傳動式免擦無塵黑板

譚自豪+楊鳳淋+鄒潤玲+李雪晴+張苗淋

摘 要：通過對國內教室授課環境的考察與研究，發現教室內擦黑板產生的粉筆灰，對教師和同學身體健康造成了傷害，且手動擦黑板費時費力，由此設計出傳動式免擦無塵黑板。通過支撐裝置、防塵箱、擦除裝置和動力控制裝置實現自動擦除、抑制粉塵的飛，并且解決黑板書寫面積小、重要知識點被擦除這一不足。該裝置具有結構原理簡單、成本低廉、控制靈活方便、環保等特點，具有一定的應用價值。

關鍵詞：傳動式 免擦無塵黑板 自動擦除

中圖分類號：TS951.71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（a）-0085-02

粉筆和黑板作為重要的教學工具一直使用至今，它們對教育事業的發展起著巨大的促進作用。但在現在普通黑板的使用過程中存在些許不足。

（1）會產生大量的粉塵，這無疑對所有師生的健康是一個巨大的威脅。

（2）擦拭過程耗時耗力，降低了教學效率，并且會出現擦拭不干凈的情況，影響下一次書寫。

（3）普通黑板使用較長時間后會出現掉漆現象，導致書寫卡頓，不流暢，影響板書可視度；普通黑板采用硬質材料，換新過程麻煩。

（4）普通黑板面積太小，不能滿足老師的板書，往往一些重要的知識點無奈的被擦掉。

以往的研究者們雖然也針對改善普通黑板的不足來設計黑板。但并沒有改善普通黑板面積小、重要知識點被擦掉這一點。而我們設計的傳動式免擦無塵黑板在這一點上占有絕對優勢。

1 設計方案

1.1 整體結構方案設計

圖1～圖4中的序號1～16分別指的是：（1）黑板面；（2）第一支撐軸；（3）第二支撐軸；（4） 儲灰盒；（5）轉軸；（6）連接板；（7）防塵箱；（8）清潔刷；（9）輕質彈簧；（10）第二電機；（11）第一電機；（12）合頁；（13）卡邊；（14）卡槽；（15）風扇；（16）過灰口。

黑板構造分為4個部分：黑板面、支撐裝置、防塵箱、擦除裝置和動力控制裝置黑板面套設在支撐裝置上，擦除裝置設置在防塵箱內，動力控制裝置分別與支撐裝置和擦除裝置連接，且擦除裝置與黑板面之間的距離可調。動力控制裝置用于控制黑板面移動，擦除裝置啟停，風扇啟停，擦除裝置與黑板面的距離最近是貼合在一起。擦除裝置設置在黑板面右端，黑板面右端位于防塵箱內，支撐裝置分別設置在黑板面的左端和右端。支撐裝置用于支撐黑板面，擦除裝置用于擦除黑板面上字跡。

擦除裝置包括轉軸、連接板、清潔刷和輕質彈簧，轉軸與動力控制裝置連接，連接板一端與轉軸通過合頁鉸接，連接板另一端與清潔刷固定連接，輕質彈簧的兩端分別與轉軸和連接板固定連接。連接板與轉軸最大夾角是90°，最小夾角是0°。連接板與轉軸夾角為90°時清潔刷貼合于黑板面上。

輕質彈簧的一端設置在連接板的側壁上，另一端設置在轉軸的側壁上。輕質彈簧用于將連接板向轉軸方向拉回，從而使清潔刷遠離黑板面。輕質彈簧處于自由伸縮狀態時，連接板板面靠近轉軸表面。當轉軸旋轉時，會帶動連接板和清潔刷一起轉動，離心力大于輕質彈簧的拉力，連接板會伸直使清潔刷貼合于黑板面進行擦除。當轉軸停止旋轉時，輕質彈簧拉動連接板向轉軸方向轉動，使清潔刷遠離黑板面（輕質彈簧的數量為至少一個，所有的輕質彈簧均勻的沿轉軸長度方向設置。連接板的數量為至少一塊，所有的連接板均勻設置在轉軸上，連接板長度與黑板面長度相適配）。

防塵箱為長方體封閉結構，黑板面右端位于防塵箱內，防塵箱下部設置有儲灰盒，儲灰盒與防塵箱內部連通。儲灰盒用于盛放擦除下來的粉筆灰。

儲灰盒可拆卸的設置在防塵箱下部。當需要清理粉筆灰時將儲灰盒卸下進行傾倒，然后再將儲灰盒安裝到防塵箱下部。

防塵箱下部開設有過灰口，過灰口與儲灰盒規格相適配，過灰口上方設置有風扇，風扇與動力控制裝置電連接，過灰口上設置有卡槽，儲灰盒上沿上設置有與卡槽相適配的卡邊。儲灰盒為上部敞口結構。黑板面上擦除下來的粉筆灰在重力以及風扇的引力作用下快速進入到儲灰盒內。

防塵箱左側面上開設有供黑板面穿過的開口，開口上設置有密封裝置。密封裝置用于密封黑板面與開口之間的縫隙，從而避免防塵箱內的粉筆灰從開口處泄漏。

密封裝置為采用軟質橡膠材料制成的密封條或毛刷。密封條的數量為4條，4條密封條分別設置在開口的4個邊部，密封條規格與黑板面及開口之間的間隙規格相匹配。毛刷的數量為兩條，兩條毛刷分別位于黑板面的前后兩側。

支撐裝置包括第一支撐軸和第二支撐軸，第一支撐軸和第二支撐軸分別設置在黑板面的左右兩端，且第二支撐軸位于防塵箱內部。防塵箱固定設置在墻上，第一支撐軸的兩端固定在墻上，以承載整個黑板的重量。支撐裝置之間位于黑板面后部設置有固定板，固定板與墻面固定連接，固定板用于支撐黑板面，防止黑板面彎曲變形，便于書寫。

黑板面為封閉環形結構。黑板面采用柔性材料制成的環形傳送帶式黑板面。

動力控制系統包括第一電機和第二電機，第一電機的輸出軸與第二支撐軸連接，第二電機的輸出軸與轉軸連接。第一電機為正反轉電機。第一電機和第二電機（快速）均采用慢速直流220 V電機。

1.2 工作過程

當需擦黑板時，按動控制開關，第一電機將帶動黑板面做自左向右的環形傳動，第二電機帶動位于黑板面右側的防塵箱內的清潔刷轉動，在離心力作用下，清潔刷與黑板面貼合連接，當黑板面上某一點轉到防塵箱內的清潔刷位置時，由于清潔刷與黑板面的接觸摩擦力從而實現清潔刷對黑板面的字跡擦除，同時清潔刷下端的風扇轉動加速防塵箱內的粉筆灰抽到儲灰盒內，使粉筆灰全部進入儲灰盒內。如果不想擦除黑板面上的板書，按動控制開關，將第二電機關停，此時轉軸及清潔刷停止轉動，在輕質彈簧的拉力作用下將連接板拉向轉軸方向，從而連接板繞轉軸轉動并最終靠向轉軸，實現清潔刷與黑板面的分離。黑板面在第二支撐軸的帶動下一直向右傳動，并通過第二支撐軸然后向后側轉動，黑板面上的板書內容依舊保留在黑板面上，只是此時處于黑板面背面看不到，如果此時需要回顧此點上板書內容時，只需要按下第一電機的反轉開關，第一電將帶動黑板面反轉，將之前的板書內容再次展示在同學面前，這樣一來，相當于將黑板面的書寫面積變成了原來的2倍。儲灰盒的可拆卸設置，便于定時取下儲灰盒進行清倒粉筆灰，由此避免粉塵飛揚，省時省力。

2 創新點及應用

（1）自動擦黑板，全程無塵，省時省力。黑板面和擦除裝置距離可調節，靈活方便地實現人為控制擦除裝置的開啟和關閉，可根據需要進行黑板面字跡的擦除。當需擦黑板時，按動開關，電機將帶動黑板面做自下而上的環形傳動，同時帶動位于黑板底部的清潔箱內的清潔刷轉動，當黑板面上某一點轉了一周后到達底部的清潔箱時，次點將與清潔刷接觸摩擦從而進行清潔，同時清潔刷左端的扇葉隨之轉動將清潔箱內的粉筆灰抽走，使之全部進入收集盒中。

（2）知識點回放功能。由于清潔箱在底部，當某一點還未轉動一周，則次點位置的伴宿內容尚未被擦除，依舊保留在黑板上，只是此時處于黑板背面看不到，如果此時需要回顧次點知板書內容時，只需要按下反轉開關，電機將帶動黑板反轉，將之前的板書內容再次展示在同學面前。

（3）雙倍書寫面積。回顧次點知板書內容，將之前的板書內容再次展示在同學面前，相當于將黑板的書寫面積變成了原來的2倍。

（4）清潔箱安裝在底部，定時收集盒清倒粉筆灰，方便清理與檢修。

3 結語

傳動式免擦無塵黑板在原有的傳統黑板上，運用機、電學等相關的原理知識，創新性地增加了實現自動擦洗黑板和收集粉筆灰的裝置，其通過機電傳動裝置的運動實現自動擦黑板的目的。在教師使用此黑板時，只需要按下開關，黑板將自動進行擦除工作。還可以進行板書回看，實現書寫面積翻倍，提高上課效率。最重要是將粉塵限制在一個相對封閉的環境，避免粉塵飛揚，提高學習環境質量，保護教師及學生身體健康。

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