全自动无尘黑板擦设计

全自动 无尘 黑板 总体设计 设计者： 指导教师： 时间： 前 言 “一根粉笔，三尺讲台”，这是对教师的由衷赞美。殊不知，赞美背后，隐忧多多。 板书带来的“粉笔综合症”已成为广大师生的头号健康隐患。教师常年使用粉笔，不自主地 “ 吸 ” 入大量粉尘，容易患上呼吸系统疾病。而学生与粉笔尘接触 时间长，易受教室二次扬尘的危害，他们受到的危害甚至比教师更为严重。一名学生从小学到读完大学至少需要 16 年时间，这正是生长发育的黄金时期，却要不断受到粉笔灰尘 的侵袭；一名教师从站到讲台上到退休大多在 40 年左右，生命的大半时间都要“吃粉笔灰”。 因为每天上课要写板书、擦黑板，粉笔灰经常把老师弄得蓬头垢面。而且老师总是一边写板书，一边讲解，甚至有时一边擦黑板，粉笔灰也就自然而然地被吸进去。要是遇到上老师感冒、咳嗽，粉笔灰更是雪上加霜，严重的还会引发哮喘。 据估算，一般而言，一名中学语文老师在一节 45 分钟的课上，需要写一黑板的板书，而一黑板的板书需要用掉半支粉笔；而一名中学英语老师或数学老师在一节 45 分钟的课上，往往需要写 5 黑板的板书 ，大约就要用掉两支半的粉笔。而毕业班的老师一天最多需要上 6 节课，就相当于要“吸 ”掉 12 支粉笔 。 全自动无尘黑板 设计方案 一 、设计目的 众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，无论是从小学还是到 大学，都会使用到黑板，而一般我们平时使用的人工黑板擦不但 费时 、费力 ，还有粉尘污染空气的缺点。因此，我们就有了 “ 全自动黑板擦 ” 的这个设想。 从而 达到 使广大师生减少劳动强度及不受粉尘危害 、 身心健康得到保护的目的。 另外，通过我们调查，目前市场中虽已有自动黑板擦，但大多数都是针对一块黑板，而且使用起来不方便，没有真正达到自动 和无尘的目的，因此我们设计了此 “全自动无尘黑板擦”。 二 、工作原理 本 装置 是用两个电动机作动力， 分别 控制 左右 黑板的上下运动， 如 附图一，控制面板中有四个按钮，控制着 电机的正反转，从而控制 擦除时和不擦除时黑板的上下移动。黑板擦除装置采用 电磁吸合装置， 使横梁上的毛刷 既可 贴 紧黑板，亦可不 贴紧 黑板。 即当在“擦除”状态按下“上升”、“下降”按钮时，通过电路（见图 3） 接通 ， 衔 铁 与线圈 吸合， 使 有 擦除 作用的 横梁 上的毛刷 与黑板紧密接触 ， 从而 当黑板上下移动时，横梁上的毛刷 擦除笔迹。而在“不 擦除”状态按下“上升”、“下降”按钮时，吸合电路并不接通，毛刷 与黑板不接触，从而不具有擦除作用 。横梁上 安装一塑料长盒槽 ， 从而罩住 、收集 擦除 字迹 时产生的粉尘，使本装置具有“无尘”功能。 所以，当我们需要擦黑板时，就无需 直接动手去操作 ，而是 通过控制开关， 来实现 黑板的上下移动与擦除 ，这样就给使用者带来不少便捷之处。 三 、设计方案 1 黑板上下移动设计方案 电动机通过减速器与 链轮连接， 通过链传动控制黑板的移动，而电动机的正B R 转则可实现黑板的上下移动，实现电动机正反转的电路图如图 1， 当于“上升”按钮，即按下 电动机正转，带动外侧的黑板向上移动，内侧 的黑板向下移动； 当于“下降”按钮，即按下 电动机反转，带动外侧的黑板向下移动，内侧 的黑板向上移动。 同时， 在 上边框的内框和外 框 顶端 Q 1 电动机正反转控制电路 各安装 一个行程 开关 （电路图中 ，当黑板运动到上边框或下边框时，触及行程开关，使 电路 断开， 电动机停止转动，实现黑板运动的自动停止。 电动机带动链传动的简图如图 2，减速器 输出 轴与 下 链轮联接， 内侧黑板与内侧链条相连，外侧黑板与外侧 链条相连，从而实现两 块黑板的同步、反向 的运动。 2 擦除装置设计方案 在两块黑板之间（边框中间位置）设置一与黑板基本等宽的横梁，上面装有毛刷，在横梁的两端分别设置一 衔 铁 。在贴近横梁的边框两边分别固定一个线圈(已缠有相应匝数的导 线 )，两线圈通过开关分别与相应的电源连接，见图 3。开关闭合 时 ，线圈通电产生电磁力，在电磁力的作用下，横梁两端的 衔 铁 克服 弹 簧的作用力 与线圈吸合，从而实现了 毛刷与黑板面的紧密接触 ， 通过黑板的上下 图 2 链传动的简图 移动，来实现内侧的擦除功能。 开关断开时，电磁力消失， 横梁两端的 衔 铁 在弹簧的作用下与线圈分离， 从而毛刷与黑板面 分离， 黑板上下移动 时，不会 擦除黑板上 的 字迹 。 同理，在外侧黑板的上面（边框的中间位置）也设置同样的一横梁，在横梁上 面加一等长的塑料罩盒收集散落的粉笔灰尘，从而实现外侧黑板上字迹的擦除功能和无尘功能。 带毛刷横梁 吸铁 弹簧 电源 电源 电动机及减速器装置 下链轮 上链轮 外侧黑板 内侧黑板 线圈 四 、功能、 特点 及应用前景 1、功能 传统的黑板需要手动实现其运动，并且需要人力擦 除 黑板 笔迹 ，针对这些费时、费力和粉末污染等弊端，我们设计了以上方案， 该方案 是 建立在 自动控制与机械运动原理 的基础 之 上， 综合了机械运动与电器的自动化控制， 实现了黑板 的多功能 、模块化和自动化 设计。 全自动无尘黑板擦主要 具 有以下几部分功能： （ 1）利用 电动机可实现 正反转 的原理 ， 通过减速器、齿轮和链条来 实 现黑板的 自动 上下运动， 并通过行 程开关实现黑板的自动停止。 （ 2） 利用电磁 吸合 原理， 使 擦除装置与黑板 可以自动 接触与脱离， 从而 实现 随时、随意 擦除 黑板的 功能。 （ 3）利用静电原理，避免了粉尘随意漂浮的缺点，实现了粉尘的集中清理功能。 （ 4）通过电路、开关和操作面板，实现所有运动的自动化 控制。 2、特点 在设计过程中，采用了机械运动和自动控制相结合的创新设计方法，使全自动无尘黑板 擦 与传统的黑板 擦除方法 相比 ， 具 有如下优点： （ 1） 黑板的上下运动通过 按钮 自动 控制，方便可靠 、省时省力，节省了 上课时间 ，提高了上课效率。 （ 2）由于采取了 粉尘集中清除 措施， 在 黑板横梁上面加一 塑料罩盒收集散落的粉笔灰 ，从而 避免了擦黑板过程中产生的 灰尘给老师 、 同学带来的身体危害，具有环保型 的特点。 （ 3）本方案采用了主电路与控制电路相分离的方法，从而操作安全。 （ 4）本方案所实现的功能，是根据现已有黑板的尺寸及特点设计的，所以安装时只需对原黑板经过改造，既能达到全自动无尘的效果，而无需将原黑板全部换掉。 （ 5）结构简单，成本低， 便于 安装。 图 3 电磁力吸合 擦除装置简图 （ 6）系统原理简单，操作方便。 3、 应用 前景 随着多媒体技术的发展，课堂教学对黑板已不是像以前那样依赖，但黑板 的方便书写的特点仍是不可替代的，所以黑板仍是课堂教学所不可缺少的。但是，由于传统的黑板擦除方法存在着很多弊端，在当今以人文本 、 全面 建设和谐 社会的趋势下， 这种弊端越来越显现出来，所以，全自动无尘的黑板擦除装置，势必在今后教学设备中占有一席之地 。 经过我们的调查，市场中也已存在不少类似产品，但这些产品中绝大多数并没有完全实现“全自动”与“无尘”的结合，甚至有些产品反而使操作更复杂，针对这些问题，我们所设计的本套全自动无尘黑板擦不仅实现了“全自动”与“无尘”的完美结合，真正做到了操作简便、安全 ，而且整套装置是根据 现已有的黑板设计的，在原有黑板上只需经过改造，即可成为本产品，所以， 该 产品 较同类产品更具有竞争力， 更 具有广阔的市场前景 。 五 、使用方法 在黑板两侧各有一控制面板， 其上 各 有 四个操作按钮 （各按钮的功能在控制面板上已标出） ，分别控制黑板 的 上下运动 、擦除装置 与黑板的接触和分离 。 使用时 ，只需轻轻按下按钮即可，并且黑板具有自动停止的功能， 想要达到某一功能，一次性即可。 六 、主要创新点 1、 功能 创新 全自动无尘黑板实现了黑板的自动上下运动、擦除装置的自动接触和分离与粉尘的集中清除等功能。 2、模块化设计 根据以上功能的分解和组合，将自动无尘黑板按模块分别设计，最后按功能需要组合而成。 3、概念设计 传统黑板需要老师或学生亲自动手擦除粉笔字迹，费时费力，影响上课效率，危害老师学生的身体健康。而 全 自动无尘黑板则解决了此种问题，实现了其运动与擦除功能的自动化，并通过利用 粉尘 收集装置解决了环保问题。在概念设计上做到了创新。 4、最简化原则 虽然该设计功能较多看似 复杂，并在控制上实现了一定程度的智能自动化控制，但是其在结构上却相当简单明了，做到了以简单的结构实现复杂功能的目的。为产品的生产和应用提供了方便。 设计小结 几周的创新 设计 已经 结束了，虽然很忙碌 、很辛苦 ，但感觉收获还是蛮大的。我 们 几乎 每周 的专注和辛劳，唤起 了我 们 对 创新 设计意义 的重视 ，对 “ 创新 ”这一概念 的深刻理解，还有一种对设计工作的热情 和认真态度，我 们那 严谨求实的作风 再次发挥了优势， 不敢说我 们 的这套 设计 方案 一定会得优秀，但看着 说明书上的每一个细节，我 们 觉得没有枉费这 几 周来的心血。我 们相信，我们 是最棒的！ 短短的 几 周时间， 我 们 学到了很多的东西，从总体的布局到局部的设计，绝不仅仅是考虑尺寸的问题，要考虑的东西很多很多。 我 们 认 识到，一个好的设计师在需要具有优秀的专业基础能力的同时，还需要具有知识的 综合能力 和 创新能力等 。而我 们 在这方面显然还差得很远，但有幸的是通过这次 创新 设计， 我 们 更加清楚地认识到了 这一点，也为我 们 指明 了 以后的努力方向。 此 次 创新 设计，更加增强了我 们对创新的 兴趣，对 设计的热爱，看着自己 画出的每一条线、写出的每一行字，心里总有 些 激动，我 们 知道那是收获时幸福的喜悦！在对自己的努力进行肯定的同时，我 们 也认识到了自己的诸多缺点与不足：一是绘图能力还不够强，作为一个机械专业的学生，