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多功能集塵式粉筆自動擦除機的研究與應用
【摘 要】為實現環保、自動的黑板粉筆字的課堂擦除，減少教師在課上不必要的體力和精力消耗，本文設計了一種可以收集粉筆塵的多功能粉筆自動擦除機。對自動擦除機的粉塵擦拭機構、傳動機構、導向機構、控制裝置、防塵裝置、吸塵裝置等進行了研究和結構設計。這種多功能粉筆自動擦除機結構簡單、擦拭粉塵效率高、防塵效果顯著、易于操控并帶有吸塵裝置，可提高課堂教學效率，改善課堂教學環境。
【關鍵詞】粉筆自動擦除;多功能;集塵式;效率
引言
由上課寫字、擦黑板帶來的 “粉筆綜合癥” 已成為廣大老師的頭號健康隱患，并且傳統的黑板擦在擦黑板的過程中需要的時間長，影響上課的時間，也消耗了老師的體力( 市場上也有部分自動除塵黑板擦這樣的產品，但大多數只實現某一特定功能，且操作不方便，費用高，所以使用率非常低[1]。因此，有必要研制一種簡易的粉筆自動擦除機器，真正實現環保、自動的黑板粉筆字的課堂擦除。
1 工作原理及設計方案
集塵式多功能自動粉筆擦除機的模型圖見圖1所示。
這種自動粉筆擦除機由粉塵擦拭機構、傳動機構、導向機構、控制裝置、防塵裝置、吸塵裝置等六大部分組成。系統由電動機提供動力來執行粉塵的擦拭，開關控制部分采用遙控開關與限位開關結合控制。達到效率高，操作簡單，移動方便，成本低廉。
從圖1可以看出，本裝置的黑板擦擦片由長方體擦片12和圓柱擦片9兩部分組成;圓柱體擦片9可以在電機18的驅動下使其軸17旋轉從而帶動圓柱擦片9旋轉，通過旋轉的方式擦拭黑板;從而實現圓柱擦片9進行初步清潔擦拭，長方體擦片進行深度清潔擦拭的效果。黑板1的上表面安裝有齒條和導向軌道，齒輪5沿著齒條運動。軸11和軸17分別用于安裝長方體擦片12和圓柱擦片9，軸11、軸17和刮塵板13安裝在上框架2和下框架14之間。圓柱擦片9的軸17上安裝有齒輪，以與驅動電機18的齒輪配合，從而達到電機驅動軸17轉動的目的。
上框架2和下框架14的側面均安裝著沿著黑板1背面運動的導向輪8。沿著黑板1的上表面上齒條運動的齒輪5，由電機6驅動;下框架14的上表面安裝有集塵盒16，用于收集擦拭過程中產生的粉塵，集塵盒16可以拆卸，便于定期清理集塵盒16，并在集塵盒里面裝有吸塵器(圖中未標出)，用于把整個盒子里面的粉塵吸收;在距圓柱擦片9的距離很近處安裝有刮塵板13，刮塵板13和圓柱擦片9的表面近似接觸，刮塵板13可以將圓柱擦片9在工作過程中產生的大部分粉塵刮下，刮下的粉塵，由于重力，直接落入集塵盒16中，并在集塵盒中合適位置安裝一個吸塵器(圖中未標出)，這樣可以減少粉塵在黑板擦內的擴散，可以減少粉塵溢出黑板擦盒子的可能，且保持了圓柱擦片9的整潔度。黑板擦的兩側面安裝有限位開關21，用于限制黑板擦的運動界限。通過對電機6和電機18的控制，可以實現兩個電機正轉、反轉、啟動、停止。防塵罩20的上安裝有手柄，當黑板擦電量耗盡或者故障時，可以手動推動黑板擦運動。
系統安裝有防護蓋板，確保集塵效果和安全，如圖2所示。
2 關鍵結構設計
2.1 粉塵擦拭機構
粉塵擦拭機構主要由上框架、下框架、長方體擦片、圓柱體擦片、圓柱體擦片軸、長方體擦片固定架組成，上框架與下框架上各安裝，其中一個齒輪通過電機一驅動，從而實現整個黑板擦沿著黑板的水平運動。長方體擦片、圓柱體擦片的軸的兩端分別安裝在上框架與下框架上，長方體擦片的一個面與黑板面直接接觸，對黑板進行擦拭;圓柱體擦片可以在電機二的驅動下使其旋轉，通過旋轉的方式擦拭黑板;從而實現圓柱擦片與長方體擦片相結合對黑板進行擦拭，以達到更好的清潔擦拭的效果。
2.2傳動機構
傳動機構主要由電機、齒輪、齒條、傳動軸組成，動力為電機，分為兩個部分，一部分驅動黑板擦整體沿著黑板左右運動，另一部分驅動圓柱體擦片旋轉[2]。
2.3導向機構
導向機構是在齒條兩側各加一塊平板，平板的長度與齒條相當，平板的高度高于齒條[3]。
2.4集塵裝置
集塵裝置由防塵裝置、吸塵裝置組成，工作時
防塵裝置主要由防塵盒組成，防塵盒組成，其將所有組成構件包裹，從而防止粉塵的彌漫。
吸塵裝置主要由吸塵器組成。當黑板擦工作時，吸塵器亦開始工作，擦拭黑板產生的粉塵會被吸塵器吸收，不至于使粉塵蔓延到防塵盒外，該種方式的吸塵裝置，結構簡單、操作簡便。
3 控制系統設計
控制裝置由控制面板、限位開關、限位擋板擋板、電源適配器、遙控器組成，電源適配器可以將220v交流電轉換成電機所需要的電壓、電流;當左側的限位開關觸碰到左側的擋板時，控制面板改變流過電機的電流方向，從而改變電機的轉向;同理，當右側的限位開關觸碰到右側的擋板時，控制面板改變流過電機的電流方向，從而改變電機的轉向;而遙控器能夠實現無線對黑板擦工作狀態的控制，如此，黑板擦進行擦拭黑板的工作[4]。
4 結束語
(1)本集塵式多功能自動粉筆擦除機具有雙重擦片，由長方體擦片、圓柱體擦片組成，兩擦片同時工作，擦拭效果顯著。
(2)操作簡便，按按按鈕即可完成粉筆字擦除。控制部分中限位開關的巧妙利用，大大方便了使用者。當左側的限位開關觸碰到左側的擋板時，控制面板改變流過電機的電流方向，從而改變電機的轉向;同理，當右側的限位開關觸碰到右側的擋板時，控制面板改變流過電機的電流方向，從而改變電機的轉向，如此，黑板擦周而復始的沿著黑板工作，僅當黑板擦拭干凈后，使用者按下“關”按鈕時，切斷電源，黑板擦停止工作。
(3)裝置傳動效率高。傳動部分主要由齒輪與齒輪、齒輪與齒條傳動，能力傳遞效率較高。
(4)具有多種國內。集擦拭粉塵、收集粉塵、防止粉塵污染的功能于一體，提高了擦拭粉筆粉塵的便捷性和效率，能有效的防止粉塵自由散落到處飛揚污染環境，對師生的身體健康非常有益。
(5)結構簡單。本裝置結構簡單、實用，擦拭粉塵效率高，防塵效果顯著，便于推廣。
(6)便于安裝、維護。不需要對現存的普通的黑板進行改造太多，既可以將本裝置安裝到黑板上。
(7)控制簡便。其開關控制部分采用遙控開關與限位開關結合控制，通過遙控開關可以控制黑板擦的左右移動及停止與否，同時，限位開關可以避免因人員操作不當而使黑板擦脫離軌道的情況。
參考文獻：
[1]李榮兵，余心明，苑愛峰，戴青，全自動黑板除塵器的機械結構設計，2009，05，22(3)，90-91.
[2]楊家軍，張衛國，機械設計基礎，華中科技大學出版社，2003.
[3]張瑩，機械設計基礎，機械工業出版社，1997.
[4]張建明，機電一體化系統設計，高等教育出版社，2000.
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