可兼容不同造型筆的筆帽結(jié)構(gòu)

山東省青島大學(xué)附屬中學(xué)八年級(jí) 田子涵

一、設(shè)計(jì)背景

筆是學(xué)生每天都要用到的文具，在使用過程中，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)讓人頭疼的問題：筆帽經(jīng)常丟失。沒有了筆帽的保護(hù)，筆尖容易損壞，造成一定的資源浪費(fèi)。

如何才能防止筆帽丟失？在這個(gè)問題的驅(qū)使下，可兼容不同造型筆的筆帽結(jié)構(gòu)誕生了。

二、設(shè)計(jì)難點(diǎn)

研究筆帽前，必須先了解筆帽與筆桿是如何扣合的。通過多次拆解不同造型的筆，我終于了解了筆帽扣合的基本原理。

如圖1 所示，筆桿靠近筆尖部位有環(huán)形定位凸起2，同時(shí)在筆帽內(nèi)部有環(huán)形定位凸起3。環(huán)形定位凸起2 的外邊緣尺寸略大于環(huán)形定位凸起3 的內(nèi)邊緣尺寸，當(dāng)筆桿與筆帽扣合時(shí)，環(huán)形定位凸起2 通過擠壓變形，從環(huán)形定位凸起3 處擠過去，此時(shí)筆尖觸碰到筆帽頂端的橡膠防護(hù)墊1。由于橡膠具有彈性，將筆桿往回頂，使環(huán)形定位凸起2 與環(huán)形定位凸起3 接觸并卡緊，筆帽扣合完成。

圖1 筆帽扣合結(jié)構(gòu)

通過了解筆帽扣合的原理可知，要設(shè)計(jì)一種可兼容不同造型筆的筆帽結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)主要有兩個(gè)：一是不同筆桿的規(guī)格存在差異，二是不同筆帽的環(huán)形定位凸起位置不同。

三、結(jié)構(gòu)原理

經(jīng)過多次構(gòu)思與驗(yàn)證，本作品克服了以上兩個(gè)難點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖2 所示。

本作品包括筆蓋、彈簧、滑片、擋圈、筆桿、環(huán)形定位凸起、彈片固定結(jié)構(gòu)、彈片結(jié)構(gòu)等。筆蓋內(nèi)部設(shè)置彈片結(jié)構(gòu)，當(dāng)筆插入時(shí)，環(huán)形定位凸起擠壓彈片使其變形，當(dāng)環(huán)形定位凸起經(jīng)過彈片后，彈片恢復(fù)到最初形態(tài)，起到固定筆桿的作用。

由于不同造型的筆的環(huán)形定位凸起到筆尖的距離不一樣，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)能讓環(huán)形定位凸起與彈片接觸的可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

圖2 可兼容不同造型筆的筆帽結(jié)構(gòu)原理圖

于是，我在筆蓋內(nèi)端設(shè)置一個(gè)可沿筆蓋軸向滑動(dòng)的滑片，滑片的中心位置有一個(gè)便于筆尖插入和定位的小孔。滑片與筆蓋頂部之間設(shè)置一個(gè)彈簧，另一側(cè)設(shè)置擋圈，擋圈對(duì)滑片進(jìn)行位置限定，使滑片可在彈簧與擋圈之間移動(dòng)。

當(dāng)不同造型的筆插入筆帽時(shí)，筆尖就會(huì)穿過滑片中間的孔并推動(dòng)滑片向內(nèi)移動(dòng)，不同程度地壓縮筆蓋頂部的彈簧。當(dāng)筆桿進(jìn)入到使環(huán)形定位凸起擠過彈片后即可松手，此時(shí)筆桿與筆帽完成扣合。

圖3 作品實(shí)物圖

我設(shè)計(jì)的筆帽結(jié)構(gòu)可與大部分的筆匹配。這種結(jié)構(gòu)僅需要幾個(gè)部件即可組裝，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，便于大范圍的推廣與使用。

四、原理擴(kuò)展

本作品的基本原理是，筆蓋內(nèi)用于固定的結(jié)構(gòu)都是可變形的，因此能對(duì)不同造型的筆進(jìn)行固定。根據(jù)這個(gè)基本原理，還可以找到其他方式實(shí)現(xiàn)筆帽兼容的效果。

比如，如圖4 所示，將彈片結(jié)構(gòu)改為兩組環(huán)形橡膠結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)定位。同時(shí)依靠橡膠與筆桿之間的摩擦力，使得筆帽不會(huì)輕易脫落。

圖4 另一種可兼容不同造型筆的筆帽結(jié)構(gòu)

五、總結(jié)

在本作品的設(shè)計(jì)和發(fā)明過程中，我得到了老師和同學(xué)們的指導(dǎo)、幫助，受到了很多啟發(fā)。

首先，一個(gè)好的發(fā)明一定是多次試驗(yàn)的結(jié)果。要想做出好的作品，必須先了解它的基本原理。

其次，在實(shí)踐過程中，我發(fā)現(xiàn)本作品也并非完美無缺，一些特別細(xì)或形狀復(fù)雜的筆仍然無法被固定，這也為我今后的改進(jìn)提供了方向。

最后，珍惜和保護(hù)好每一支筆，也是保護(hù)我們的大自然，為節(jié)約資源貢獻(xiàn)自己的力量。我會(huì)努力學(xué)習(xí)更多的理論知識(shí)，爭(zhēng)取發(fā)明更好的作品，真正地造福社會(huì)。（指導(dǎo)老師：董喜梅）

專家點(diǎn)評(píng)

看到田子涵同學(xué)的這項(xiàng)發(fā)明，有的人會(huì)不以為然：與筆帽相關(guān)的發(fā)明與改進(jìn)已經(jīng)有很多了，還做這類項(xiàng)目有意思嗎？其實(shí)不然，它是一個(gè)值得深入探討、能夠體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)以及創(chuàng)新習(xí)慣養(yǎng)成的項(xiàng)目。

從發(fā)明的方法來看，該項(xiàng)目既可以說是一個(gè)簡(jiǎn)單課題妙做的項(xiàng)目，又可以說是一個(gè)老題新做的項(xiàng)目。

大家都有過因筆帽丟失而煩惱的經(jīng)歷，而田子涵同學(xué)找到了這個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，且并不因?yàn)檫@個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)不夠“高、大、上”而放棄。通過巧妙的構(gòu)思，作者用兩道“關(guān)卡”卡住造型不同的筆桿，封閉性好，筆墨不容易干。它的巧妙之處勝過最近獲得實(shí)用新型專利的“一種適用于多種不同直徑筆使用的筆帽”。

建議田子涵同學(xué)在文本的表述方面下功夫，進(jìn)一步提升自己的書面表達(dá)能力，讓這個(gè)有利于個(gè)人創(chuàng)新習(xí)慣養(yǎng)成的項(xiàng)目給更多人啟迪。