吸塵黑板擦的設(shè)計

姜文韜，侯啟龍，侯 泉

西南交通大學，四川 成都 611756

1 方案的終確定

1.1 裝置各結(jié)構(gòu)的簡要介紹

外殼采用了可以伸縮的裝置，這不但保證了其能夠很好的擋住粉塵的外泄，同時也可以保證其與黑板的摩擦適中，從而達到了即能達到設(shè)計要求，也不影響具體工作的目的。板擦裝在離外殼有一定距離的地方，而且板擦位置固定，材料也和普通黑板擦完全一樣，只是在板擦四周，裝有四個小輪子（輪子的具體作用，后面會具體說明）。吸塵裝置是此次設(shè)計的重點，絕大多數(shù)的工作量都在這上面，下面分四個方面來對此點進行說明:

1）動力源:在黑板擦四周有四個輪子，在擦黑板時，輪子會和黑板接觸，轉(zhuǎn)動而為風扇的轉(zhuǎn)動提供動力；

2）傳動裝置:齒輪和傳動桿。輪子的轉(zhuǎn)動，通過斜齒輪將動力傳給傳動桿（此時斜齒輪起到的作用是改變力的方向），傳到板擦后面的齒輪中，然后再通過齒輪帶動風扇的轉(zhuǎn)動，達到動力的傳輸；

3）吸塵動力來源:風扇轉(zhuǎn)動，而風扇設(shè)計成為離心式的裝置，從而通過吸塵管將外殼里面的粉塵吸進粉塵袋中；

4）粉塵袋:粉塵袋是透氣的，但是中間有一層格擋粉塵的物質(zhì)，這樣既保證了空氣的流通，從而可以實現(xiàn)吸塵過程，又保證了粉塵的流失。

2 吸塵裝置動力結(jié)構(gòu)與工作過程的具體分析

1）齒輪傳動結(jié)構(gòu)不但緊湊、效率高，而且壽命長。在工作過程中，雙面齒輪副存在沿齒高方向的側(cè)向滑動，而且還有沿齒長方向的縱向滑動?？v向滑動從改善齒輪的磨合過程出發(fā)，使其具有更高的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。經(jīng)過以上對比和考慮到具體工作環(huán)境選用了閉齒輪傳動。傳動利用齒輪與黑板接觸轉(zhuǎn)動的動力來吸塵。

通過齒輪和傳動桿來實現(xiàn)輪子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為風扇的轉(zhuǎn)動。在固定輪子的軸上，同時固定一個斜齒輪，將兩端均帶有斜齒輪的傳動桿的一端與下面的斜齒輪嚙合。傳動桿通過固定在軸承上的桿的內(nèi)部將動力往上傳輸（固定的桿內(nèi)部是空心的），再通過一個斜齒輪將其轉(zhuǎn)換為風扇的動力；

2）吸塵:離心式風扇兩端通過管子將其聯(lián)通，一端作為進風口，安放在黑板擦與黑板接觸面，另一端作為出風口安放在粉塵收集裝置里面。當擦黑板時，輪子帶動風扇轉(zhuǎn)動，空氣開始流動，被擋在外殼里面的粉塵由于空氣流動，沿著空氣流進吸塵管，沿著管子帶到粉塵收集裝置中從而達到吸塵的效果。

粉塵收集裝置:采用一個透氣的盒子，一端接吸塵管的出風口，中間用透氣的材料將其封閉（密封材料可以透氣但是不能使粉塵通過），從而保證空氣流通的同時阻止粉塵飛揚。具體的密封材料會在后面做詳細介紹。

3 單向齒輪的運用

在吸塵過程中，風扇轉(zhuǎn)動以后，必須保證輸入的動力與原來的動力轉(zhuǎn)向相同，但是在擦黑板時，輪子的軸是各個方向轉(zhuǎn)動的，所以移動過程中輪子可以正轉(zhuǎn)也可以反轉(zhuǎn)，為了解決這一問題想到了運用單向齒輪這一辦法。

單向齒輪的基本原理:

單向齒輪的主要結(jié)構(gòu)是內(nèi)齒和外齒。如圖一所示，外齒與齒輪固定；內(nèi)齒和千斤嚙合。每個單向齒輪內(nèi)都有兩個千斤，端頭安裝在芯子兩邊的圓柱形凹槽內(nèi)。千斤以圓柱體的端頭為圓心而轉(zhuǎn)動.千斤的齒尖端被千斤簧撐起，和外套的內(nèi)齒相嚙合。千斤簧是用直徑只有4.03mm～0.35mm的彈簧鋼絲做成的。千斤簧的AB段插進芯子凹槽底部的小孔內(nèi)(小孔在裝千斤的圓柱梢對面)；另一瑞抵在千斤背面的凹槽內(nèi)。這樣使得單向齒輪只能朝一個方向轉(zhuǎn)動。

單向齒輪是本項設(shè)計項目的又一創(chuàng)新部分，它的制造主要是模仿自行車飛輪的制造原理，齒輪的外部形狀及尺寸沒有改變而內(nèi)部利用滾動軸承和制動棘爪實現(xiàn)齒輪的單方向傳動，在壓力作用下使該內(nèi)環(huán)體側(cè)面變形，直達到滾珠軸承的規(guī)定的軸承間隙，接著把該夾緊圓盤與內(nèi)環(huán)體鉚接。這樣就完成了正轉(zhuǎn)正常而反轉(zhuǎn)齒輪絕對打滑的現(xiàn)象。

4 黑板擦吸塵規(guī)律

做一個簡單的類比，能吸一些灰塵和吸上一枚硬幣的區(qū)別，僅僅在于吸取一枚硬幣需要更多氣體分子帶動這枚硬幣。吸力的唯一作用就是在吸取硬幣時通過克服阻力，以獲得足夠多的氣量在單位時間內(nèi)通過吸塵管，而最佳吸力（壓力）值是通過實驗確定的了。規(guī)律如下:

1）風量最大的時候其吸塵風機葉輪高速旋轉(zhuǎn)，風向向前，吹出的空氣比補進的空氣多，因此風葉的后部產(chǎn)生負壓，就是“真空”，負壓將灰塵吸進機器，在集塵袋中過濾下來。風機葉輪的后部是吸入，前部是排出。效率最高；

2）隨著真空度的增加，其吸塵效率逐步降低；

3）由上述兩點可知道，計算吸塵器的吸力基本沒有任何意義，最佳吸力是通過實驗得出的一個結(jié)論，通常來說，這個最佳值在一個大氣壓到-0.03MPa(G)之間，當壓力進一步低的時候，其吸塵效率就會逐步大幅降低。

5 結(jié)論

雖然現(xiàn)在科技飛躍發(fā)展，教學現(xiàn)代化、儀器化大量出現(xiàn)，使其相當一部分原因是由于教師的需求和教師對職業(yè)病的懼怕，但是大量應用儀器的教學減弱了知識言傳身教的精髓。而相信通過類似吸塵黑板擦的出現(xiàn)，從根本上消除教師對職業(yè)病的懼怕，讓知識的殿堂更加純凈。

[1]機械設(shè)計手冊編委會主編《機械設(shè)計手冊——機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》[M].機械工業(yè)出版社，2007.

[2]秦大同主編.現(xiàn)代機械設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3]謝進主編.機械原理[M].高等教育出版社，2006.

[4]呂仲文主編.機械創(chuàng)新設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，2004.

[5]謝黎明主編.機械工程與技術(shù)創(chuàng)新[M].化學工業(yè)出版社，2005.