譚自豪+楊鳳淋+鄒潤(rùn)玲+李雪晴+張苗淋

摘 要：通過對(duì)國(guó)內(nèi)教室授課環(huán)境的考察與研究，發(fā)現(xiàn)教室內(nèi)擦黑板產(chǎn)生的粉筆灰，對(duì)教師和同學(xué)身體健康造成了傷害，且手動(dòng)擦黑板費(fèi)時(shí)費(fèi)力，由此設(shè)計(jì)出傳動(dòng)式免擦無(wú)塵黑板。通過支撐裝置、防塵箱、擦除裝置和動(dòng)力控制裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擦除、抑制粉塵的飛，并且解決黑板書寫面積小、重要知識(shí)點(diǎn)被擦除這一不足。該裝置具有結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單、成本低廉、控制靈活方便、環(huán)保等特點(diǎn)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：傳動(dòng)式 免擦無(wú)塵黑板 自動(dòng)擦除

中圖分類號(hào)：TS951.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（a）-0085-02

粉筆和黑板作為重要的教學(xué)工具一直使用至今，它們對(duì)教育事業(yè)的發(fā)展起著巨大的促進(jìn)作用。但在現(xiàn)在普通黑板的使用過程中存在些許不足。

（1）會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，這無(wú)疑對(duì)所有師生的健康是一個(gè)巨大的威脅。

（2）擦拭過程耗時(shí)耗力，降低了教學(xué)效率，并且會(huì)出現(xiàn)擦拭不干凈的情況，影響下一次書寫。

（3）普通黑板使用較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)掉漆現(xiàn)象，導(dǎo)致書寫卡頓，不流暢，影響板書可視度；普通黑板采用硬質(zhì)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(shí)點(diǎn)無(wú)奈的被擦掉。

以往的研究者們雖然也針對(duì)改善普通黑板的不足來(lái)設(shè)計(jì)黑板。但并沒有改善普通黑板面積小、重要知識(shí)點(diǎn)被擦掉這一點(diǎn)。而我們?cè)O(shè)計(jì)的傳動(dòng)式免擦無(wú)塵黑板在這一點(diǎn)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

圖1～圖4中的序號(hào)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(chǔ)灰盒；（5）轉(zhuǎn)軸；（6）連接板；（7）防塵箱；（8）清潔刷；（9）輕質(zhì)彈簧；（10）第二電機(jī)；（11）第一電機(jī)；（12）合頁(yè)；（13）卡邊；（14）卡槽；（15）風(fēng)扇；（16）過灰口。

黑板構(gòu)造分為4個(gè)部分：黑板面、支撐裝置、防塵箱、擦除裝置和動(dòng)力控制裝置黑板面套設(shè)在支撐裝置上，擦除裝置設(shè)置在防塵箱內(nèi)，動(dòng)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(diào)。動(dòng)力控制裝置用于控制黑板面移動(dòng)，擦除裝置啟停，風(fēng)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(shè)置在黑板面右端，黑板面右端位于防塵箱內(nèi)，支撐裝置分別設(shè)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(zhuǎn)軸、連接板、清潔刷和輕質(zhì)彈簧，轉(zhuǎn)軸與動(dòng)力控制裝置連接，連接板一端與轉(zhuǎn)軸通過合頁(yè)鉸接，連接板另一端與清潔刷固定連接，輕質(zhì)彈簧的兩端分別與轉(zhuǎn)軸和連接板固定連接。連接板與轉(zhuǎn)軸最大夾角是90°，最小夾角是0°。連接板與轉(zhuǎn)軸夾角為90°時(shí)清潔刷貼合于黑板面上。

輕質(zhì)彈簧的一端設(shè)置在連接板的側(cè)壁上，另一端設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁上。輕質(zhì)彈簧用于將連接板向轉(zhuǎn)軸方向拉回，從而使清潔刷遠(yuǎn)離黑板面。輕質(zhì)彈簧處于自由伸縮狀態(tài)時(shí)，連接板板面靠近轉(zhuǎn)軸表面。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)連接板和清潔刷一起轉(zhuǎn)動(dòng)，離心力大于輕質(zhì)彈簧的拉力，連接板會(huì)伸直使清潔刷貼合于黑板面進(jìn)行擦除。當(dāng)轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)時(shí)，輕質(zhì)彈簧拉動(dòng)連接板向轉(zhuǎn)軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使清潔刷遠(yuǎn)離黑板面（輕質(zhì)彈簧的數(shù)量為至少一個(gè)，所有的輕質(zhì)彈簧均勻的沿轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度方向設(shè)置。連接板的數(shù)量為至少一塊，所有的連接板均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，連接板長(zhǎng)度與黑板面長(zhǎng)度相適配）。

防塵箱為長(zhǎng)方體封閉結(jié)構(gòu)，黑板面右端位于防塵箱內(nèi)，防塵箱下部設(shè)置有儲(chǔ)灰盒，儲(chǔ)灰盒與防塵箱內(nèi)部連通。儲(chǔ)灰盒用于盛放擦除下來(lái)的粉筆灰。

儲(chǔ)灰盒可拆卸的設(shè)置在防塵箱下部。當(dāng)需要清理粉筆灰時(shí)將儲(chǔ)灰盒卸下進(jìn)行傾倒，然后再將儲(chǔ)灰盒安裝到防塵箱下部。

防塵箱下部開設(shè)有過灰口，過灰口與儲(chǔ)灰盒規(guī)格相適配，過灰口上方設(shè)置有風(fēng)扇，風(fēng)扇與動(dòng)力控制裝置電連接，過灰口上設(shè)置有卡槽，儲(chǔ)灰盒上沿上設(shè)置有與卡槽相適配的卡邊。儲(chǔ)灰盒為上部敞口結(jié)構(gòu)。黑板面上擦除下來(lái)的粉筆灰在重力以及風(fēng)扇的引力作用下快速進(jìn)入到儲(chǔ)灰盒內(nèi)。

防塵箱左側(cè)面上開設(shè)有供黑板面穿過的開口，開口上設(shè)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(nèi)的粉筆灰從開口處泄漏。

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

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(shè)置在黑板面的左右兩端，且第二支撐軸位于防塵箱內(nèi)部。防塵箱固定設(shè)置在墻上，第一支撐軸的兩端固定在墻上，以承載整個(gè)黑板的重量。支撐裝置之間位于黑板面后部設(shè)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(huán)形結(jié)構(gòu)。黑板面采用柔性材料制成的環(huán)形傳送帶式黑板面。

動(dòng)力控制系統(tǒng)包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，第一電機(jī)的輸出軸與第二支撐軸連接，第二電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)軸連接。第一電機(jī)為正反轉(zhuǎn)電機(jī)。第一電機(jī)和第二電機(jī)（快速）均采用慢速直流220 V電機(jī)。

1.2 工作過程

當(dāng)需擦黑板時(shí)，按動(dòng)控制開關(guān)，第一電機(jī)將帶動(dòng)黑板面做自左向右的環(huán)形傳動(dòng)，第二電機(jī)帶動(dòng)位于黑板面右側(cè)的防塵箱內(nèi)的清潔刷轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力作用下，清潔刷與黑板面貼合連接，當(dāng)黑板面上某一點(diǎn)轉(zhuǎn)到防塵箱內(nèi)的清潔刷位置時(shí)，由于清潔刷與黑板面的接觸摩擦力從而實(shí)現(xiàn)清潔刷對(duì)黑板面的字跡擦除，同時(shí)清潔刷下端的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)加速防塵箱內(nèi)的粉筆灰抽到儲(chǔ)灰盒內(nèi)，使粉筆灰全部進(jìn)入儲(chǔ)灰盒內(nèi)。如果不想擦除黑板面上的板書，按動(dòng)控制開關(guān)，將第二電機(jī)關(guān)停，此時(shí)轉(zhuǎn)軸及清潔刷停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在輕質(zhì)彈簧的拉力作用下將連接板拉向轉(zhuǎn)軸方向，從而連接板繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并最終靠向轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)清潔刷與黑板面的分離。黑板面在第二支撐軸的帶動(dòng)下一直向右傳動(dòng)，并通過第二支撐軸然后向后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，黑板面上的板書內(nèi)容依舊保留在黑板面上，只是此時(shí)處于黑板面背面看不到，如果此時(shí)需要回顧此點(diǎn)上板書內(nèi)容時(shí)，只需要按下第一電機(jī)的反轉(zhuǎn)開關(guān)，第一電將帶動(dòng)黑板面反轉(zhuǎn)，將之前的板書內(nèi)容再次展示在同學(xué)面前，這樣一來(lái)，相當(dāng)于將黑板面的書寫面積變成了原來(lái)的2倍。儲(chǔ)灰盒的可拆卸設(shè)置，便于定時(shí)取下儲(chǔ)灰盒進(jìn)行清倒粉筆灰，由此避免粉塵飛揚(yáng)，省時(shí)省力。

2 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）自動(dòng)擦黑板，全程無(wú)塵，省時(shí)省力。黑板面和擦除裝置距離可調(diào)節(jié)，靈活方便地實(shí)現(xiàn)人為控制擦除裝置的開啟和關(guān)閉，可根據(jù)需要進(jìn)行黑板面字跡的擦除。當(dāng)需擦黑板時(shí)，按動(dòng)開關(guān)，電機(jī)將帶動(dòng)黑板面做自下而上的環(huán)形傳動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)位于黑板底部的清潔箱內(nèi)的清潔刷轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)黑板面上某一點(diǎn)轉(zhuǎn)了一周后到達(dá)底部的清潔箱時(shí)，次點(diǎn)將與清潔刷接觸摩擦從而進(jìn)行清潔，同時(shí)清潔刷左端的扇葉隨之轉(zhuǎn)動(dòng)將清潔箱內(nèi)的粉筆灰抽走，使之全部進(jìn)入收集盒中。

（2）知識(shí)點(diǎn)回放功能。由于清潔箱在底部，當(dāng)某一點(diǎn)還未轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則次點(diǎn)位置的伴宿內(nèi)容尚未被擦除，依舊保留在黑板上，只是此時(shí)處于黑板背面看不到，如果此時(shí)需要回顧次點(diǎn)知板書內(nèi)容時(shí)，只需要按下反轉(zhuǎn)開關(guān)，電機(jī)將帶動(dòng)黑板反轉(zhuǎn)，將之前的板書內(nèi)容再次展示在同學(xué)面前。

（3）雙倍書寫面積。回顧次點(diǎn)知板書內(nèi)容，將之前的板書內(nèi)容再次展示在同學(xué)面前，相當(dāng)于將黑板的書寫面積變成了原來(lái)的2倍。

（4）清潔箱安裝在底部，定時(shí)收集盒清倒粉筆灰，方便清理與檢修。

3 結(jié)語(yǔ)

傳動(dòng)式免擦無(wú)塵黑板在原有的傳統(tǒng)黑板上，運(yùn)用機(jī)、電學(xué)等相關(guān)的原理知識(shí)，創(chuàng)新性地增加了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擦洗黑板和收集粉筆灰的裝置，其通過機(jī)電傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擦黑板的目的。在教師使用此黑板時(shí)，只需要按下開關(guān)，黑板將自動(dòng)進(jìn)行擦除工作。還可以進(jìn)行板書回看，實(shí)現(xiàn)書寫面積翻倍，提高上課效率。最重要是將粉塵限制在一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，避免粉塵飛揚(yáng)，提高學(xué)習(xí)環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)教師及學(xué)生身體健康。

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