可以帮助到那些制造商来模拟设计他们的产品，而且它还支持从项目的初始阶段到具体的设计、分析、模拟、组装以及维护在内的所有的工业设计过程。

本次设计中，主要应用机械设计模块中的零件设计和装备设计，以绘制传动轴为例进行三维建模，过程如下：

(1)首先运行CATIA V5。进入“机械设计→零件设计”输入零件名“传动轴”，单击“确定”。

图5 　定义旋转体

图6 旋转轴

图7 最终完成图

图8 定义移动命令

图9 定义相合

(4)建立凹槽。建立键槽的草图，单击定义凹槽，单击“确定”后，建立如图7所示的旋转体。

在完成零部件的三维建模之后，需要将各个零件组装成一个整体，其装配图的组装步骤如下：

(5)单击相合约束命令，选择立柱的下平面以及底板的上平面，由于方向相反所以单击“确定”即可，再点击更新命令，效果如图9所示。

(6)不管是轴类零件，还是套类零件，只要选择好正确的相合约束命令，操作步骤大同小异，最终装配好的装配图需将多余的痕迹隐藏，选择将要隐藏的内容，单击右键，选择隐藏/显示即可。最终装配完成的黑板擦如上图1所示。

5　结　论

该款新型的无尘自动黑板擦基本上可以实现预期的功能需要，实现了黑板擦的机械电气化，在使用的过程中非常的简单方便，擦拭时间明显缩短，清洗装置真正的做到了无尘擦除，通过遥控设备可以做到干净而又准确的擦除想要擦除的位置，可以通过滑道调节黑板前后的距离，让使用者处于一个最为舒适的位置。并且该黑板擦在使用过程极大程度的减少了粉笔灰的产生，使擦除过程更加“绿色环保”，能够为师生营造一个干净舒适的课堂环境。

参考文献：

[1] 黄斌.新型无尘自动黑板擦的设计[C].全国先进制造技术高层论坛暨第十届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集，2011：8.

[2] 何晓飞，叶小飞，楼剑阳，等.电动吸尘黑板擦的设计与研究[J].电子制作，2016(12)：1.

[3] 魏荣奇.关于不锈钢焊接与应力腐蚀破坏的分析[J].科技创业家，2013(16)：65.

[4] 王丹阳.羊毛毡材料的适性选择研究及感性价值发掘[D].中国美术学院，2015.