新型自動擦拭和吸塵黑板的創新設計

孫三祺

摘 要：當前，盡管多媒體為代表的現代化教育工具已經普遍走進課堂，但是在數學、物理等需要講解與論證的課程中，傳動的黑板依然不可或缺。然而，傳統黑板需要手動擦拭，這無疑增加了教師不必要的勞動，同時粉筆灰塵會對教師和學生的身體健康造成傷害。本文鑒于此，創新設計了一種自動擦拭和吸塵的黑板，對該新型黑板的工作原理、機械結構、工作過程等進行了介紹。該黑板實現了自動擦拭和自動吸收粉筆灰塵，減輕了廣大教師的負擔，保護師生的身體健康。

關鍵詞：黑板；自動擦拭；自動吸塵

中圖分類號：TH12 文獻標志碼：A

0 前言

隨著教育逐步走向現代化，我國各級學校的課堂教學方式發生了重大的變化，以多媒體為代表的現代化教育工具極大地改善了教師的教學方式、方法，不但使其從長篇的板書中解放出來，同時也極大地提高了課堂教學效率。然而，在一些課程的講授中，如理科類學科的公式推導，受課堂講解與論證的需求，應用黑板和粉筆授課在當前教學過程中仍是重要的方式之一，特別是經濟發展落后、教學條件差的地區，黑板仍是必不可少的。

然而，傳統的黑板主要包括黑板面、粉筆、黑板擦。它主要存在兩大弊端：①傳統黑板需要手動擦拭，書寫不方便，一天至少寫十幾塊黑板，多數老師需要自己擦拭，手動擦黑板費時費力；②擦拭黑板產生的粉筆灰塵會對教師和同學身體健康造成傷害。如粉筆塵非常容易被教師或者學生吸入肺部，粉塵被吸入肺部后多數被阻留在肺泡內，進而會誘發呼吸系統炎癥并降低肺通氣功能，嚴重的甚至會導致肺癌、塵肺病等。湖北汽車工業學院申請提出的專利“搖動式機械黑板擦”，雖然較傳統黑板擦有所進步，但是其采用手動搖動，傳動系統較復雜，而且缺乏粉塵收集裝置。鑒于此，創新設計了一種自動擦拭和吸塵的黑板，實現黑板擦拭的自動化，減輕廣大教師的負擔，同時減輕粉筆灰塵對老師和同學身體的傷害，呵護師生的身體健康。

1 新型自動擦拭和吸塵黑板的工作原理

新型自動擦拭和吸塵黑板采用滾珠絲杠和齒輪齒條作為傳動裝置，通過滾珠絲杠將驅動電機輸出的回轉運動轉化為直線運動，進而使得擦拭體能夠左右移動。借助于齒輪和齒條的嚙合傳動，使得擦拭體在左右移動的過程中實現滾動，實現高效擦拭。此外，在清除的過程中，由吸塵電機通過負壓原理將粉筆灰收集在吸塵裝置中，同時吸塵裝置可以隨著擦拭體一起左右移動。吸塵裝置一方面可以極大的吸收擦拭黑板過程中產生的粉筆粉塵，保護師生的身體健康，另一方面，將粉筆粉塵集中在一起也便于黑板的清理打掃。當擦拭體運動到左右極限位置觸碰到兩側的限位開關時，限位開關產生電信號進而通過單片機使得驅動電機和吸塵停止工作，并調整驅動電機的轉動方向，為下一次擦除做好準備。其工作原理如圖1所示。

2 新型自動擦拭和吸塵黑板的機械結構和工作過程

2.1 機械結構

自動擦拭和吸塵黑板主要采用滾珠絲杠和齒輪齒條進行機械傳動。如圖2所示為黑板的結構示意圖。

黑板板面的上部和下部分別安裝了支撐塊，支撐塊分別用來支撐絲杠和固定直線導軌，驅動電機經過減速器后與絲杠連接，絲母與絲杠相互配合傳動，傳動軸的上端和下端分別與絲母和滑塊通過轉動副連接，擦拭體固定在傳動軸上。在電機的驅動下絲杠可以在支撐塊的約束下相對轉動，帶動絲母左右移動，進而實現擦拭體的左右移動。黑板板面的上方以及絲杠的下方安裝有齒條，在傳動軸上固定安裝有齒輪。在擦拭體左右移動的過程中，齒輪齒條相互嚙合傳動，進而使得擦拭體在左右移動的過程實現轉動。黑板板面的下方設置直線導軌、滑塊以及吸塵裝置連接滑塊與直線導軌之間通過移動副連接，滑塊和吸塵裝置連接滑塊通過連桿固連。吸塵裝置設在吸塵裝置連接滑塊上，進而使得擦拭體在左右移動的過程中也能夠帶動吸塵裝置左右移動。黑板板面上方的左右兩端均安裝有限位開關。

2.2 工作過程

當教師需要擦拭黑板時，首先通過控制器盒上的啟動按鈕使驅動電機和吸塵電機開始工作，在驅動電機以及傳動系統的作用下，擦拭體正向移動并保持滾動狀態，實現對黑板的擦拭。同時，在吸塵電機的作用下產生負壓，進而吸收擦拭過程中產生的粉筆灰塵。當擦拭體觸碰到限位開關時，限位開關向單片機發出電信號，進而通過單片機使驅動電機和吸塵電機停止工作，擦拭體停止運動，單片調整驅動電機的轉動方向為下一次擦除做準備。

3 創新點及展望

本文創新設計了一種新型自動擦拭和吸塵黑板，對該新型黑板的工作原理、機械結構、工作過程等進行了介紹。該黑板采用滾珠絲桿和齒輪齒條作為傳動系統，相比于同類型黑板，其傳動系統更加簡單，便于實現，同時其增設了吸塵裝置，實現了在黑板擦拭的過程中對粉筆灰塵的自動收集，有利于減少粉筆灰塵對師生身體的損害。其主要創新點在于：①該黑板實現了黑板粉塵自動收集功能，保護師生身體健康；②該黑板實現了自動擦拭，將教師從手動擦黑板中解放出來。

新型自動擦拭和吸塵黑板可以幫助教師和學生遠離粉塵困擾，更舒心的教學和學習，有利于其身體健康。同時該黑板結構簡單，易于實現，能夠適用于各種不同的教學場合，其成本低廉，特別適用于貧窮和教育落后地區。展望未來，自動擦拭和吸塵黑板將在課堂中扮演一個不可或缺的角色，保護師生的身體健康，更加完美地服務于師生的課堂生活。

參考文獻

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