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文檔簡介

1、海軍工程大學(xué)2014年度機械創(chuàng)新設(shè)計作品方案報告作品名稱:智能黑板擦參賽選手:11-422李明昊11-422趙恒11-422劉晨博11-422賈戰(zhàn)鵬指導(dǎo)教師:海軍工程大學(xué)訓(xùn)練部二0四年三月十日“一根粉筆,三尺講臺”,這是對教師的由衷贊美。殊不知,贊美背后,隱憂多多。板書帶來的“粉筆綜合癥”已成為廣大師生的頭號健康隱患。教師常年使用粉筆,不自主地“吸”入大量粉塵,容易患上呼吸系統(tǒng)疾病。而學(xué)生與粉筆塵接觸時間長,易受教室二次揚塵的危害,他們受到的危害甚至比教師更為嚴(yán)重。一名學(xué)生從小學(xué)到讀完大學(xué)至少需要16年時間,這正是生長發(fā)育的黃金時期,卻要不斷受到粉筆灰塵的侵襲;一名教師從站到講臺上到退休大多在

2、40年左右,生命的大半時間都要“吃粉筆灰”。因為每天上課要寫板書、擦黑板,粉筆灰經(jīng)常把老師弄得蓬頭垢面。而且老師總是一邊寫板書,一邊講解,甚至有時一邊擦黑板,粉筆灰也就自然而然地被吸進去。要是遇到上老師感冒、咳嗽,粉筆灰更是雪上加霜,嚴(yán)重的還會引發(fā)哮喘。據(jù)估算,一般而言,一名中學(xué)語文老師在一節(jié)45分鐘的課上,需要寫一黑板的板書,而一黑板的板書需要用掉半支粉筆;而一名中學(xué)英語老師或數(shù)學(xué)老師在一節(jié)45分鐘的課上,往往需要寫5黑板的板書,大約就要用掉兩支半的粉筆。而畢業(yè)班的老師一天最多需要6節(jié)課,就相當(dāng)于要“吸”掉12支粉筆。一、設(shè)計目的眾所周知,黑板是我們?nèi)粘W(xué)習(xí)中必不可少的一樣教具,無論是從小學(xué)

3、還是到大學(xué),都會使用到黑板,而一般我們平時使用的人工黑板擦不但費時、費力,還有粉塵污染空氣的缺點。因此,我們就有了全自動黑板擦”的這個設(shè)想。從而達到使廣大師生減少勞動強度及不受粉塵危害、身心健康得到保護的目的。另外,通過我們調(diào)查,目前市場中雖已有自動黑板擦,但大多數(shù)都是針對一塊黑板,而且使用起來不方便,沒有真正達到自動和無塵的目的,因此我們設(shè)計了此“全自動無塵黑板擦?!比詣訜o塵黑板擦包括固定黑板擦的橫梁,驅(qū)動電機,聯(lián)軸器,電機支架,齒輪,齒條,齒條架,導(dǎo)軌,燕尾,燕尾槽,防塵罩,電機罩,螺桿,滑塊,連桿,黑板擦架,螺釘,螺栓,螺母等一系列零件。二、工作原理1. 控制方式用兩個電動機作動力,控

4、制電機驅(qū)動黑板擦的上下運動和導(dǎo)軌的左右運動??刂品绞娇刹捎脝纹瑱C進行控制,采用類似于數(shù)控機床的編程控制方式,可以擦除特定區(qū)域的字跡。在到達工作指定點之前抬起黑板擦進行快進,工作時放下黑板擦,壓緊黑板慢進,整體提高工作效率。2. 定點原理利用單片機接2.4GHz無線通信模塊發(fā)送指令,黑板接收端接收到對應(yīng)的指令,執(zhí)行動作。利用黑板上宮格的分區(qū),分出3*6的格子,利用相似的原理,按動遙控器的對應(yīng)按鍵,擦除對應(yīng)分區(qū)!3. 吸合與無塵黑板擦除裝置采用電磁吸合裝置,使既可貼緊黑板,亦可不貼緊黑板。即當(dāng)在“擦除”狀態(tài)時,通過電路(見圖1)接通,銜鐵與線圈吸合,使黑板擦與黑板緊密接觸,從而當(dāng)黑板擦上下移動時,

5、黑板擦擦除筆跡。而在“不擦除”狀態(tài)時,吸合電路并不接通,毛刷與黑板不接觸,從而不具有擦除作黑板擦后安裝塑料盒,盒內(nèi)加裝小型風(fēng)扇(見圖2),從而罩住、收集擦除字跡時產(chǎn)生的粉塵,使本裝置具有“無塵”功能。所以,當(dāng)我們需要擦黑板時,就無需直接動手去操作,而是通過控制開關(guān),來實現(xiàn)黑板擦的上下移動與擦除,這樣就給使用者帶來不少便捷之處。圖1圖2三、設(shè)計方案1 .黑板擦移動設(shè)計方案而電動電動機通過減速器與鏈輪連接,通過鏈傳動控制黑板擦的移動,機的正反轉(zhuǎn)則可實現(xiàn)黑板擦的上下移動,實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)的電路圖如圖3,SBF相當(dāng)于“上升”按鈕,即按下SBF時電動機正轉(zhuǎn),帶動黑板擦向上移動;SBRf當(dāng)于“下降”按鈕,

6、即按下SBR寸電動機反轉(zhuǎn),帶動黑板擦向下移動。同理,可以控制橫梁從而實現(xiàn)板擦左右移動。2 .擦除裝置設(shè)計方案在導(dǎo)軌中裝有黑板擦,在黑板擦的兩端分別設(shè)置一銜鐵。在貼近黑板擦的邊框兩邊分別固定一個線圈(已纏有相應(yīng)匝數(shù)的導(dǎo)線),兩線圈通過開關(guān)分別與相應(yīng)的電源連接。開關(guān)閉合時,線圈通電產(chǎn)生電磁力,在電磁力的作用下,黑板擦兩端的銜鐵克服彈簧的作用力與線圈吸合,從而實現(xiàn)了黑板擦與黑板面的緊密接觸,通過黑板擦的移動,來實現(xiàn)擦除功能。開關(guān)斷開時,電磁力消失,黑板擦兩端的銜鐵在彈簧的作用下與線圈分離,從而黑板擦與黑板分離,黑板擦上下移動時,不會擦除黑板上的字跡。在黑板擦上面加一等長的塑料罩盒收集散落的粉筆灰塵,

7、從而實現(xiàn)黑板上字跡的擦除功能和無塵功能。四、功能、特點及應(yīng)用前景1、功能傳統(tǒng)的黑板擦需要手動實現(xiàn)其運動,并且需要人力擦除黑板筆跡,針對這些費時、費力和粉末污染等弊端,我們設(shè)計了以上方案,該方案是建立在自動控制與機械運動原理的基礎(chǔ)之上,綜合了機械運動與電器的自動化控制,實現(xiàn)了黑板擦的多功能、模塊化和自動化設(shè)計。全自動無塵黑板擦主要具有以下幾部分功能:( 1)利用電動機可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的原理,通過減速器、齒輪和鏈條來實現(xiàn)黑板擦的自動上下運動。( 2)利用電磁吸合原理,使擦除裝置與黑板可以自動接觸與脫離,從而實現(xiàn)隨時、隨意擦除黑板的功能。( 3)利用靜電原理,避免了粉塵隨意漂浮的缺點,實現(xiàn)了粉塵的集中清

8、理功能。( 4)通過電路、開關(guān)和操作面板,實現(xiàn)所有運動的自動化控制。2、特點在設(shè)計過程中,采用了機械運動和自動控制相結(jié)合的創(chuàng)新設(shè)計方法,使全自動無塵黑板擦與傳統(tǒng)的黑板擦除方法相比,具有如下優(yōu)點:( 1)黑板擦的上下運動通過按鈕自動控制,方便可靠、省時省力,節(jié)省了上課時間,提高了上課效率。2)由于采取了粉塵集中清除措施,在黑板擦上面加一塑料罩盒收集散落的粉筆灰,從而避免了擦黑板過程中產(chǎn)生的灰塵給老師、同學(xué)帶來的身體危害,具有環(huán)保型的特點。( 3)本方案采用了主電路與控制電路相分離的方法,從而操作安全。( 4)本方案所實現(xiàn)的功能,是根據(jù)現(xiàn)已有黑板的尺寸及特點設(shè)計的,所以安裝時只需對原黑板經(jīng)過改造,

9、既能達到全自動無塵的效果,而無需將原黑板全部換掉。( 5)結(jié)構(gòu)簡單,成本低,便于安裝。( 6)系統(tǒng)原理簡單,操作方便。3、應(yīng)用前景隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,課堂教學(xué)對黑板已不是像以前那樣依賴,但黑板的方便書寫的特點仍是不可替代的,所以黑板仍是課堂教學(xué)所不可缺少的。但是,由于傳統(tǒng)的黑板擦除方法存在著很多弊端,在當(dāng)今以人文本、全面建設(shè)和諧社會的趨勢下,這種弊端越來越顯現(xiàn)出來,所以,全自動無塵的黑板擦除裝置,勢必在今后教學(xué)設(shè)備中占有一席之地。經(jīng)過我們的調(diào)查,市場中也已存在不少類似產(chǎn)品,但這些產(chǎn)品中絕大多數(shù)并沒有完全實現(xiàn)“全自動”與“無塵”的結(jié)合,甚至有些產(chǎn)品反而使操作更復(fù)雜,針對這些問題,我們所設(shè)計的本套全自動無塵黑板擦不僅實現(xiàn)了“全自動”與“無塵”的完美結(jié)合,真正做到了操作簡便、安全,而且整套裝置是根據(jù)現(xiàn)已有的黑板設(shè)計的,在原有黑板上只需經(jīng)過改造,即可成為本產(chǎn)品,所以,該產(chǎn)品較同類產(chǎn)品更具有競爭力,更具有廣闊的市場前景。五、主要創(chuàng)新點1、功能創(chuàng)新全自動無塵黑板實現(xiàn)了黑板擦的自動上下運動、擦除裝置的自動接觸和分離與粉塵的集中清除等功能。2、模塊化設(shè)計根據(jù)以上功能的分解和組合,將自動無塵黑板按模塊分別設(shè)計,最后按功能需要組合而成。3、概念設(shè)計傳統(tǒng)黑板需要老師或?qū)W生親自動手擦除粉筆字跡,費時費力,影響上課效率,危害老師學(xué)生的身體健康。而全自動無塵黑板則解決了此種問題,實現(xiàn)了其運動與擦除功能的自

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