多功能集尘式粉笔自动擦除机的研究与应用

　【摘 要】为实现环保、自动的黑板粉笔字的课堂擦除，减少教师在课上不必要的体力和精力消耗，本文设计了一种可以收集粉笔尘的多功能粉笔自动擦除机。对自动擦除机的粉尘擦拭机构、传动机构、导向机构、控制装置、防尘装置、吸尘装置等进行了研究和结构设计。这种多功能粉笔自动擦除机结构简单、擦拭粉尘效率高、防尘效果显著、易于操控并带有吸尘装置，可提高课堂教学效率，改善课堂教学环境。

【关键词】粉笔自动擦除;多功能;集尘式;效率

引言

由上课写字、擦黑板带来的 “粉笔综合症” 已成为广大老师的头号健康隐患，并且传统的黑板擦在擦黑板的过程中需要的时间长，影响上课的时间，也消耗了老师的体力( 市场上也有部分自动除尘黑板擦这样的产品，但大多数只实现某一特定功能，且操作不方便，费用高，所以使用率非常低[1]。因此，有必要研制一种简易的粉笔自动擦除机器，真正实现环保、自动的黑板粉笔字的课堂擦除。

1 工作原理及设计方案

集尘式多功能自动粉笔擦除机的模型图见图1所示。

这种自动粉笔擦除机由粉尘擦拭机构、传动机构、导向机构、控制装置、防尘装置、吸尘装置等六大部分组成。系统由电动机提供动力来执行粉尘的擦拭，开关控制部分采用遥控开关与限位开关结合控制。达到效率高，操作简单，移动方便，成本低廉。

从图1可以看出，本装置的黑板擦擦片由长方体擦片12和圆柱擦片9两部分组成;圆柱体擦片9可以在电机18的驱动下使其轴17旋转从而带动圆柱擦片9旋转，通过旋转的方式擦拭黑板;从而实现圆柱擦片9进行初步清洁擦拭，长方体擦片进行深度清洁擦拭的效果。黑板1的上表面安装有齿条和导向轨道，齿轮5沿着齿条运动。轴11和轴17分别用于安装长方体擦片12和圆柱擦片9，轴11、轴17和刮尘板13安装在上框架2和下框架14之间。圆柱擦片9的轴17上安装有齿轮，以与驱动电机18的齿轮配合，从而达到电机驱动轴17转动的目的。

上框架2和下框架14的.侧面均安装着沿着黑板1背面运动的导向轮8。沿着黑板1的上表面上齿条运动的齿轮5，由电机6驱动;下框架14的上表面安装有集尘盒16，用于收集擦拭过程中产生的粉尘，集尘盒16可以拆卸，便于定期清理集尘盒16，并在集尘盒里面装有吸尘器(图中未标出)，用于把整个盒子里面的粉尘吸收;在距圆柱擦片9的距离很近处安装有刮尘板13，刮尘板13和圆柱擦片9的表面近似接触，刮尘板13可以将圆柱擦片9在工作过程中产生的大部分粉尘刮下，刮下的粉尘，由于重力，直接落入集尘盒16中，并在集尘盒中合适位置安装一个吸尘器(图中未标出)，这样可以减少粉尘在黑板擦内的扩散，可以减少粉尘溢出黑板擦盒子的可能，且保持了圆柱擦片9的整洁度。黑板擦的两侧面安装有限位开关21，用于限制黑板擦的运动界限。通过对电机6和电机18的控制，可以实现两个电机正转、反转、启动、停止。防尘罩20的上安装有手柄，当黑板擦电量耗尽或者故障时，可以手动推动黑板擦运动。

系统安装有防护盖板，确保集尘效果和安全，如图2所示。

2 关键结构设计

2.1 粉尘擦拭机构

粉尘擦拭机构主要由上框架、下框架、长方体擦片、圆柱体擦片、圆柱体擦片轴、长方体擦片固定架组成，上框架与下框架上各安装，其中一个齿轮通过电机一驱动，从而实现整个黑板擦沿着黑板的水平运动。长方体擦片、圆柱体擦片的轴的两端分别安装在上框架与下框架上，长方体擦片的一个面与黑板面直接接触，对黑板进行擦拭;圆柱体擦片可以在电机二的驱动下使其旋转，通过旋转的方式擦拭黑板;从而实现圆柱擦片与长方体擦片相结合对黑板进行擦拭，以达到更好的清洁擦拭的效果。

2.2传动机构

传动机构主要由电机、齿轮、齿条、传动轴组成，动力为电机，分为两个部分，一部分驱动黑板擦整体沿着黑板左右运动，另一部分驱动圆柱体擦片旋转[2]。

2.3导向机构

导向机构是在齿条两侧各加一块平板，平板的长度与齿条相当，平板的高度高于齿条[3]。

2.4集尘装置

集尘装置由防尘装置、吸尘装置组成，工作时

防尘装置主要由防尘盒组成，防尘盒组成，其将所有组成构件包裹，从而防止粉尘的弥漫。

吸尘装置主要由吸尘器组成。当黑板擦工作时，吸尘器亦开始工作，擦拭黑板产生的粉尘会被吸尘器吸收，不至于使粉尘蔓延到防尘盒外，该种方式的吸尘装置，结构简单、操作简便。

3 控制系统设计

控制装置由控制面板、限位开关、限位挡板挡板、电源适配器、遥控器组成，电源适配器可以将220v交流电转换成电机所需要的电压、电流;当左侧的限位开关触碰到左侧的挡板时，控制面板改变流过电机的电流方向，从而改变电机的转向;同理，当右侧的限位开关触碰到右侧的挡板时，控制面板改变流过电机的电流方向，从而改变电机的转向;而遥控器能够实现无线对黑板擦工作状态的控制，如此，黑板擦进行擦拭黑板的工作[4]。

4 结束语

(1)本集尘式多功能自动粉笔擦除机具有双重擦片，由长方体擦片、圆柱体擦片组成，两擦片同时工作，擦拭效果显著。

(2)操作简便，按按按钮即可完成粉笔字擦除。控制部分中限位开关的巧妙利用，大大方便了使用者。当左侧的限位开关触碰到左侧的挡板时，控制面板改变流过电机的电流方向，从而改变电机的转向;同理，当右侧的限位开关触碰到右侧的挡板时，控制面板改变流过电机的电流方向，从而改变电机的转向，如此，黑板擦周而复始的沿着黑板工作，仅当黑板擦拭干净后，使用者按下“关”按钮时，切断电源，黑板擦停止工作。

(3)装置传动效率高。传动部分主要由齿轮与齿轮、齿轮与齿条传动，能力传递效率较高。

(4)具有多种国内。集擦拭粉尘、收集粉尘、防止粉尘污染的功能于一体，提高了擦拭粉笔粉尘的便捷性和效率，能有效的防止粉尘自由散落到处飞扬污染环境，对师生的身体健康非常有益。

(5)结构简单。本装置结构简单、实用，擦拭粉尘效率高，防尘效果显著，便于推广。

(6)便于安装、维护。不需要对现存的普通的黑板进行改造太多，既可以将本装置安装到黑板上。

(7)控制简便。其开关控制部分采用遥控开关与限位开关结合控制，通过遥控开关可以控制黑板擦的左右移动及停止与否，同时，限位开关可以避免因人员操作不当而使黑板擦脱离轨道的情况。

参考文献：

[1]李荣兵，余心明，苑爱峰，戴青，全自动黑板除尘器的机械结构设计，2009，05，22(3)，90-91.

[2]杨家军，张卫国，机械设计基础，华中科技大学出版社，2003.

[3]张莹，机械设计基础，机械工业出版社，1997.

[4]张建明，机电一体化系统设计，高等教育出版社，2000.