自动擦拭和吸尘黑板创新设计

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摘要：当前，尽管多媒体为代表的现代化教育工具已经普遍走进课堂，但是在数学、物理等需要讲解与论证的课程中，传动的黑板依然不可或缺。然而，传统黑板需要手动擦拭，这无疑增加了教师不必要的劳动，同时粉笔灰尘会对教师和学生的身体健康造成伤害。本文鉴于此，创新设计了一种自动擦拭和吸尘的黑板，对该新型黑板的工作原理、机械结构、工作过程等进行了介绍。该黑板实现了自动擦拭和自动吸收粉笔灰尘，减轻了广大教师的负担，保护师生的身体健康。

关键词：黑板；自动擦拭；自动吸尘

随着教育逐步走向现代化，我国各级学校的课堂教学方式发生了重大的变化，以多媒体为代表的现代化教育工具极大地改善了教师的教学方式、方法，不但使其从长篇的板书中解放出来，同时也极大地提高了课堂教学效率。然而，在一些课程的讲授中，如理科类学科的公式推导，受课堂讲解与论证的需求，应用黑板和粉笔授课在当前教学过程中仍是重要的方式之一，特别是经济发展落后、教学条件差的地区，黑板仍是必不可少的。然而，传统的黑板主要包括黑板面、粉笔、黑板擦。它主要存在两大弊端：①传统黑板需要手动擦拭，书写不方便，一天至少写十几块黑板，多数老师需要自己擦拭，手动擦黑板费时费力；②擦拭黑板产生的粉笔灰尘会对教师和同学身体健康造成伤害。如粉笔尘非常容易被教师或者学生吸入肺部，粉尘被吸入肺部后多数被阻留在肺泡内，进而会诱发呼吸系统炎症并降低肺通气功能，严重的甚至会导致肺癌、尘肺病等。湖北汽车工业学院申请提出的专利“摇动式机械黑板擦”，虽然较传统黑板擦有所进步，但是其采用手动摇动，传动系统较复杂，而且缺乏粉尘收集装置。鉴于此，创新设计了一种自动擦拭和吸尘的黑板，实现黑板擦拭的自动化，减轻广大教师的负担，同时减轻粉笔灰尘对老师和同学身体的伤害，呵护师生的身体健康。

1新型自动擦拭和吸尘黑板的工作原理

新型自动擦拭和吸尘黑板采用滚珠丝杠和齿轮齿条作为传动装置，通过滚珠丝杠将驱动电机输出的回转运动转化为直线运动，进而使得擦拭体能够左右移动。借助于齿轮和齿条的啮合传动，使得擦拭体在左右移动的过程中实现滚动，实现高效擦拭。此外，在清除的过程中，由吸尘电机通过负压原理将粉笔灰收集在吸尘装置中，同时吸尘装置可以随着擦拭体一起左右移动。吸尘装置一方面可以极大的吸收擦拭黑板过程中产生的粉笔粉尘，保护师生的身体健康，另一方面，将粉笔粉尘集中在一起也便于黑板的清理打扫。当擦拭体运动到左右极限位置触碰到两侧的限位开关时，限位开关产生电信号进而通过单片机使得驱动电机和吸尘停止工作，并调整驱动电机的转动方向，为下一次擦除做好准备。其工作原理如图1所示。

2新型自动擦拭和吸尘黑板的机械结构和工作过程

2.1机械结构。自动擦拭和吸尘黑板主要采用滚珠丝杠和齿轮齿条进行机械传动。如图2所示为黑板的结构示意图。黑板板面的上部和下部分别安装了支撑块，支撑块分别用来支撑丝杠和固定直线导轨，驱动电机经过减速器后与丝杠连接，丝母与丝杠相互配合传动，传动轴的上端和下端分别与丝母和滑块通过转动副连接，擦拭体固定在传动轴上。在电机的驱动下丝杠可以在支撑块的约束下相对转动，带动丝母左右移动，进而实现擦拭体的左右移动。黑板板面的上方以及丝杠的下方安装有齿条，在传动轴上固定安装有齿轮。在擦拭体左右移动的过程中，齿轮齿条相互啮合传动，进而使得擦拭体在左右移动的过程实现转动。黑板板面的下方设置直线导轨、滑块以及吸尘装置连接滑块与直线导轨之间通过移动副连接，滑块和吸尘装置连接滑块通过连杆固连。吸尘装置设在吸尘装置连接滑块上，进而使得擦拭体在左右移动的过程中也能够带动吸尘装置左右移动。黑板板面上方的左右两端均安装有限位开关。2.2工作过程。当教师需要擦拭黑板时，首先通过控制器盒上的启动按钮使驱动电机和吸尘电机开始工作，在驱动电机以及传动系统的作用下，擦拭体正向移动并保持滚动状态，实现对黑板的擦拭。同时，在吸尘电机的作用下产生负压，进而吸收擦拭过程中产生的粉笔灰尘。当擦拭体触碰到限位开关时，限位开关向单片机发出电信号，进而通过单片机使驱动电机和吸尘电机停止工作，擦拭体停止运动，单片调整驱动电机的转动方向为下一次擦除做准备。

3创新点及展望

本文创新设计了一种新型自动擦拭和吸尘黑板，对该新型黑板的工作原理、机械结构、工作过程等进行了介绍。该黑板采用滚珠丝杆和齿轮齿条作为传动系统，相比于同类型黑板，其传动系统更加简单，便于实现，同时其增设了吸尘装置，实现了在黑板擦拭的过程中对粉笔灰尘的自动收集，有利于减少粉笔灰尘对师生身体的损害。其主要创新点在于：①该黑板实现了黑板粉尘自动收集功能，保护师生身体健康；②该黑板实现了自动擦拭，将教师从手动擦黑板中解放出来。新型自动擦拭和吸尘黑板可以帮助教师和学生远离粉尘困扰，更舒心的教学和学习，有利于其身体健康。同时该黑板结构简单，易于实现，能够适用于各种不同的教学场合，其成本低廉，特别适用于贫穷和教育落后地区。展望未来，自动擦拭和吸尘黑板将在课堂中扮演一个不可或缺的角色，保护师生的身体健康，更加完美地服务于师生的课堂生活。

参考文献

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[2]李建伟，刘贾铉，张振军.关于对解决黑板擦拭麻烦及粉尘处理的研究[J].山东工业技术，2016（3）：189-189.

[3]伍英，周旭，王永泉，等.摇动式机械黑板擦[P].中国：2016203431780.2016.

作者:孙三祺 单位:河南省实验中学