無塵自動黑板擦設(shè)計

常東陽，馮明佳

1　前　言

隨著社會生活與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對物質(zhì)生活水平的要求也變得越來越高。在學(xué)校黑板擦是必不可少的教學(xué)工具，但傳統(tǒng)黑板擦的使用不僅費時費力，而且?guī)淼姆蹓m污染，也會嚴重影響師生的身體健康，為了解決傳統(tǒng)黑板擦的種種不足，許多設(shè)計都進行了改進，有的采用靜電吸附粉塵，有的采用大功率吸塵器吸附粉塵，依舊沒有解決粉塵飛揚的問題，沒有達到預(yù)期的效果，而且這類黑板擦價格方面也比較昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重[1-2]。本文設(shè)計的這款無塵自動黑板擦是一種黑板自動清潔器，結(jié)構(gòu)簡單合理，擦拭黑板干凈，操作方便，減少粉筆灰的飄落，無需用手直接接觸粉筆灰，實現(xiàn)無塵擦除，在極大程度上減少了對人身體的傷害。這款無塵自動黑板擦造價低，安裝方便，無需對地面打孔，還可對其進行移動搬運以及多次利用。實現(xiàn)以機械電氣化來代替人力，輕松擦除黑板上的粉筆字跡，擦除性能優(yōu)良，并且在使用過程中極大程度的避免了粉筆灰的產(chǎn)生，使擦除過程更加“綠色環(huán)?！保瑸閹熒鸂I造了一個干凈舒適的課堂環(huán)境，提高了課堂效率。

2　無塵自動黑板擦的總體設(shè)計構(gòu)思

無塵自動黑板擦是根據(jù)人們的使用習(xí)慣，以一種無塵自動化的操作來對黑板上的字跡進行擦除，操作簡單，課堂效率也會得到相應(yīng)的提高。另外，在擦拭過程中將不會產(chǎn)生過多的灰塵，這就在很大程度上避免教室嚴重污染的現(xiàn)象發(fā)生，更加利于師生的工作和學(xué)習(xí)。而且，該黑板擦結(jié)構(gòu)上的設(shè)計更加緊湊，更加的合理精致，真正做到了節(jié)約空間，便于后期的安裝和調(diào)節(jié)。另外，設(shè)計的清潔裝置、擠水裝置、壓緊裝置、排水裝置、電動調(diào)節(jié)等裝置使擦除效果更加明顯。為實現(xiàn)這種構(gòu)想，特提出了無塵自動黑板擦的設(shè)計想法。如圖1所示。

1.底座　2.水箱　3.黑板　4.帶輪　5.電機

為清除粉塵、防止粉塵飛揚，特增加了清洗裝置的設(shè)計[3]；采用的遙控裝置對無塵黑板擦進行自動化控制；采用的滾筒滾動式壓緊裝置，可以隨時調(diào)節(jié)黑板和擦帶之間的正壓力，調(diào)試達到最佳的擦除效果；為保證強度和相對運動位置準確度，采用的鏈輪鏈條組合機構(gòu)，可以極大程度保證相對準確的位置關(guān)系；在選材方面，也是在保證安全可靠的條件下盡可能的降低成本，將承載機構(gòu)的材料選擇不銹鋼(06Cr19Ni10)[3]，將滾動滾筒裝置選擇尼龍棒。

3　無塵自動黑板擦的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1　動力裝置

這款自潔式黑板擦的整體動力由安裝在中間托板的電動機來提供。其結(jié)構(gòu)如上圖1中4和5結(jié)構(gòu)處，電動機和V帶輪連接在同一個軸上，電動機將自身的動力傳遞給V帶輪，在V帶的作用下， 動力再次傳遞給與另一個V帶輪，帶輪帶動擦帶轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)“局部”的擦除；與此同時，在兩個換向錐齒輪的作用下，動力又通過鏈輪的鏈傳動，傳遞給滾動鏈輪，使得滾動鏈輪在平行于黑板面的軌道上左右移動，帶動箱體左右移動，從而實現(xiàn)“全方位”擦除。

3.2　壓緊裝置

對于實現(xiàn)本產(chǎn)品擦除功能起到關(guān)鍵作用的還有“壓緊”裝置，也就是保證擦帶與黑板面緊密接觸的裝置。考慮到夾緊裝置施加給擦帶的正壓力不宜過大(正壓力過大，會使擦帶被卡住，無法轉(zhuǎn)動，因而不能擦除黑板上的字跡)，同時也不能過小(正壓力過小，會使擦帶與黑板間接觸不良，無法達到預(yù)期的擦除效果)，因此，設(shè)計了“滾筒滾動式”壓緊裝置，即在靠近水箱頂端位置固定兩組四個滾動滾筒，由于滾筒本身具有一定的尺寸，因此當裝置工作時，繞在滾筒上的擦帶能夠和黑板更緊密的接觸，從而提高擦除效率。如圖2所示。

圖2 壓緊裝置

圖3 水箱和滾筒

3.3　清潔裝置

此產(chǎn)品另一個特點就是無塵化擦除，這項功能主要通過安裝在箱體下部的水箱及滾筒實現(xiàn)，當皮帶通過水箱時，皮帶上沾著的灰塵溶到水中，皮帶被清洗，同時還沾附了水分(讓擦除更加輕松)，當皮帶通過遠離水面的滾筒時，一部分的水分被滾筒上的毛氈所吸收使皮帶不至于太濕，從而更好地實現(xiàn)無塵擦除，如圖3所示。

3.4　排水裝置

在接近水箱底部安裝排水塑料管，當黑板擦處于工作狀態(tài)時，排水管直立懸掛于水箱掛鉤上，當需要排出廢水時，依靠自然壓力排出，如圖4所示。

3.5　擦帶的選擇

擦帶選擇的是那種橫豎相垂直的大條紋相間棉或者膠棉組成的纖維材質(zhì)，對此特進行了市場的相關(guān)調(diào)查，綜合了解測試之后，這樣的選擇會對擦除效果產(chǎn)生更為明顯的效果[4]。

3.6　擠水裝置

擦帶通過水箱時，擦帶上的灰塵溶到水中，同時自身也得到清潔，為了防止擦帶會沾附較多的水，在距離水箱接近頂端處安裝了擠水裝置(是由四個可以調(diào)節(jié)的滾筒組成)，通過擠壓的方式來吸收擦帶上過量的水分，而在滾筒外部增加了套筒，可以盡可能的減小擦帶與滾筒的摩擦，使擦帶運行更加的平穩(wěn)流暢。擠水裝置與壓緊裝置為同一裝置，這樣做節(jié)省了材料，也減輕了機構(gòu)整體的重量。

4　無塵自動黑板擦主要部件的三維建模與裝配

CATIA軟件是由法國達索公司研發(fā)。該款軟件不但可以幫助到那些制造商來模擬設(shè)計他們的產(chǎn)品，而且它還支持從項目的初始階段到具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝以及維護在內(nèi)的所有的工業(yè)設(shè)計過程。

本次設(shè)計中，主要應(yīng)用機械設(shè)計模塊中的零件設(shè)計和裝備設(shè)計，以繪制傳動軸為例進行三維建模，過程如下：

(1)首先運行CATIA V5。進入“機械設(shè)計→零件設(shè)計”輸入零件名“傳動軸”，單擊“確定”。

圖5 　定義旋轉(zhuǎn)體

圖6 旋轉(zhuǎn)軸

圖7 最終完成圖

圖8 定義移動命令

圖9 定義相合

(4)建立凹槽。建立鍵槽的草圖，單擊定義凹槽，單擊“確定”后，建立如圖7所示的旋轉(zhuǎn)體。

在完成零部件的三維建模之后，需要將各個零件組裝成一個整體，其裝配圖的組裝步驟如下：

(5)單擊相合約束命令，選擇立柱的下平面以及底板的上平面，由于方向相反所以單擊“確定”即可，再點擊更新命令，效果如圖9所示。

(6)不管是軸類零件，還是套類零件，只要選擇好正確的相合約束命令，操作步驟大同小異，最終裝配好的裝配圖需將多余的痕跡隱藏，選擇將要隱藏的內(nèi)容，單擊右鍵，選擇隱藏/顯示即可。最終裝配完成的黑板擦如上圖1所示。

5　結(jié)　論

該款新型的無塵自動黑板擦基本上可以實現(xiàn)預(yù)期的功能需要，實現(xiàn)了黑板擦的機械電氣化，在使用的過程中非常的簡單方便，擦拭時間明顯縮短，清洗裝置真正的做到了無塵擦除，通過遙控設(shè)備可以做到干凈而又準確的擦除想要擦除的位置，可以通過滑道調(diào)節(jié)黑板前后的距離，讓使用者處于一個最為舒適的位置。并且該黑板擦在使用過程極大程度的減少了粉筆灰的產(chǎn)生，使擦除過程更加“綠色環(huán)保”，能夠為師生營造一個干凈舒適的課堂環(huán)境。

參考文獻：

[1] 黃斌.新型無塵自動黑板擦的設(shè)計[C].全國先進制造技術(shù)高層論壇暨第十屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)研討會論文集，2011：8.

[2] 何曉飛，葉小飛，樓劍陽，等.電動吸塵黑板擦的設(shè)計與研究[J].電子制作，2016(12)：1.

[3] 魏榮奇.關(guān)于不銹鋼焊接與應(yīng)力腐蝕破壞的分析[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013(16)：65.

[4] 王丹陽.羊毛氈材料的適性選擇研究及感性價值發(fā)掘[D].中國美術(shù)學(xué)院，2015.