可兼容不同造型筆的筆帽結構

譚迪熬? 中國發明協會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發明協會中小學創造教育分會會長，科技創新教育特級教師，教育部國培計劃專家庫專家。

一、設計背景

筆是學生每天都要用到的文具，在使用過程中，我發現了一個讓人頭疼的問題：筆帽經常丟失。沒有了筆帽的保護，筆尖容易損壞，造成一定的資源浪費。

如何才能防止筆帽丟失？在這個問題的驅使下，可兼容不同造型筆的筆帽結構誕生了。

二、設計難點

研究筆帽前，必須先了解筆帽與筆桿是如何扣合的。通過多次拆解不同造型的筆，我終于了解了筆帽扣合的基本原理。

如圖1所示，筆桿靠近筆尖部位有環形定位凸起2，同時在筆帽內部有環形定位凸起3。環形定位凸起2的外邊緣尺寸略大于環形定位凸起3的內邊緣尺寸，當筆桿與筆帽扣合時，環形定位凸起2通過擠壓變形，從環形定位凸起3處擠過去，此時筆尖觸碰到筆帽頂端的橡膠防護墊1。由于橡膠具有彈性，將筆桿往回頂，使環形定位凸起2與環形定位凸起3接觸并卡緊，筆帽扣合完成。

通過了解筆帽扣合的原理可知，要設計一種可兼容不同造型筆的筆帽結構的難點主要有兩個：一是不同筆桿的規格存在差異，二是不同筆帽的環形定位凸起位置不同。

三、結構原理

經過多次構思與驗證，本作品克服了以上兩個難點，其結構原理如圖2所示。

本作品包括筆蓋、彈簧、滑片、擋圈、筆桿、環形定位凸起、彈片固定結構、彈片結構等。筆蓋內部設置彈片結構，當筆插入時，環形定位凸起擠壓彈片使其變形，當環形定位凸起經過彈片后，彈片恢復到最初形態，起到固定筆桿的作用。

由于不同造型的筆的環形定位凸起到筆尖的距離不一樣，因此需要設計一個能讓環形定位凸起與彈片接觸的可調節結構。

于是，我在筆蓋內端設置一個可沿筆蓋軸向滑動的滑片，滑片的中心位置有一個便于筆尖插入和定位的小孔。滑片與筆蓋頂部之間設置一個彈簧，另一側設置擋圈，擋圈對滑片進行位置限定，使滑片可在彈簧與擋圈之間移動。

當不同造型的筆插入筆帽時，筆尖就會穿過滑片中間的孔并推動滑片向內移動，不同程度地壓縮筆蓋頂部的彈簧。當筆桿進入到使環形定位凸起擠過彈片后即可松手，此時筆桿與筆帽完成扣合。

我設計的筆帽結構可與大部分的筆匹配。這種結構僅需要幾個部件即可組裝，結構非常簡單，便于大范圍的推廣與使用。

四、原理擴展

本作品的基本原理是，筆蓋內用于固定的結構都是可變形的，因此能對不同造型的筆進行固定。根據這個基本原理，還可以找到其他方式實現筆帽兼容的效果。

比如，如圖4所示，將彈片結構改為兩組環形橡膠結構，實現兩點定位。同時依靠橡膠與筆桿之間的摩擦力，使得筆帽不會輕易脫落。

五、總結

在本作品的設計和發明過程中，我得到了老師和同學們的指導、幫助，受到了很多啟發。

首先，一個好的發明一定是多次試驗的結果。要想做出好的作品，必須先了解它的基本原理。

其次，在實踐過程中，我發現本作品也并非完美無缺，一些特別細或形狀復雜的筆仍然無法被固定，這也為我今后的改進提供了方向。

最后，珍惜和保護好每一支筆，也是保護我們的大自然，為節約資源貢獻自己的力量。我會努力學習更多的理論知識，爭取發明更好的作品，真正地造福社會。（指導老師：董喜梅）

專家點評

看到田子涵同學的這項發明，有的人會不以為然：與筆帽相關的發明與改進已經有很多了，還做這類項目有意思嗎？其實不然，它是一個值得深入探討、能夠體現學生創新意識以及創新習慣養成的項目。

從發明的方法來看，該項目既可以說是一個簡單課題妙做的項目，又可以說是一個老題新做的項目。

大家都有過因筆帽丟失而煩惱的經歷，而田子涵同學找到了這個創新點，且并不因為這個創新點不夠“高、大、上”而放棄。通過巧妙的構思，作者用兩道“關卡”卡住造型不同的筆桿，封閉性好，筆墨不容易干。它的巧妙之處勝過最近獲得實用新型專利的“一種適用于多種不同直徑筆使用的筆帽”。

建議田子涵同學在文本的表述方面下功夫，進一步提升自己的書面表達能力，讓這個有利于個人創新習慣養成的項目給更多人啟迪。

（欄目編輯 田春憶）