吸塵黑板擦的設(shè)計(jì)

姜文韜，侯啟龍，侯 泉

西南交通大學(xué)，四川 成都 611756

1 方案的終確定

1.1 裝置各結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要介紹

外殼采用了可以伸縮的裝置，這不但保證了其能夠很好的擋住粉塵的外泄，同時(shí)也可以保證其與黑板的摩擦適中，從而達(dá)到了即能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，也不影響具體工作的目的。板擦裝在離外殼有一定距離的地方，而且板擦位置固定，材料也和普通黑板擦完全一樣，只是在板擦四周，裝有四個(gè)小輪子（輪子的具體作用，后面會(huì)具體說(shuō)明）。吸塵裝置是此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，絕大多數(shù)的工作量都在這上面，下面分四個(gè)方面來(lái)對(duì)此點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明:

1）動(dòng)力源:在黑板擦四周有四個(gè)輪子，在擦黑板時(shí)，輪子會(huì)和黑板接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)而為風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力；

2）傳動(dòng)裝置:齒輪和傳動(dòng)桿。輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)斜齒輪將動(dòng)力傳給傳動(dòng)桿（此時(shí)斜齒輪起到的作用是改變力的方向），傳到板擦后面的齒輪中，然后再通過(guò)齒輪帶動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到動(dòng)力的傳輸；

3）吸塵動(dòng)力來(lái)源:風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，而風(fēng)扇設(shè)計(jì)成為離心式的裝置，從而通過(guò)吸塵管將外殼里面的粉塵吸進(jìn)粉塵袋中；

4）粉塵袋:粉塵袋是透氣的，但是中間有一層格擋粉塵的物質(zhì)，這樣既保證了空氣的流通，從而可以實(shí)現(xiàn)吸塵過(guò)程，又保證了粉塵的流失。

2 吸塵裝置動(dòng)力結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程的具體分析

1）齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不但緊湊、效率高，而且壽命長(zhǎng)。在工作過(guò)程中，雙面齒輪副存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)。縱向滑動(dòng)從改善齒輪的磨合過(guò)程出發(fā)，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。經(jīng)過(guò)以上對(duì)比和考慮到具體工作環(huán)境選用了閉齒輪傳動(dòng)。傳動(dòng)利用齒輪與黑板接觸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)吸塵。

通過(guò)齒輪和傳動(dòng)桿來(lái)實(shí)現(xiàn)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。在固定輪子的軸上，同時(shí)固定一個(gè)斜齒輪，將兩端均帶有斜齒輪的傳動(dòng)桿的一端與下面的斜齒輪嚙合。傳動(dòng)桿通過(guò)固定在軸承上的桿的內(nèi)部將動(dòng)力往上傳輸（固定的桿內(nèi)部是空心的），再通過(guò)一個(gè)斜齒輪將其轉(zhuǎn)換為風(fēng)扇的動(dòng)力；

2）吸塵:離心式風(fēng)扇兩端通過(guò)管子將其聯(lián)通，一端作為進(jìn)風(fēng)口，安放在黑板擦與黑板接觸面，另一端作為出風(fēng)口安放在粉塵收集裝置里面。當(dāng)擦黑板時(shí)，輪子帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣開(kāi)始流動(dòng)，被擋在外殼里面的粉塵由于空氣流動(dòng)，沿著空氣流進(jìn)吸塵管，沿著管子帶到粉塵收集裝置中從而達(dá)到吸塵的效果。

粉塵收集裝置:采用一個(gè)透氣的盒子，一端接吸塵管的出風(fēng)口，中間用透氣的材料將其封閉（密封材料可以透氣但是不能使粉塵通過(guò)），從而保證空氣流通的同時(shí)阻止粉塵飛揚(yáng)。具體的密封材料會(huì)在后面做詳細(xì)介紹。

3 單向齒輪的運(yùn)用

在吸塵過(guò)程中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)以后，必須保證輸入的動(dòng)力與原來(lái)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向相同，但是在擦黑板時(shí)，輪子的軸是各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以移動(dòng)過(guò)程中輪子可以正轉(zhuǎn)也可以反轉(zhuǎn)，為了解決這一問(wèn)題想到了運(yùn)用單向齒輪這一辦法。

單向齒輪的基本原理:

單向齒輪的主要結(jié)構(gòu)是內(nèi)齒和外齒。如圖一所示，外齒與齒輪固定；內(nèi)齒和千斤嚙合。每個(gè)單向齒輪內(nèi)都有兩個(gè)千斤，端頭安裝在芯子兩邊的圓柱形凹槽內(nèi)。千斤以圓柱體的端頭為圓心而轉(zhuǎn)動(dòng).千斤的齒尖端被千斤簧撐起，和外套的內(nèi)齒相嚙合。千斤簧是用直徑只有4.03mm～0.35mm的彈簧鋼絲做成的。千斤簧的AB段插進(jìn)芯子凹槽底部的小孔內(nèi)(小孔在裝千斤的圓柱梢對(duì)面)；另一瑞抵在千斤背面的凹槽內(nèi)。這樣使得單向齒輪只能朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

單向齒輪是本項(xiàng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的又一創(chuàng)新部分，它的制造主要是模仿自行車飛輪的制造原理，齒輪的外部形狀及尺寸沒(méi)有改變而內(nèi)部利用滾動(dòng)軸承和制動(dòng)棘爪實(shí)現(xiàn)齒輪的單方向傳動(dòng)，在壓力作用下使該內(nèi)環(huán)體側(cè)面變形，直達(dá)到滾珠軸承的規(guī)定的軸承間隙，接著把該夾緊圓盤與內(nèi)環(huán)體鉚接。這樣就完成了正轉(zhuǎn)正常而反轉(zhuǎn)齒輪絕對(duì)打滑的現(xiàn)象。

4 黑板擦吸塵規(guī)律

做一個(gè)簡(jiǎn)單的類比，能吸一些灰塵和吸上一枚硬幣的區(qū)別，僅僅在于吸取一枚硬幣需要更多氣體分子帶動(dòng)這枚硬幣。吸力的唯一作用就是在吸取硬幣時(shí)通過(guò)克服阻力，以獲得足夠多的氣量在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸塵管，而最佳吸力（壓力）值是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的了。規(guī)律如下:

1）風(fēng)量最大的時(shí)候其吸塵風(fēng)機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，風(fēng)向向前，吹出的空氣比補(bǔ)進(jìn)的空氣多，因此風(fēng)葉的后部產(chǎn)生負(fù)壓，就是“真空”，負(fù)壓將灰塵吸進(jìn)機(jī)器，在集塵袋中過(guò)濾下來(lái)。風(fēng)機(jī)葉輪的后部是吸入，前部是排出。效率最高；

2）隨著真空度的增加，其吸塵效率逐步降低；

3）由上述兩點(diǎn)可知道，計(jì)算吸塵器的吸力基本沒(méi)有任何意義，最佳吸力是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的一個(gè)結(jié)論，通常來(lái)說(shuō)，這個(gè)最佳值在一個(gè)大氣壓到-0.03MPa(G)之間，當(dāng)壓力進(jìn)一步低的時(shí)候，其吸塵效率就會(huì)逐步大幅降低。

5 結(jié)論

雖然現(xiàn)在科技飛躍發(fā)展，教學(xué)現(xiàn)代化、儀器化大量出現(xiàn)，使其相當(dāng)一部分原因是由于教師的需求和教師對(duì)職業(yè)病的懼怕，但是大量應(yīng)用儀器的教學(xué)減弱了知識(shí)言傳身教的精髓。而相信通過(guò)類似吸塵黑板擦的出現(xiàn)，從根本上消除教師對(duì)職業(yè)病的懼怕，讓知識(shí)的殿堂更加純凈。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)主編《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]秦大同主編.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]謝進(jìn)主編.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2006.

[4]呂仲文主編.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[5]謝黎明主編.機(jī)械工程與技術(shù)創(chuàng)新[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.