孫三祺

摘 要：當(dāng)前，盡管多媒體為代表的現(xiàn)代化教育工具已經(jīng)普遍走進(jìn)課堂，但是在數(shù)學(xué)、物理等需要講解與論證的課程中，傳動(dòng)的黑板依然不可或缺。然而，傳統(tǒng)黑板需要手動(dòng)擦拭，這無疑增加了教師不必要的勞動(dòng)，同時(shí)粉筆灰塵會(huì)對教師和學(xué)生的身體健康造成傷害。本文鑒于此，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)擦拭和吸塵的黑板，對該新型黑板的工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作過程等進(jìn)行了介紹。該黑板實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)擦拭和自動(dòng)吸收粉筆灰塵，減輕了廣大教師的負(fù)擔(dān)，保護(hù)師生的身體健康。

關(guān)鍵詞：黑板；自動(dòng)擦拭；自動(dòng)吸塵

中圖分類號：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

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

然而，傳統(tǒng)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(tǒng)黑板需要手動(dòng)擦拭，書寫不方便，一天至少寫十幾塊黑板，多數(shù)老師需要自己擦拭，手動(dòng)擦黑板費(fèi)時(shí)費(fèi)力；②擦拭黑板產(chǎn)生的粉筆灰塵會(huì)對教師和同學(xué)身體健康造成傷害。如粉筆塵非常容易被教師或者學(xué)生吸入肺部，粉塵被吸入肺部后多數(shù)被阻留在肺泡內(nèi)，進(jìn)而會(huì)誘發(fā)呼吸系統(tǒng)炎癥并降低肺通氣功能，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致肺癌、塵肺病等。湖北汽車工業(yè)學(xué)院申請?zhí)岢龅膶＠皳u動(dòng)式機(jī)械黑板擦”，雖然較傳統(tǒng)黑板擦有所進(jìn)步，但是其采用手動(dòng)搖動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜，而且缺乏粉塵收集裝置。鑒于此，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)擦拭和吸塵的黑板，實(shí)現(xiàn)黑板擦拭的自動(dòng)化，減輕廣大教師的負(fù)擔(dān)，同時(shí)減輕粉筆灰塵對老師和同學(xué)身體的傷害，呵護(hù)師生的身體健康。

1 新型自動(dòng)擦拭和吸塵黑板的工作原理

新型自動(dòng)擦拭和吸塵黑板采用滾珠絲杠和齒輪齒條作為傳動(dòng)裝置，通過滾珠絲杠將驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使得擦拭體能夠左右移動(dòng)。借助于齒輪和齒條的嚙合傳動(dòng)，使得擦拭體在左右移動(dòng)的過程中實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效擦拭。此外，在清除的過程中，由吸塵電機(jī)通過負(fù)壓原理將粉筆灰收集在吸塵裝置中，同時(shí)吸塵裝置可以隨著擦拭體一起左右移動(dòng)。吸塵裝置一方面可以極大的吸收擦拭黑板過程中產(chǎn)生的粉筆粉塵，保護(hù)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(dāng)擦拭體運(yùn)動(dòng)到左右極限位置觸碰到兩側(cè)的限位開關(guān)時(shí)，限位開關(guān)產(chǎn)生電信號進(jìn)而通過單片機(jī)使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)和吸塵停止工作，并調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，為下一次擦除做好準(zhǔn)備。其工作原理如圖1所示。

2 新型自動(dòng)擦拭和吸塵黑板的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作過程

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

自動(dòng)擦拭和吸塵黑板主要采用滾珠絲杠和齒輪齒條進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)。如圖2所示為黑板的結(jié)構(gòu)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(dǎo)軌，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過減速器后與絲杠連接，絲母與絲杠相互配合傳動(dòng)，傳動(dòng)軸的上端和下端分別與絲母和滑塊通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，擦拭體固定在傳動(dòng)軸上。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下絲杠可以在支撐塊的約束下相對轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲母左右移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)擦拭體的左右移動(dòng)。黑板板面的上方以及絲杠的下方安裝有齒條，在傳動(dòng)軸上固定安裝有齒輪。在擦拭體左右移動(dòng)的過程中，齒輪齒條相互嚙合傳動(dòng)，進(jìn)而使得擦拭體在左右移動(dòng)的過程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。黑板板面的下方設(shè)置直線導(dǎo)軌、滑塊以及吸塵裝置連接滑塊與直線導(dǎo)軌之間通過移動(dòng)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(shè)在吸塵裝置連接滑塊上，進(jìn)而使得擦拭體在左右移動(dòng)的過程中也能夠帶動(dòng)吸塵裝置左右移動(dòng)。黑板板面上方的左右兩端均安裝有限位開關(guān)。

2.2 工作過程

當(dāng)教師需要擦拭黑板時(shí)，首先通過控制器盒上的啟動(dòng)按鈕使驅(qū)動(dòng)電機(jī)和吸塵電機(jī)開始工作，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的作用下，擦拭體正向移動(dòng)并保持滾動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對黑板的擦拭。同時(shí)，在吸塵電機(jī)的作用下產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)而吸收擦拭過程中產(chǎn)生的粉筆灰塵。當(dāng)擦拭體觸碰到限位開關(guān)時(shí)，限位開關(guān)向單片機(jī)發(fā)出電信號，進(jìn)而通過單片機(jī)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)和吸塵電機(jī)停止工作，擦拭體停止運(yùn)動(dòng)，單片調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橄乱淮尾脸鰷?zhǔn)備。

3 創(chuàng)新點(diǎn)及展望

本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種新型自動(dòng)擦拭和吸塵黑板，對該新型黑板的工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作過程等進(jìn)行了介紹。該黑板采用滾珠絲桿和齒輪齒條作為傳動(dòng)系統(tǒng)，相比于同類型黑板，其傳動(dòng)系統(tǒng)更加簡單，便于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)其增設(shè)了吸塵裝置，實(shí)現(xiàn)了在黑板擦拭的過程中對粉筆灰塵的自動(dòng)收集，有利于減少粉筆灰塵對師生身體的損害。其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：①該黑板實(shí)現(xiàn)了黑板粉塵自動(dòng)收集功能，保護(hù)師生身體健康；②該黑板實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)擦拭，將教師從手動(dòng)擦黑板中解放出來。

新型自動(dòng)擦拭和吸塵黑板可以幫助教師和學(xué)生遠(yuǎn)離粉塵困擾，更舒心的教學(xué)和學(xué)習(xí)，有利于其身體健康。同時(shí)該黑板結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，能夠適用于各種不同的教學(xué)場合，其成本低廉，特別適用于貧窮和教育落后地區(qū)。展望未來，自動(dòng)擦拭和吸塵黑板將在課堂中扮演一個(gè)不可或缺的角色，保護(hù)師生的身體健康，更加完美地服務(wù)于師生的課堂生活。

參考文獻(xiàn)

[1]孟威.新型自動(dòng)吸塵黑板研制與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，226（7）：104-106.

[2]李建偉，劉賈鉉，張振軍.關(guān)于對解決黑板擦拭麻煩及粉塵處理的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（3）：189-189.

[3]伍英，周旭，王永泉，等.搖動(dòng)式機(jī)械黑板擦[P].中國：2016203431780.2016.