1、第六届全国大学生机械创新设计大赛 产品说明书产品名称： 滚动式无尘黑板 设 计 者： 张天一 张辰卿 王平 刘茗 郭坤雷指导老师： 郭颖杰 初立东 参赛单位： 吉林农业大学 联 系 人： 张天一 18243008116邮 编： 130118 1滚动式无尘黑板设 计 者：张天一 ，张辰卿 ，王平，刘茗 ，郭坤雷指导老师：郭颖杰，初立东参赛学校：吉林农业大学所在城市：吉林省长春市邮 编：1301181.设计目的1.1 自动升降和擦除的黑板，可提高课堂效率。1.2 减轻师生擦黑板压力，充分利用课堂时间，从此告别黑板擦。1.3 后置的擦除装置，可减少粉尘飞扬，有利于环境保护。2.工作原理本作品中，我们
2、在黑板擦除方面恰当的使用自动张紧装置，使板擦和板面可以张紧到适当的位置；在黑板的滚动方面，我们使用电机带动轴的转动，电机和轴之间直接通过联轴器相连接，从而带动板面的转动；在电机转速控制方面，我们使用调速器准确控制板面的转动速度，实现良好的擦除效果。滚动式自擦黑板的框架采用铝型材，结构简单，整体协调，与传统黑板相比，在书写面积和擦除方面具有很大的优势，在未来的课堂中，滚动式无尘自擦黑板的应用前景广阔，体现了人性化的设计。图 2-1 结构图23.设计思路和方法通过对现有教室黑板的调查，发现很多的不足与缺点，粉笔粉尘对老师、学生的健康有一定的危害。 通过对现有黑板的分析比较，我们提出了自己的黑板设计
3、思路：（1）在占用面积不变的情况下，增加书写面积（2）对于粉尘的处理方面，尽可能的降低其危害（3）对于黑板面高度调节方面，利用传动机构，改善传统黑板不能调节高度的缺点（4）为方便对滚动式黑板的控制，其控制装置安放在一侧，实现便于控制而不影响整体的黑板运转。对于滚动式无尘自擦黑板的整个装置可以分为写字区、擦除区、动力传递控制区、擦拭区，其设计简图如下：4设计计算4.1 框架机构的设计和校核 整个外框结构我们想做成箱体式，材料的选择变的非常重要，选择原则：一、材料轻便；二、满足强度要求。保证在加上挡板和电机之后整个型材不会被压溃即可，其不会发生过大变形。校核如下：（1）框架受力计算1）电动机：12
4、0N2）尼龙棒料*2：20N3）挡板：50N4）轴承*4：10N5）黑板面和型材：20N总计整个框架的重力为 G=270N经过查资料我们知道铝型材 2020 的可以承受的重力达到 500-600N270N。选择 20203的铝型材强度可以满足整个装置所需的强度。（2）滚轮轴受力分析M FFxFy图 4-3 主动轴受力分析主动轴受到板面的拉力 F，轴承的支撑力 Fy，轴自身的重力 G，还受到扭矩 M 的作用，主动轴轴的受力分析计算为：Fx = 0Fy = 0 F -Fy - G= 0Mo = 0 M+ F0.5L-G0.5L= 0由已知可知 G=20N,Fx=0，可求得得 Fy,而 L 等于 9
5、00mm，故而求得：M = -9N/m F = 40N 完全小于中碳钢销钉的承受能力。（3）电动机方面的计算 扭矩 /min954kwNmrpe其中电动机功率 = 90W 转速 n = 120kwp得 Me = 7.16175N/m又 Me = T切应力 maxPRtI= 其中电动机 D=19mm，R = D/2 PI23D进而解得 = 1.91971KN Fmaxt所以电动机远能承受住切应力。综合上述，主动轴强度，从动轴强度，电动机作用均在有效范围内，均达到预期要求。44.2 电路分析：本作品采用 220v 交流电源提供动力，手动开关控制电路的开、闭状况，电动机为其提供动力，并连接调速器控制
6、电机转速，从而控制黑板的滚动速度。详细如下：调速控制：电机与调速器连接，通过调节调速器改变黑板的翻滚，实现黑板的擦除。手动控制：通过控制倒顺停开关控制电机的正反转。图 3-5 电路控制原理图4.3 参数、工况和性能分析 4. 3.1 工 艺 参 数本滚动式自擦黑板相关工艺参数为：黑板长度：900mm*2（可翻页式的设计） ，黑板宽度：900mm，黑板框架：1100mm*150mm*1050mm（长、宽、高） ； 电源：220v交流电源 电动机功率：90w4.3.2 工况分析本作品是一种集滚动和自动擦除且实用性很强的滚动式无尘自擦黑版。可根据使用者所需，适当调节所需板面的书写高度，而不用担心黑板
7、过高或者过低。使用其可以解决使用者与黑板高度不协调，黑板需要自己擦除等问题，与此同时，可以提高上课效率。 该黑板主要有两部分组成：机械传动部分和电气控制部分。两部分共同作用实现黑板的滚动和擦除功能。4.3.3 性能分析5通过我们对本作品进行理论分析，实验操作运行，本作品理论设计合理，预期的功能均能良好的体现。5.创新点及应用价值（1）滚动式无尘自擦构思新颖，采用了机电一体化的思路，符合人性化的设计特点。 （2） 、采用电机带动，用联轴器等传动，以自动化的新模式代替手动化的传统模式，方便可靠，在一定程度上节省了上课时间，提高了上课效率，可以极大的方便教学。 （3）板擦是设计在一定程度上可以控制黑
8、板擦出时粉尘的飘飞，尽可能的降低对师生的危害。 （4）快速的擦除设计，在老师写满了前面的板面时，只需按动按钮就可实现板面的擦除，这种功能解决了传统黑板在文字写满后擦除时产生粉尘的弊端。 （5） 、将传送带与黑板巧妙地结合在一起，改变了黑板以矩形为主且固定不动的传统模式，这种新式黑板成倍的增加了黑板可供书写的面积，且占用空间不变。（6） 、结构简单，操作方便，实用性强，在未来的教室中可以广泛应用，具有广阔的市场前景。6、照片图 6-1 滚动式黑板的整体效果六、参考文献1.孙恒 陈作模 葛文杰主编 机械原理 （第七版） 北京 高等教育出版社 20062.上海市机械工程学会 简明实用 机械手册 （第二版） 机械工业出版社 1998 3.侯洪生 主编 机械工程图学 （第二版） 北京 科学出版社 2008 4.哈尔滨工业大学理论力学教研室 理论力学（第 7 版）北京 高等教育出版社 20095.刘鸿文主编 材料力学（第 5 版) 北京 高等教育出版社 2008 6.孙全颖 唐文明 陈明 徐晓希主编 机械精度设计与质量保证 哈尔滨工业大学出版社 20097.邓文英主编 金属工艺学 北京 高等教育出版社 2003
