浅析机械式吸尘黑板擦的设计与制作
加法创新的案例黑板擦
加法创新的案例黑板擦吸尘黑板擦工作原理：一种吸尘式黑板擦，该黑板擦在擦除黑板上的粉笔字迹时，能将大部分擦落的粉笔末带到黑板擦的盒体内。
其工作原理是在黑板擦盒体的底部安装毛刷辊，毛刷辊的一小半露在盒体外，在盒体内毛刷辊的两侧有一对刮削条，刮削条只能向盒内单向翻转。
当毛刷辊带着粉笔末转动时，向盒内转动的一侧将刮削条掀起，从盒内转出的一侧受到刮削条的刮削作用，将毛刷辊上的粉笔末刮下，留在盒内。
使用特点与意义：根据国家有关报告1993年统计资料显示：我国的师生每年因上课吸入的粉笔灰约200克/人，患呼吸道、肺部疾病、癌症的约20%/年。
由此可见，粉笔灰对师生的健康危害是多么大。
同时飞扬的粉笔灰对师生的个人卫生污染非常大，如飞扬的粉笔灰使师生的衣领、袖口、头发、身上都离不开它那烦人的阴影！目前，国家虽然对教育非常重视，都在创造绿色教学环境。
但往往要投入非常大的资金才能改善教学环境，创造绿色教育。
而我们的吸尘黑板擦，只要投入很少的资金就能拥有一个绿色环保的教学环境。
该产品我单位2006年的最新上市产品，是国内目前唯一一家进入《中国教学仪器设备目录》的环保教学仪器产品。
该产品在揩擦吸尘效果、积尘容量、过滤系统、清理等方面是目前同类产品中最好、最专业的环保产品！且产品都有CE和FCC认证。
产品功能：在揩擦黑板的同时能吸进98%以上的粉尘，揩擦和吸尘双重功能，效果显著，有效的避免了环境的污染，从而保障师生健康和卫生的作用。
适用范围：使用于学校，部队，各企事业单位的金属黑板，玻璃黑板，水泥黑板，木质黑板以及石质黑板等凡用粉笔书写的各种光整平面的揩擦和吸尘。
吸尘黑板擦的显著特点：1、产品外观形状：符合人体工程学设计的流线型。
在开发设计时，提供了多种外观型状设计方案，通过美国、日本、国内等学校师生的大量调查统计后，最终确定本产品的外观形状。
2、吸尘效果：本产品的风轮设计是经研究飞机蜗轮的高级工程师设计，吸力在同类产品中为最突出，在积尘接近饱满状态下的吸尘效果仍然能达到98%以上。
全自动黑板除尘器的机械结构设计
１ 方 案 及 工 作 原 理
１１ 产 品方 案 ．
根 据 所 选 定除尘器 的整体 结构 采用 导 轨 固定式 ．在 黑板 上 下边
各有一 根 水平 齿条 作 导轨 ，两 根竖 直 的轴 上分 别装上 一
个 大 板 擦 和 一 个 小 板 擦 ， 两 根 轴 的 两 端 都 被 连 在 一 起 作
大板 擦 由擦板 、电 磁 铁 、偏 心 轮 、减 速 圆锥齿 轮 、
传动 轴 、吸尘 管 等组 成 。使用 时 ，靠 电磁铁 来控 制 板擦 与黑 板 的接 触和脱 离 ，大电机 通 过轴 带动 板擦 在黑 板导 轨 上 移 动 。 当一 次擦 完 时 ，可 在 黑 板 两 边 装 上 限位 开
ｓ ｔｈ ｆｄｕｓ ａ ￣ ｒ ｋｅｃ ｏ ｔｃ ｔ： ｈｅ
关 ，使板 擦 完成 工作 时 自动停 在 黑板 的某 一侧 。板擦 中
装有 吸尘 管 ，可 以收集粉 笔灰 。
基 金项 目：徐 州工 业 职 业技 术 学 院科 研 项 目（ Ｇ ０ ８９ Ｘ Ｙ２０ ２ ） 作 者 简 介 ： 李 荣 兵 （ ９２ ， 男 ， 江 苏 丰 县 人 ， 副教 授 。 １６ －）
第２ ２卷 第 ３期 ２Ｏ Ｏ ９年 ５月
机 电产 品 开 笈 与 新
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ Ｉ ｎ ｖ ｔ ｎ ｏ ｃ ｉ ｅｙ ＆ Ｅ ｅ ｔ ｃ ｌＰ ｏ ｕ ｔ ｖ ｌｐ ｎ ＆ ｎ ｏ ａｉ ｆ ｏ Ｍａ ｈｎ ｒ ｌｃｒ ａ ｒｄ ｃｓ ｉ
Ｖｏ．２。 ３ １ ２ Ｎｏ．
主 要 研 究方 向 ：机械 设 计 制 造 ；余 心 明 ，男 ，湖 北 天 门人 。 主 要研 究 方 向 ：机 械 设 计 。
关 键 词 ： 电机 ；结 构 设 计 ； 黑板 擦 ；全 自动
无尘自动黑板擦设计
图 圆 压紧装置
态时袁排水管直立悬挂于水箱挂钩上袁当需要排出废水时袁依
靠自然压力排出袁如图 源 所示遥
猿援 缘 擦带的选择 擦带选择的是那种横竖相垂直的大条纹相间棉或者胶棉
组成的纤维材质袁对此特进行了市场的相关调查袁综合了解测 试之后袁这样的选择会对擦除效果产生更为明显的效果咱源暂 遥
功率吸尘器吸附粉尘袁依旧没有解决粉尘飞扬的问题袁没有达到预期的效果袁而且这类黑板擦价格方面也
比较昂贵袁结构复杂笨重咱员鄄圆暂 遥 本文设计的这款无尘自动黑板擦是一种黑板自动清洁器袁结构简单合理袁
擦拭黑板干净袁操作方便袁减少粉笔灰的飘落袁无需用手直接接触粉笔灰袁实现无尘擦除袁在极大程度上减
少了对人身体的伤害遥 这款无尘自动黑板擦造价低袁安装方便袁无需对地面打孔袁还可对其进行移动搬运
装置四部分组成遥 电动机为整个擦拭系统的运行提供动力曰压紧装置使擦带和黑板间的接触更加紧密曰清洁装
置实现无尘擦除曰挤水装置使吸附在擦带上的多余水分排尽遥 做到了以机械电气化来代替人力擦除袁轻松擦除
黑板上的粉笔字迹袁擦除效果更加显著袁并且在使用过程中极大程度的减少了粉笔灰的产生袁使擦除过程更加
野 绿色环保冶 袁能够为师生营造一个干净舒适的课堂环境遥
置遥 考虑到夹紧装置施加给擦带的正压力不宜过大渊 正压力过大袁会使擦带被卡住袁无法转动袁因而不能
擦除黑板上的字迹冤 袁同时也不能过小渊 正压力过小袁会使擦带与黑板间接触不良袁无法达到预期的擦除效 果冤 袁因此袁设计了野滚筒滚动式冶 压紧装置袁即在靠近水箱顶端位置固定两组四个滚动滚筒袁由于滚筒本身
具有一定的尺寸袁因此当装置工作时袁绕在滚筒上的擦带能够和黑板更紧密的接触袁从而提高擦除效率遥 如图 圆 所示遥
无尘黑板擦
项目名称：卡套式无尘黑板擦来源：第十二届“挑战杯”省赛作品小类：机械与控制大类：科技发明制作B类简介：本设计采用吸尘器原理和卡套式思路相结合，由一个9V 直流电源即可带动，利用鸭嘴式吸口可将板擦四周粉尘吸入粉尘盒中。
该电路通过排气口排出定量空气形成了内外的压强差异，再通过向心力将吸口处粉尘吸入。
其外观，利用卡扣方式将本装置固定在现有黑板擦背面，方便拆卸与清洁。
本装置的结构简单，方便携带，除教学应用外，还可用在认为无法到达的地方的清洁。
详细介绍：我们利用相应转速形成一定量的吸引力，再利用吸气口与排气口形成相对应的真空区间，产生了内外的压强差。
这一方案既解决了转速不易产生的问题，又解决了体积问题，便于携带。
在排气口处装一片1毫米厚的海绵即可。
因海绵本身的间隙，既可保证粉尘无法通过，又可保证空气的流通顺畅，所以选用方案二较好，它不仅解决了过滤问题，又解决了本身的重量问题。
总上所述，装置对转速要求过大和体积过大的特点，进行了针对性的改善，还对其携带方式进行了完善，将其四周进行相应修改，运用卡扣使的特点，可将其卡在所用黑板擦上，既方便了携带，又节省了购买资金。
(收起)作品专业信息设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标1、目的：减少学生与教师对粉笔粉尘的吸收量；减缓患呼吸道疾病的几率。
2、基本思路：以抽油烟机和电脑散热扇的原理为基础，通过向心与真空吸力吸尘，再利用海绵特性改善粉尘过滤网。
3、创新点：将向心涡旋吸力与真空压强差产生的吸力进行了结合，将海绵用途进行了拓展。
4、技术关键：龙卷风涡旋原理、真空压强差原理5、主要技术指标：每分钟的排气量、风量值越大排气量越大、风压、声功率级即噪声大小科学性、先进性科学先进性：将涡旋原理与压强差原理相结合，使粉尘不经过风叶，且将粉尘吸得干净。
它是一种吸尘小装置，将其卡在所用物体上即可。
将吸尘口设在装置四周，在板擦用较长时间，被损坏时不用另买设备只需更换黑板擦即可，且在使用的过程中，不会发生毛刷将吸尘孔堵塞的情况，这种设计，还能改善擦拭过程对中四周粉尘的吸收。
一种可吸粉尘式环保黑板擦的设计
一种可吸粉尘式环保黑板擦的设计作者：王勇佘士严赵牧川余常徐菁菁来源：《科技创新与应用》2016年第28期摘要：我国是世界上最大的发展中国家，受教育人口众多，粉笔会在未来很长一段时间都会继续使用，而粉尘乱飞这个问题始终没有解决。
基于此，文章设计出了一种在黑板擦拭过程中可以用来吸收粉尘的环保型黑板擦，成本低廉但是也兼具环保型和简便性，可以达到低碳环保的理想效果。
关键词：可吸收粉尘；环保；黑板擦1 概述我国是世界上最大的发展中国家，受教育人口众多[1，2]，粉笔会在未来很长一段时间都会继续使用，而粉尘乱飞这个问题始终没有解决。
在教室等一般公共教育场所，随处可见在黑板擦拭过程中粉尘飞扬进而影响上课效率。
甚至长此以往会对教育工作者或者学生的身心健康造成伤害。
2 黑板擦设计2.1 传统的黑板擦设计传统黑板擦造型简洁，采用长方体的样式，便于持握。
但是它同时具有的弊端包括：无法减轻粉笔粉尘的污染；无法将黑板擦拭干净；不能清除死角[3]。
前人在此基础上进行了研究改进，绝大多数采用机械、电动的方法自动或半自动的擦去粉笔字，有采用静电除尘，利用静电吸附粉尘；有采用大功率吸尘器吸尘，把大功率的吸尘器管道和黑板擦相连，黑板擦擦掉的粉尘直接被大功率管道吸走；有借助汽车的雨刷装置刷擦黑板，但没有解决粉尘随处飘的问题。
2.2 改进的环保型黑板擦的设计本次改进型的环保黑板擦并没有对其外形做太多的修改或设计，文章采用Auto CAD等制图软件，对这种环保型黑板擦进行了创新性的改进和设计，即在传统黑板擦的基础上增添了一种吸尘装置，这种吸尘装置是由两扇风扇叶片组成，当我们打开开关时，风扇扇叶开始工作，通过强力的吸附和环保型黑板擦侧面的开孔，可以将擦拭过程中产生的粉笔粉尘吸收进黑板擦，从而对传统型黑板擦做了有效的改进，达到了环保低碳的效果。
新型的环保黑板擦的结构如图1所示。
从图中我们可以看到，黑板擦由四部分组成：黑板擦外框、粉尘盖、吸尘叶片、擦拭面。
大学生创意大赛计划书——全自动吸尘黑板擦
大学生创意大赛计划书
如图：
二、创新点
社会环境分析：现在常用黑板擦存在很多不足，比如普通黑板擦的效率低下，且往往不能很好的把黑板擦干净，而且普通黑板擦的使用往往会造成大量的粉尘，对老师，前排同学的健康造成不良的影响。
如今学生压力大，时间紧，能够主动去擦黑板的人并不是很多。
所以该产品的出现顺应了社会的需求，其适用于小学，高中，大学各层次学校，各单位，公司，企业，培训机构，市场广泛，可置身于任何教学环境，可自动擦净黑板，减轻教师教学负担，提高教学效率。
1.传统黑板擦：价格便宜，在目前的中小学校中大量使用，占据了市场的70%
2．滚动式环保黑板：价格较高，在一些县市级中小学校中较多使用，占据了市场的10% 3．吸灰黑板擦：价格适中，在一些县市级中小学校中较多使用，占据了市场的10%
竞争优势：新型多功能黑板擦本身的优越性能；对其广大的师生具有超强的优越性能。
三、可行性分析
3.1价值主张
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，传统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。
鉴于此，我们创新设计了一种自动擦拭和吸尘的黑板擦，该黑板擦实现了自动擦拭和自动吸收粉笔灰尘，减轻了。
自动清洁黑板擦的设计与制作
3、研究进度
阶段 一 时间 主要任务 阶段目标 2009年11 查阅资料 构思自动清洁黑板 月——12 擦的操作原理，内 月 部结构等。
二
2010年1 月——2 月 2010年3 月——5 月 2010年6 月
设计电路 咨询导师，在导师 图 的指导下完成电路 的设计。 购买材料 大致完成自动清洁 并组装 黑板擦的组装可进 行初步操作。
实践试验 将自动清洁黑板擦 并做修改 的组装性质化，逐 步理想化。
三
四
四研究中可能存在的问题。 1、无相关专业人员的参与，自动清洁黑板擦的组装， 存在 问题。 2、内部结构较复杂。 可能导致自动清洁黑板擦的体积较大、操作不便捷。 上述问题可能是一时难以解决的，但解决它们 无疑会使我们的能力得到进一步的提高。因此我们将 在研究过程中尝试解决这些问题使我们的研究取得圆 满的成果。
二、可行性论证
1、研究该课题的知识要求 我们可以上网查阅资料，搜索有关电路设计，也可以向指导 教师指教电学问题，在导师的领导下适当进行调查活动，从而 保障操作的准确性合理性。 2、组员分工 参与本课题研究的同学各有所长，并且富有合作精神。经过 讨论，大家一致推举郑凯文为组长，并确定小组其他成员的分 工。 资料收集、元件采购：周蓓诗 设计线路图：江越 PPT制作：周蓓诗
设计方案的撰写：郑凯文Fra bibliotek设计图纸说明书：江越 、郑凯文 访问导师，解说：童欣培
三、研究计划
1、研究假设 自动清洁黑板擦的内部结构比较复杂，操作便捷、清洁彻底， 给人们带来便利。 2、研究方法。本课题研究主要采用文献法、实验操作法。
（1）查阅相关资料图片，设计电路图。
（2）咨询导师，讨论相关电学问题，购买材料、组装电路。
二可行性论证1研究该课题的知识要求我们可以上网查阅资料搜索有关电路设计也可以向指导教师指教电学问题在导师的领导下适当进行调查活动从而保障操作的准确性合理性
自动擦拭和吸尘黑板创新设计
自动擦拭和吸尘黑板创新设计摘要：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。
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浅析机械式吸尘黑板擦的设计与制作
【摘要】自教育诞生以来，粉笔和黑板就是作为传统的主要教学工具而延传
至今，它们对人类的教育事业与社会的发展起到了积极促进作用。但由于粉笔在
使用过程中会生成大量粉尘，严重影响着广大师生们的身体健康，针对这种情况，
现研究了一种可以自动吸尘的机械式黑板擦，利用小型电动机以及相关齿轮传动
机构，可以对粉尘自动收集，利用Pro/E进行机构运动仿真，验证其工作的可行
性，此装置能避免粉尘飞扬，从而有效地保护了师生们的健康。
【关键词】黑板擦；齿轮机构；运动仿真；自动吸尘
引言
[1]根据国家有关报告2006年统计资料显示：我国教师每年因上课吸入的粉
笔灰约200克/人，患肺部疾病、癌症的约20%/年。由此可见教学中的粉笔灰对
广大师生的身体健康影响甚大。随着社会经济的发展，国家也开始投入越来越多
的资金来改善教学环境，提倡多媒体教学，创造绿色教育。尽管如此，因为粉笔
的使用简单，价格便宜，方便快捷等优点，现代教学中依然大量使用着粉笔，所
以无法从根本上解决粉尘对师生健康的危害。为此从研究黑板檫的功能出发，找
到突破口，通过改变黑板擦内部结构，利用两个小型电动机作为驱动装置，通过
一系列齿轮传动机构，在擦黑板的过程中自动将粉尘吸入。
1、工作原理
机械式黑板擦之所以能够自动吸尘，主要运用了相关的物理知识，在黑板擦
体内配置有两个功率20w的小型的电动机，装入电池后，启动开关，电动机带
动叶片以大约400转/秒的转速工作，此时在壳体内将产生较强的吸力和压力，
[2]在吸力和压力的作用下，风叶片后端的空气快速排出，而其前端空气不断地
补充流出的空气，致使黑板擦内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在
此压差的作用下，吸入含粉尘的空气，然后在黑板擦的背部壳体中被过滤。
2、吸尘装置方案设计分析
该自动吸尘黑板擦外壳采用ABS塑料，擦拭黑板部分采用含绒布的复合材
料，该材料要求不仅擦拭效果良好，同时通气性能也较高，便于将粉尘吸进，中
间则将安装有电动机的版块固定好，然后便是粉尘过滤装置，该材料不仅要求通
风性能良好，还要保证不能让粉尘通过，为此选用双层海绵，将吸进黑板擦的粉
尘固定于其中，并且壳体背部多孔，便于气体流通；以上便是该装置相关材料的
设计及选定。
下面将从其原理出发，进行设计分析：电动机旋转，带动螺旋叶片转动，做
一个简单生动的比较，能够吸住一些几乎不存在重量的灰尘与一枚硬币的区别，
实质上仅仅在于吸取一枚硬币的时候，在单位时间，单位面积内流通过的气体分
子量需要更多，吸力的主要作用就是在吸取物体时通过克服阻力，以获得足够的
气量通过毛毡，而较为合适的吸力（压力）值通过相关实验确定，具有以下规律：
（1）[3]风量最大的时候吸尘装置的螺旋叶片高速旋转，排出的空气比吸进
的空气多，因此叶片后部产生负压，负压将粉尘吸进板擦体内，通过双层海绵被
吸附过滤，螺旋叶片的后部是吸入，前部是排出，效率较高；
（2）随着螺旋叶片转速提高，在板擦体内产生的真空度也随着增加，但是
吸尘效率却逐渐降低；
由上诉两点规律可知道，在进行装置方案设计时并不需要计算出吸力是多
少，最佳吸力是通过实验测出，一般来说这个大气压值在负0.03MPa至负
0.02MPa之间就较为理想，当压力进一步增加或降低的时候，吸尘效率反而会降
低。（如图2-1所示）
3、方案设计难点探析
自动吸尘黑板擦主要是基于传统黑板擦的不足加以改进，在结构内部新增电
动机，[4]利用螺旋叶片转动产生局部负压（真空），在擦拭黑板的时候将粉尘自
动吸入，从方案设计到材料的筛选，在完成该装置的过程中，主要存在一下几个
下方面的难点：
（1）擦拭布料及过滤处材料的选择
在该装置中擦拭布是作为粉尘吸入的进口，首先需要保持传统黑板擦优良的
擦拭能力，能有效的擦除黑板上的粉笔字迹，同时还得具有一定的疏密程度，以
便保证粉尘能顺利吸入，另外在含有大量粉尘的气流通过黑板擦背部外壳时，必
须保证粉尘能被有效的吸附过滤掉，这样才能到达除尘功效，经过反复试验，综
合考虑价格，耐用度等各方面因素，最终确定擦拭布料为含10%羊毛，70%绒布，
20%其它的复合材料，背部过处采用100%海绵材料；（如右图3-1所示）
（2）装置结构设计
该装置因为新增了电动机作为吸尘动力源，为此需要在传统的黑板擦上面做
相应的结构改变，将两个小型电动机安置在黑板擦内部，增加黑板擦的原始高度，
以便容纳电动机和电池；但同时因为电动机长期工作在粉尘较多的环境中，散热
以及除尘也需要综合考虑，经反复的实验改进，发现在电动机四周包裹上一层厚
度约3毫米的海绵后，在正常工作时间长度内，不仅能有效减少粉尘进入机体，
而且对于热量的散失也不会存在较大阻碍，一般3-4天清洗一次便能保持良好的
除尘性能；（如图3-2所示）
4、结论
通过上述相关设计与分析，完成了基于传统黑板擦的功能改进，通过Pro/E
三维绘图软件进行了运动模拟仿真，验证了其工作的可行性，尽管现代科技飞跃
发展，大量现代化教学仪器出现在课堂之中，[1]粉笔作为最原始的的教学工具，
在知识的传授过程中有着不可代替的巨大作用，很多现代化教学仪器减弱了知识
言传身教的有效性以及趣味性，而类似于自动吸尘黑板擦这样的小巧装置，既减
少了粉尘对教师以及学生健康的影响，又保持了知识传递的高效性，从根本上降
低了教师对职业病的畏惧，让知识的殿堂更加的纯净！
参考文献
[1]姜鹏.关于教室粉尘污染的研究[J].家庭医生，2010，05：25-27.
[2]张三慧.大学基础物理学[M].北京：清华大学出版社，2007：100-132.
[3]机械设计手册编委会.机械设计手册——机电一体化系统设计[M].机械工
业出版社，2007.
[4]谢黎明.机械工程与技术创新[M].化学工业出版社，2005：65-72.