自动化内部擦除黑板设计

郑维忠 张宪明

摘 要：针对教学中擦黑板存在卫生差、效率低、擦除不易和粉笔灰四处飘散的问题，本文对普通黑板进行改造和设计，利用逆向化的设计思想，将普通平面黑板设计为封闭的腔体结构，且把整块单书写面变成若干均匀的双书写面分块，并在内腔安装电机、擦除装置和控制装置等，利用旋转特性实现分块的内外面交替，使普通的人工外面擦除变为内部电动擦除，较好地控制了粉笔灰的飘散，并实现了自动化教学。

关键词：黑板；区域选择；分块旋转；内部字迹擦除；自动化

中图分类号：TG333.7；TP271 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）07-0056-03

Design of Automatic Internal Erasure Blackboard

ZHENG Weizhong ZHANG Xianming

（School of mechanical engineering， Guizhou Institute Technology，Guiyang Guizhou 550003）

Abstract： Aiming at the problems of poor hygiene， low efficiency， low erasure and dispersing of chalk ash in the teaching， this paper redesigned and designed the ordinary blackboard， and used the reverse design idea to design the ordinary plane blackboard as a closed cavity structure and turned the whole piece of writing surface into a number of uniform double writing surfaces. In the inner cavity， the motor， erasure device and control device were installed in the inner cavity. The inner and outer surface of the block was alternately realized by the rotation characteristic， and the ordinary artificial erasure was changed into the internal electric erasure， and the dispersion of the chalk ash was controlled well， and the automatic teaching was realized.

Keywords： blackboard；area selection；block rotation；internal handwriting erasure；automation

现在的教用黑板依然多为粉笔书写黑板，因为其具有书写灵活性好、成本低、易操作等特点，因此被长期应用于教学中。普通黑板的擦除方式为手臂摆动擦除，擦除过程中，不但劳动强大，而且容易有擦痕，不利于再次书写后的观看，还会伴随有大量粉笔灰，影响周围环境卫生和人员健康。目前，电子黑板虽有教学新颖、干净卫生的优点，但由于其存在书写灵活性差、成本高、不易操作、受光照强度影响大等缺陷，所以并不能取代普通黑板。而自动化内部擦除黑板则是将普通的整块单书写面黑板改变成若干均匀的双书写面分块，且字迹擦除动作在内部执行，这样的设计能较好地解决上述问题。

1 自动化内部擦除黑板工作原理

自动化内部擦除黑板结构如图1所示[1]，电机、螺杆、45°锥形齿轮、横移块、黑板擦、齿轮、齿条等是其主要零件。自动化内部擦除黑板是把整塊的单书写面划分为若干均匀的双书写面分块，目的是：一面擦除字迹，一面用于书写。利用手球选定要擦除的范围，启动电源后，在电机的转动下通过螺杆带动横移块和黑板擦移动，横移块上的齿条和套有分块的分块下卡槽上的齿轮啮合，使其分块内外面替换，随其后内部的黑板擦执行擦除动作。

动力源应选用尺寸小于100mm?100mm，220V立式安装的交流电机，安装在前盖1上。为充分利用空间，在螺杆和电机转轴上装配45°锥形齿轮，把垂方向的转矩改为水平方向。通过改变接线来实现电机的正反转，利用继电器和触碰开关控制电机的正反转和停转，实现黑板的动作执行和复位的自动控制。

2 框架设计

框架边缘焊接固定耳，利用M10不锈钢膨胀螺钉将黑板固定于墙面上，如图2所示。上、下框架的T形滑道作为黑板擦和横移块的导轨，孔用于固定分块和使分块轴向旋转。下框架前端的滑槽用于安装手球，通过左右滑动进行擦除范围的选择。左右侧的前盖1和2固定在框架的卡槽中（如图2中放大图I），在装上分块后形成一个封闭装置，在黑板内部进行字迹擦除，较好地控制字迹擦除时粉笔灰的飘散。

3 选择擦除范围的实现

3.1 书写面设计

图3为书写面图。从图3可知，每一分块为双面绿皮，固定在分块上、下卡槽中；双面绿皮是达到内部擦、外面写的目的。板料选用普通的绿板材料，所以黑板厚度约为20mm。由此，分块的旋转需要旋转半径，且略大于分块宽度，宽度设计为800mm。为能保证分块的顺利转动，在两两之间留有约2mm的间隙；为保证书写的流畅性和视觉的良好性，利用弹性材料粘贴在分块边缘进行间隙填充（如图3中放大图I）；这样就可以使板面具有良好的平整性，且又不影响分块的旋转、书写和观看。

3.2 字迹的擦除选择设计

擦除范围选择设计如图4所示。从图4可以看出，各分块的旋转动作相互独立，被选定后才能旋转。擦除范围的选定由手球、橡胶塞、梯形滑块和弹簧等主要零件完成。梯形滑块与手球螺纹连接，在弹簧的作用下能够伸缩。图中Ⅰ、Ⅱ位置为伸缩的极限位置，握住手球可以在前框架的滑槽中横向来回滑动。在按下手球时，梯形滑块端压缩到Ⅱ位置，推动手球横向移动（从ⅰ到ⅱ），梯形滑块斜面上的力作用在橡胶塞上，把橡胶塞和齿轮从孔中提起来，用于齿条和齿轮啮合，使分块旋转。撤去手的压力后梯形滑块在弹簧力的作用下恢复到Ⅰ位置，梯形滑块处于空隙位置，左右滑动无影响。通过梯形滑块的伸缩和左右滑动的配合来完成若干分块的连续或间断擦除的选择。

4 擦除、紧固、修正动作的实现

4.1 字迹的擦除设计

擦除动作执行如图5所示。擦除动作执行的主要零件有黑板擦、横移块、齿轮、齿条、修正件等。擦除范围选定后，启动电源，横移块和黑板擦在转动的螺杆上横向移动，且横移块在前，黑板擦在后。被梯形滑块提升的齿轮与横移块上的齿条啮合，分块旋转180°。旋转完成后，存在旋转误差，并不能保证精准地旋转180°，于是设计一个修正件，贴于分块表面随黑板擦移动来使其分块的旋转角达到180°，保证了书写面的平整性。

4.2 分块紧固设计

分块紧固图如图6所示。在擦除动作正向执行的同时，黑板擦上的闭塞件、橡胶塞等零件随黑板擦的移动完成分块的紧固；闭塞件斜面的力作用于齿轮上，将提升的橡胶塞和齿轮挤压到下框架的孔中（从①到②位置）。这样做的目的是：一是紧固分块；二是在横移块反向移动时齿轮齿条不再发生啮合，仅执行擦除动作。

橡胶塞末端设计成凸出型（如图7所示），首先是保证分块下卡槽的柱头和下框架孔壁在橡胶塞末端弹性力的作用下与橡胶塞紧密接触，依靠摩擦力让分块保持稳定，书写时不易晃动；其次是保证橡胶塞提升后不下掉，凸出面支撑齿轮与齿条啮合。

5 动作执行自动化的实现

控制电路图如图8所示。改变单向电机的启动绕阻和工作绕阻接线[2]，利用两个继电器KM1和KM2，实现电机的自动正反转和停转[3]。SB1为启动开关，安装于控制手球上；SB3为触碰开关，安装在螺杆首端；SB2为触碰开关，安装在螺杆末端。按下SB1，KM1通电闭合，電机正转，横移块正向移动，移动到末端时，触碰到SB2，KM1断开，电机停转，KM2通电，电机反转，横移块反向移动，直至回到螺杆首端触碰到SB3，电机停转，装置复位，完成一个擦除循环。

循环路径为：选定擦除范围"启动SB1，分块旋转和擦除动作执行开始"横移块触碰末端SB2，黑板擦反向擦除"装置复位，黑板擦触碰SB3，运行结束。

6 结语

自动化内部擦除黑板的擦除方式为机械自动化擦除，且工作在封闭的黑板内部，不但很容易进行字迹擦除，且不影响周围环境卫生和人员健康。该设计打破了擦黑板的普通方式，让教学中的板书及擦除变得轻松、高效起来，因此，可广泛应用于教学中。

参考文献：

[1]田凌，冯涓.机械制图[M].2版.北京：清华大学出版社，2013.

[2]李发海，王岩.电机拖动基础[M].4版.北京：清华大学出版社，2012.

[3]艾永乐.电工学：上册[M].北京：机械工业出版社，2011.