无尘黑板的创新设计

基于 TRIZ 理论的环保清洁黑板擦创新设计王冰;沈建华;古斌【摘要】以TRIZ理论为基础，分析了现有黑板擦存在的技术冲突和物理冲突问题。

基于便宜、清洁、方便的原则，从控制粉笔灰的污染、实现黑板局部擦除、设计更好的黑板擦毛刷三个方向进行改进设计。

介绍了基于人字形擦子、万向轮、叶轮、百叶窗式过滤装置设计的环保清洁黑板擦。

%Based on TRIZ theory , the technical and physical problems with the existing eraser were ana-lyzed.With inexpensiveness , cleanness and convenience as the designing principles , the eraser was opti-mized in the following threeaspects:controlling ash pollution , bettering the brush design , and realizing partial rubbing.Finally, the kinds of blackboard eraser of human -shaped,univeral -wheels,impeller and shutter-fillers were proposed .【期刊名称】《西南科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P78-81)【关键词】环保;黑板擦;TRIZ;冲突;创新设计【作者】王冰;沈建华;古斌【作者单位】西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室四川绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室四川绵阳 621010;西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室四川绵阳 621010【正文语种】中文【中图分类】TH122;TS951.71粉笔的成分是碱性物质，粉笔灰的微粒具有很强的病菌吸附能力。

吸尘黑板擦的设计设计题目：吸尘黑板擦设计目的：通过使用该黑板擦做到吸附粉尘，美化环境，为师生提供一个健康的生活学习场所设计原理：该黑板擦主要由板擦上壳，手柄，电池槽，开关，导体，接触体，定位销组成，其特征在于：电池装于电池槽内，板擦上壳与接触体配合安装，导体与接触体配合装于接触体上方，开关装于手柄侧面，用导线将电池，开关，导体连接到一起。

在应用时，打开开关，导体在电流的作用下将产生的粉尘吸附在导体及板擦上壳的裙部等处。

设计过程：1，题目的由来在多年的学习生涯中，无数的次的看到在老师同学擦完黑板后，粉尘到处飞扬，不断的攻击着师生的身体而不得不远远地躲开，但是很多时候是不允许擦完黑板后远远地离开的。

因此，迫切的需要一种能解决此问题的教具，解决此问题可以从三方面入手，粉笔、板擦和黑板。

现在被广泛使用的板擦都没有吸尘功能，所有我设计出这样一款板擦，它能良好的解决粉尘飞扬这一现象。

2, 作用原理我设计的吸尘黑板擦主要由板擦上壳，手柄，接触体，导体等组成。

导体由电池供给电流，电流对粉尘有很好的吸附作用，在擦黑板过程中产生的粉尘会被导体直接吸住，避免粉尘飞出，并且我在板擦上壳上设计了裙部，这一结构在老式及许多新式的板擦中都是没有的。

设计这一结构的目的同样出于吸尘，在擦黑板过程中飞出的粉尘会被板擦上壳裙部吸附，与导体共同完成吸附的功能。

3，板擦结构板擦上壳1与接触体6配合安装，用定位销7固定，接触体6安装在板擦上壳下面。

手柄2内部设有电池槽，用于安装电池，电池是为导体提供电流的，导体5配合安装在接触体6上，包含在板擦上壳1内部，接触体6设有通孔，用于粉尘通过。

从电池引出的导线首先接到开关4上，在擦黑板过程中打开开关，使导体带电流，从而具有更强的吸附能力。

与以往板擦截然不同的是此板擦具有裙部，它将接触体包含在内，并留有一定的距离，裙部表面粘附一层有吸附能力的物质，在擦黑板过程中，裙部会有效的将飞出的粉尘吸附住，与导体共同完成吸附粉尘的作用。

自动黑板擦创新报告集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#课外创新活动专题讲座创新报告学院计算机与电子信息学院专业电子信息科学与技术班级电子08-1班姓名梅亚乐学号 27创新报告评分：_______自动黑板擦技术领域本实用新型涉及一种电机装置，能够自动的擦除黑板字体，并达到除尘的效果。

背景技术黑板从小学到大学甚至到我们步入社会都一直伴随着我们身边，它一直是教师传播知识的媒介，在我们的学习生活中几乎和书本一样的重要。

但是粉笔，是传播文化的工具，也是戕害身体的毒品。

多少灵魂的工程师因为反反复复的粉尘污染、吸进气管而罹患痼疾，过早离开了讲台。

坐在前排的学生，同样受到粉尘的威胁。

现在存在的普通黑板擦，虽然能够达到擦除字体的效果，但是在上课时，教师不仅要讲的口干舌燥，还有费体费力的去擦除整个黑板的字体。

同时擦除字体的飘扬的粉笔末对教师和同学的身体健康造成了很大的威胁。

因此我构思了一种可以自动擦除的黑板擦并且有除尘的效果，来达到减轻教师的压力，并且保护教师和学生的身体健康的作用。

发明内容本实用新型的目的是提供一种能够自动擦除黑板字迹，并且能够自动吸尘的黑板擦。

本方案采用电动机作动力源，利用其正反转原理和行程开关来控制黑板的上下运动和停止；利用电磁吸合原理来控制擦除装置与黑板的接触和分离；利用静电吸附原理来收集粉尘。

从而实现黑板上下移动时，字迹自动清除的功能附图说明图1是黑板上下运动结构原理框图。

图2是利用电磁来达到除尘的原理图具体实施方式电动机通过减速器和链条与链轮连接，通过电动机的正反转控制黑板的上下移动。

电动机正转，带动外侧的黑板向上移动，内侧的黑板向下移动，电动机反转，带动外侧的黑板向下移动，内侧的黑板向上移动。

另在上边框的内框和外框顶端各安装一个行程开关，运动到上边框或下边框时，触及行程开关，使电路断开，电动机停止转动，实现黑板运动的自动停止。

减速器与下链轮联接、下链轮通过链条与上链轮联接、上链轮通过链条与黑板联接，实现两块黑板的同步、反向运动。

第八届机械创新设计大赛作品名称：可定点自动无尘黑板擦团队成员：魏杰万祎帆彭嘉明使用软件：Pro/E ,keyshot,Microsoft word,Microsoft powerpoint,屏幕录像专家，vegas可定点自动无尘黑板擦灵感来源于车床，车床工作分为工件的高速回转与车刀的轴向移动，二者的合成运动为螺旋线形状。

由于工件回转的速度远快与车刀轴向移动。

根据公式（P为螺距为车刀轴向移动速度n为工件回转转速）因此，车削出来的表面上的螺纹螺距很小，几乎可以忽略不计。

因此得到一个圆柱形状的工件。

因此，鉴于这一点我们可以想到如果一个黑板擦在y向快速往复移动，黑板有一个慢速x向移动。

二者合成的运动为正弦波形，如果>>,则正弦波周期变短，形状变的瘦高。

由于黑板擦是有一个宽度的，在某一时刻，黑板擦沿正弦波移动覆盖的区域足以重叠，不至于有漏擦的地方。

此时，黑板被擦干净！全自动无尘黑板擦包括固定黑板擦的横梁，驱动电机，联轴器，电机支架，齿轮，齿条，齿条架，导轨，燕尾，燕尾槽，防尘罩，电机罩，螺杆，滑块，连杆，黑板擦架，螺钉，螺栓，螺母等一系列零件。

固定部分，考虑了开式链机构活动性比较好，但是压紧力不太好控制。

并且黑板擦的移动比较规律，不需要很多的自由度的机构。

因此采用了横梁作为黑板擦的机架部分。

动力部分采用齿轮齿条机构。

优化:为减少摩擦力对横梁单侧受力产生偏斜而致使横梁卡死的影响，采用对称布臵电机的方式，对称受力以减小这种不良影响。

黑板擦沿y轴的快速往复移动采用了工业燕尾槽结构使黑板擦固定到横梁上。

驱动仍采用了齿轮齿条机构。

压紧机构，黑板擦的工作部分主要还是靠摩擦力工作。

优化黑板擦的擦除效果可采用增大摩擦力的方式改善。

压紧部分可以使用弹簧压紧，但是弹簧是具有挠性的零件，压紧力不易控制。

因此采用了连杆机构压紧。

灵感来源于螺旋起重的千斤顶。

利用螺杆转动改变四杆机构的一边长，从而使得黑板擦压紧黑板。

螺杆传动的自锁使得机构自锁，黑板擦的压紧力不会改变，擦除效果不受外界影响。

防尘黑板擦
设计目的：
传统的粉笔在课堂讲授中，有着不可替代的的作用，但在使用时会对师生造成粉尘污染，从而导致慢性支气管炎，甚至是肺部感染，如果能制作一个方便快捷的防尘板擦我想是一件美好的事情。

设计原理：
在平日里，普通板擦在擦拭后，不光有粉尘污染，而且擦试后留有痕迹，每次我都是先用板擦擦后，再用湿巾擦拭，有时也会用沾了水的抹布进行擦拭，待晾干后再进行书写。

于是我在业余进行研究，可不可以让一个板擦有多种用途，即擦拭后不产生灰尘，又让它擦后的黑板光洁如新。

机械齿轮原理可以知道，推动的过程中可以卷起接触面，在接触面上如果用一种材料即除尘又光洁就可以啦，这种卷轴性的板擦最好可以清洗，脏了简单拆卸，洗一下，再次装上后可以反复利用。

这是我最初的设计方案，于是动手操作。

每日一设想1、无尘黑板擦。

2、不松动鞋带。

3、无尘眼镜。

4、折叠式扫帚（可根据需要弯折到不同角度）。

5、密封式蚊帐（带有拉链，抗外界环境影响）。

6、易旋式杯盖（在杯盖上按装一气伐，当装有热水的杯子冷却后，不易扭开时，可按下气伐使内外气体相通，从而易打开）。

7、不溅水车胎。

8、电磁笔（利用电磁作用，当人坐姿不正时会产生例如声信号，提醒矫正坐姿）。

9、方便式玻璃清洁刷（此玻璃刷有主要部分“刷”和其附件“磁片刷”利用电磁力将两部分粘在玻璃两个不同面上）。

10、变色雨伞（伞由透明材料混合感光材料而成）。

11、保健牙刷（牙刷头可更换，而柄可多次用）。

1、智能玻璃：可根据屋外的光线强度自动调节室内的光强度。

2、多用途帽：冬夏两用，可保暖，又可挡阳光。

3、离子牙刷：可不用牙膏，直接用电源驱动。

4、伸缩式鞋底：可以根据适当条件调节高低。

5、报警多用途笔：当你的坐姿不好、光线太暗或者看的时间过长，提出警示。

6、清洁型梳子：直接把头皮的污物吸取掉。

7、声控电视：输入程序，用声讯号开关电视。

8、多用钢笔：可写字，也可涂改。

9、多功能火炉：通过调节燃气大小，达到不同的用途。

10、可叠书架。

11、透明衣：通过光学原理，达到隐形目的。

12、照明鞋：通过步行时磨擦充电，并且可根据光线强弱，适时照明。

13、助跳型运动鞋。

14、折叠型床：可随周围空间大小，改变床的尺寸。

15、可调节长度的晾衣架。

机制014 唐权 0190341231、可替换鞋底：鞋底最易磨损，可改成能替换鞋底。

2、可伸缩衣架：根据所需而可变长度的衣架。

3、声控电视：开/关、选频都可用声音控制的电视。

4、消音耳护：睡眠休息时避免别人打扰。

5、小型洗衣机：适合单人用，占空间小的小型洗衣机。

6、智能时钟：能提醒该做某事的时钟。

7、防盗锁：非标准钥匙企图开启即发出警报。

8、催眠音乐：听到后引起睡眠。

9、智能茶杯：可控温度的茶杯。

10、茶杯保护套：可防杯子摔坏的外套。

11、防脱落油漆：可防油漆脱落的油漆。

目录一、明确设计任务................................ - 2 -二、确定系统的总功能............................ - 4 -三、总功能分解.................................. - 5 -四、设计方案.................................... - 6 -五、方案评价................................... - 10 -六、最终方案................................... - 12 -七、功能的优化及改进方向 ....................... - 13 -八、结束语 .................................... - 14 -全自动无尘黑板擦的设计一、明确设计任务1、社会需求“一根粉笔，三尺讲台”，这是对教师的由衷赞美。

殊不知，赞美背后，隐忧多多。

常用的黑板擦就有很多不足：（1）需要人工擦拭，在课程进度比较紧张的时候老师往往没有很多的时间来擦拭黑板；（2）普通黑板擦不仅效率低下，而且往往不能很好的把黑板擦干净；（3）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影响。

教师常年使用粉笔，不自主地“吸”入大量粉尘，容易患上呼吸系统疾病。

而学生与粉笔尘接触时间长，易受教室二次扬尘的危害，他们受到的危害甚至比教师更为严重。

一名学生从小学到读完大学至少需要16年时间，这正是生长发育的黄金时期，却要不断受到粉笔尘灰的危害；一名教师从站到讲台上到退休大多在40年左右，生命的大半时间都要“吃粉笔灰”。

2、市场调查分析（1）市场描述众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，无论是从小学还是到大学，都会使用到黑板，而一般我们平时使用的人工黑板擦不但费时、费力，无法将黑板擦拭干净，不能清除死角，还粉尘污染空气的缺点。

一、设计理念随着科技的发展，教育行业也在不断变革。

传统的黑板教学已无法满足现代教育需求。

本方案旨在设计一款集智能、环保、互动于一体的教学黑板，为教师和学生提供更加便捷、高效的教学环境。

二、设计方案1. 外观设计（1）黑板主体采用环保材料，表面光滑，易于书写和清洁。

（2）黑板两侧配备触摸屏，方便教师进行多媒体教学。

（3）黑板下方设置储物空间，存放教学工具、教材等。

2. 功能设计（1）智能书写：采用电磁感应技术，实现手写板书与电脑屏幕同步显示，教师可随时切换书写方式。

（2）多媒体教学：黑板两侧触摸屏支持视频、音频、图片等多媒体文件播放，丰富教学手段。

（3）互动教学：支持远程互动，教师可实时查看学生上课情况，进行在线答疑。

（4）智能批改：配备智能识别系统，自动批改作业，提高教学效率。

（5）数据分析：收集学生学习数据，为教师提供个性化教学方案。

3. 系统设计（1）操作系统：采用Windows或Android系统，方便教师操作。

（2）网络连接：支持无线网络连接，实现教学资源的共享。

（3）数据安全：采用加密技术，确保学生数据安全。

三、实施步骤1. 市场调研：了解市场需求，确定设计方案。

2. 设计团队：组建专业设计团队，进行外观、功能、系统设计。

3. 生产制造：选择优质供应商，进行生产制造。

4. 质量检测：对产品进行严格检测，确保产品质量。

5. 市场推广：开展线上线下宣传活动，提高产品知名度。

6. 售后服务：提供完善的售后服务，确保用户满意度。

四、预期效果1. 提高教学质量：智慧黑板助力教师实现高效教学，提高教学质量。

2. 丰富教学手段：多媒体教学、互动教学等功能，激发学生学习兴趣。

3. 降低教学成本：智能批改、资源共享等功能，降低教学成本。

4. 适应教育改革：满足现代教育需求，助力教育行业转型升级。

本方案旨在为教育行业提供一款创新的教学黑板，助力教师和学生实现更加便捷、高效的教学体验。

相信在不久的将来，智慧黑板将成为未来课堂的得力助手。

永川区小学校题目：“除尘黑板擦”的设计与改进之“原理”设想初探作者：单位：永川区小学校Email:******************关于“除尘黑板擦”的设计与改进的初探粉笔是由石膏制成的，其化学成分为硫酸钙。

硫酸钙，化学式CaSO4。

熔点1450度，相对密度2.96。

难溶于水。

它的二水化物CaSO4.2H2O俗称石膏（或生石膏）。

硫酸钙性能稳定，没有毒性。

对皮肤的危害：教师在教学过程中，粉笔粉尘不可避免地会沾在手上，同时漂浮于空气中的颗粒粉尘也会落在教师头发、脸上和脖子上，对皮肤膜有刺激作用，如果暑天遇汗水解，产生碱性物质，对皮肤粘膜的刺激就更大，因为人体皮肤所生存的环境为弱酸性环境，这样在粉尘碱性作用下破坏了皮肤的基本生存环境，粉笔粉尘使皮肤变得干燥、粗糙，并伴有搔痒感觉，使人体不适，严重者会引起粉刺、毛囊炎、脓皮病、皮肤皲裂和大量毛发脱落，影响和干扰了教师正常工作和生活现在，国内使用的粉笔主要有普通粉笔和无尘粉笔两种，其主要成分均为碳酸钙（石灰石）和硫酸钙（石膏），或含少量的氧化钙。

无尘粉笔属普通粉笔的改进产品，旨在消灭教室粉笔尘污染。

它只是在普通粉笔中加入油脂类或聚醇类物质作粘结剂，再加入比重较大的填料，如粘土、泥灰岩、水泥等这样可使粉笔尘的比重和体积都增大，不易飞散，但在实际应用中，它对粉笔尘污染的降低效果并不十分明显。

粉笔与化学粉笔,该笔是由硫酸钙的水合物（俗称生石膏）制成。

也可加入各种颜料做成彩色粉笔。

在制作过程中把生石膏加热到一定温度，使其部分脱水变成熟石膏，然后将热石膏加水搅拌成糊状，灌入模型凝固而成。

其主要反应为2CaSO4·2H2O2CaSO4·H2O+3H2O控制好温度，利用生、熟石膏的互变性质还可制造模型，塑像以及医用的石膏绷带等。

教师常需在黑板上书写、绘图进行讲解。

在45——50分钟的一节课里，就要擦写数次，下课时，往往在手上、袖子上，甚至头发、肩膀上都留下一层白色粉笔灰。

关于黑板底槽粉尘清理设计黑板的缺陷，自从创造以来就有许多各种各样的问题，人们也在不同的地方对黑板进行了设计与改造，但现在黑板存在着许多问题还是没有被解决，像黑板底槽的清理问题，很少人进行改造与关注，于是我想到了一种黑板底槽粉尘清理设计的改造。

标签：黑板；粉尘；底槽；粉笔1 设计目的众所周知，黑板是我们日常生活中不可缺少的教具，黑板是我们在学校里每天都要接触的一件物品，知识大部分也是通过黑板来传授给我们。

我们可以得出，先进的教学用具显然能够提高教学的效率，能更好地传承前辈留下来的智慧结晶。

所以，历代教育工作者推陈出新，一直在完善现有的工具。

由水泥黑板到木质黑板，再到推拉式黑板。

然而，21世纪，我们更崇尚的是清洁与环保。

黑板的改进也是如此。

大部分人去设计无粉尘黑板，还有人设计无尘黑板擦。

可是大部分人都忽略了一个问题，就是黑板底部的粉尘以及断粉笔的问题，在这个学期中，我发现黑板多次被底部的断粉笔卡住的情况。

虽然黑板被卡住的几率很少见，但是如果在卡住的时候继续推黑板，可能造成黑板卡死或导致黑板损坏。

对此，能否有一种黑板可以清楚底槽下面的粉尘？在观察与思考后我想出一种能够清理黑板底槽粉笔以及粉尘的装置。

2 现代传统黑板以及改进的黑板现在使用的大部分黑板：就个人感觉而言，小学时的黑板就是这种纯黑的黑板。

有时看久了的确让人感到有些烦躁。

况且，在教室的白墙的衬托下，漆黑的黑板总是有些死气沉沉的，让教室单调乏味。

随着经济和科技的发展，渐渐地，这种古老的黑板就退出了大城市教学的舞台，只是在部分欠发达地区还在继续使用。

在黑板擦方面进行改进的设计如：无尘黑板擦的设计。

众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，无论是从小学还是到大学，都会使用到黑板，而一般我们平时使用的人工黑板擦有粉尘污染空气的缺点。

因此，我们就有了“无尘黑板擦”的这个设想。

从而达到使广大师生减少劳动强度及不受粉尘危害、身心健康得到保护的目的。

另外，通过我们调查，目前市场中虽已有自动黑板擦，但大多数都是针对一块黑板，而且使用起来不方便，没有真正达到自动和无尘的目的，因此我们设计了此“无尘黑板擦”[1]。

技术学院毕业设计题目：自动吸尘清洁黑板擦设计系部现代制造工程系专业名称模具设计与制造自动吸尘清洁黑板擦设计摘要该设计主要介绍自动吸尘清洁黑板擦的发展趋势与总体设计；研究背景和方案的确定；整体运动部分的分析；伸缩架的设计；曲柄滑块的设计；凸轮尺寸大小的设计；活动黑板擦的设计；电路部分的设计。

根据设计计算相关数据，采用AutoCAD绘制零件图和装配图，对主要零件采用UG4.0进行三维造型，并完成毕业设计说明书的编写。

关键词：自动吸尘；清洁；黑板擦；设计目录1绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2研究的目的意义 (1)1.2.1 研究的目的 (1)1.2.2 研究的意义 (1)1.3国内外研究现状 (2)1.3.1 电动黑板擦 (2)1.3.2 吸尘黑板擦 (3)1.3.3 集尘式黑板刷 (3)1.3.4 自动吸尘黑板刷 (3)1.3.5 卫生黑板 (4)1.4 本设计的内容 (4)2方案的确定 (5)2.1可行的几种方案 (5)2.1.1 无尘黑板擦 (5)2.1.2 防尘黑板 (6)2.1.3 自清洁黑板 (7)2.2自动清洁黑板擦方案的选择 (7)2.2.1 所属技术领域 (7)2.2.2 背景技术 (7)2.2.3 发明内容 (7)2.3小黑板擦的方案确定 (8)2.3.1 简图 (8)2.3.2 小黑板擦的结构及工作情况简介 (8)3自动吸尘清洁黑板擦的设计计算 (10)3.1电机的选择 (10)3.2 机构的设计 (10)3.2.1 材料的选择 (10)3.2.2 菱形架几何尺寸及自由度设计计算 (10)3.2.3曲柄滑块几何尺寸及自由度设计计算 (11)3.2.4 曲柄滑块的运动分析与力学计算 (11)3.2.5 凸轮机构的设计 (15)3.2.6 磨削圆周进给量计算 (20)3.3 滚筒的设计 (21)3.4吸尘装置的选择 (23)3.5电路控制的设计 (23)3.5.1 硬件系统的设计 (23)3.5.2 最小系统设计 (24)3.5.3 无线收发模块 (24)3.6 作品三维图及实物图 (26)结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)附录A (30)附录B (33)1绪论1.1研究背景黑板历来是各级各类学校必备的教学工具，传统黑板，人工擦拭效率低，粉尘污染严重。