STYLEREF"標題1"摘要無塵粉筆擦的結構設計及三維建模分析摘要粉筆作為為一種重要的教學用具，其使用過程中產生的粉筆灰導致嚴重粉塵污染，給老師和學生帶來了許多危害。針對該種情況，設計了以下這款電動無塵粉筆擦。該設計克服了現在市場上有吸塵功能的粉筆擦價格昂貴，吸粉筆灰效率低、難以儲存灰塵以及使用不方便的問題。本設計為手持式粉筆擦，由電池驅動馬達完成對粉塵的吸收，通過濕潤的海綿過濾達到除塵的目的。該設計結構簡單，運行可靠，使用方便。首先，本課題通過對比現如今的粉筆擦的不足，采用風扇吸塵原理以及對其結構設計使之得以優化。其次，通過查閱資料及市場調查選出合適的電動機，完成電量消耗計算以及電池的選用。再次，確定相關尺寸規格后，通過使用Pro/EGINEER軟件對其進行三維數字建模，并且完成裝配等任務。關鍵詞：風扇吸塵原理，粉筆擦，結構設計，模型制造，電機選用目錄TOC\o"1-3"\u摘要 I第一章緒論 31.1研究背景 31.2研究目的和意義 41.2.1研究目的 41.2.2研究意義 41.3國內外研究現狀 51.3.1電動黑板擦 51.3.2吸塵黑板擦 61.3.3集塵式黑板擦 61.3.4自動吸塵黑板擦 61.3.5衛生黑板 61.4產品規劃 71.4.1擦拭部分 71.4.2過濾部分 71.4.3操作方便、實用性強。 81.5研究工具 91.5.1Pro/ENGINEER軟件 91.6本章總結 9第二章

電動粉筆擦工作流程的設計 102.1創新設計方法 102.2教室工作環境的特點 102.3工作流程分析 102.3.1無塵黑板擦 102.3.2防塵黑板 112.3.3基于濕水性粉筆擦的發展現狀 11第三章

功能實現與關鍵結構介紹 143.1關鍵部件介紹 153.1.1擦拭部分設計 153.1.2吸塵部分設計 153.2.3過濾部分 173.2.4電控部分 18第四章

總體三維建模及關鍵零件設計 194.1proe軟件的特點

194.2關鍵零件的設計 204.2.2支架 204.2.3集塵盒 214.2.4外殼 214.2.5總體裝配 224.3本章總結 24第五章

總體制作工藝 245.1總體加工方案的選擇 245.1.1產品加工方法分析 245.1.2加工方案的選擇 255.2粉筆擦外殼特點分析與模具注塑加工工藝 255.2.1零件工藝分析 255.2.2注塑機的選擇 27總結 29參考文獻 32第一章緒論1.1研究背景黑板在學校教學期間屬于必備的教學工具，但是傳統黑板在應用期間，人工擦拭的效率比較低，同時存在嚴重的粉塵污染問題。粉筆，這也是一種重要的傳播文工具，但是也影響了教師的身體健康，由于其中存在的粉塵污染問題，可能造成嚴重的疾病。雖然國家在發展期間，采取了補貼金的形式解決這種問題，但是這種問題造成的危害仍然需要高度重視。并且在教學期間，大量飄散的粉塵也會對各種不同的教學設備帶來負面影響，嚴重影響了設備的使用壽命,這是科學界目前在重點研究的課題。為了解決這個問題，推行了微塵粉筆、無塵粉筆與各種不同的新型黑板，其中有效的反應了人文關懷與無奈。但是從目前的情況來看，粉筆與黑板的應用同樣非常廣泛，其在教育事業推行期間發揮了關鍵的影響，從其應用情況來看，黑板被擦拭期間形成了很多粉筆灰。從粉筆灰的成分來看，主要對應是硫酸鈣，化學式對應為CaSO4，熔點對應是1450℃，相對密度數據為2.96。從黑板發展的歷史來看，很久以前就是非常重要的教學工具，但是傳統黑板在應用期間，人工擦拭的效率比較低，同時存在嚴重的粉塵污染問題。粉筆，這也是一種重要的傳播文工具，但是也影響了教師的身體健康，由于其中存在的粉塵污染問題，可能造成嚴重的疾病。為了更好的解決這個問題，參考實際應用情況設計了幾種不同形式的粉筆擦產品。從目前市場的產品類型，主要包括兩種，分別涵蓋了吸塵器式粉筆擦和小型粉筆擦。前者在應用期間價格比較貴，這種情況造成其在市場推廣期間效果并不理想。從目前小型粉筆擦應用情況來看，同時存在著使用效率低、應用不方便與儲存粉筆灰難度大等缺點。粉筆灰會對人體健康帶來嚴重的危害，并且長期大量吸入粉筆灰還可能造成多種職業病，主要包括塵肺粉塵結節與肺纖維化等，在實際教學期間，嚴重影響了廣大師生自身的身體健康。從目前的傳統粉筆擦應用情況來看，其中存在不少缺點，主要包括：(1)不能降低粉筆應灰飄散帶來的污染問題；(2)很難徹底將黑板擦拭干凈；(3)無法將黑板的死角擦拭干凈。不少研究者為了解決這種問題進行了大量的研究，從目前推行的產品類型來看，大多數情況下利用電動或者機械等形式完成擦拭動作。；(4)部分產品在設計期間采取了靜電除塵的形式，在除塵過程中利用了靜電吸附原理；部分產品參考了大功率吸塵器的設計方式，將吸塵器與粉筆擦進行融合分析，在粉筆灰形成期間，直接利用大功率管道針對其完成吸走動作。這些方式在應用期間可以部分解決目前存在的問題，但是對于出現的粉筆灰四處飄散情況仍然無法有效解決，或者產品在設計期間僅能夠針對有限的粉筆塵進行處理；部分能夠吸塵，但是產品在設計期間其相應的價格非常高，并且結構特別復雜[1]。為了更好的解決這種問題，設計并且推出了全自動黑板擦，這種產品能夠自動擦拭并且不會產生污染，外觀設計科學合理，同時實際應用非常方便，因此這種產品的研制具備重要的現實意義。1.2研究目的和意義1.2.1研究目的從目前教學開展的情況來看，黑板在其中發揮了關鍵的影響，同時黑板擦也是非常重要的教具。不管是小學還是大學，在教室課程開展期間，大多數情況下都需要人工擦黑板，這個過程用力費時，并且會造成嚴重的粉塵污染問題，這種情況為后續的教學帶來了一定的阻礙，同時還可能直接影響教學質量，因此站在這個角度來看，全自動黑板擦應用而生，這種工具在應用期間，有效的解決了傳統黑板擦目前存在的問題與不足，并且有效的提高了教學的便利程度，并且自動黑板擦的設計與應用也會對后續的教學帶來重要的積極影響。1.2.2研究意義從目前空氣中的粉塵情況來看，會對人類健康帶來嚴重的威脅，這也是一個需要高度關注的全球性的問題，空氣內部的粉塵會經過呼吸道直接進入人體，進而誘導各種不同的疾病，因此在青少年們學習的過程中，為他們創造一個無塵的學習環境非常關鍵。針對教室形成的粉塵問題展開分析，由于人工擦黑板帶來的粉塵在其中占據了很高的比例，因此這種情況下，改進黑板的方案開始被廣泛提出，但是從實際角度進行分析，這些措施都無法有效的從根本上處理問題，或者就是處理成本太高，因此本次論文在研究期間，參考實際需求設計了一種無塵自動擦黑板機構，這種機構在應用期間可以實現全自動擦黑板，可以有效的避免粉塵擴散的情況，因此站在這個角度來看，具備廣闊的市場應用前景。粉筆灰在傳統黑板應用期間非常普遍，從相關的統計分析數據來看，在粉塵形成期間，其中粉筆灰在其中所占的比例達到了90%，黑板擦在擦除摩擦期間形成的粉筆塵占比僅為10%，因此站在這個角度進行分析，清除積累的粉筆塵具備重要的作用。從目前在我國很多學校發展的情況來說，這種方式的應用條件仍然不夠成熟，從我國目前教育系統推行的來看，大多數情況下仍然選擇傳統黑板—黑板擦應用粉筆的授課模式。最近幾十年以來，伴隨著我國科技水平的持續提升，我國科技工作者在實際研究期間針對上述架構展開了深入研究與分析，同時參考實際情況提出了多種不同的設想和設計，從其研究內容來看，主要涉及到電動黑板擦、無塵粉筆與無塵黑板等，部分開始成為了商品，但是，直到現在還沒有真正的普及產品，針對這種問題進行分析，其中的關鍵問題還是在產品設計，其實用性比較差，并且應用效果較差。粉筆灰塵會直接對教師與學生的身心健康帶來嚴重影響，同時破壞了目前的公共環境衛生。從我國目前教育系統推行的情況來看，粉筆擦的應用非常廣泛。這種情況造成其中出現的粉筆灰塵飄散問題仍然不能得到有效的解決。從目前的相關研究結果來看，在粉塵形成期間，其中粉筆灰在其中所占的比例達到了90%，黑板擦在擦除摩擦期間形成的粉筆塵占比僅為10%，因此站在這個角度進行分析，清除積累的粉筆塵具備重要的作用。從目前在我國很多學校發展的情況來說，這種方式的應用條件仍然不夠成熟，從我國目前教育系統推行的情況來看，大多數情況下仍然選擇傳統黑板—黑板擦應用粉筆的授課模式。這種情況不僅影響了師生自身的身體健康，同時對公共環境衛生帶來了嚴重的破壞[4]。最近20多年以來，伴隨著我國科技水平的持續提升，我國科技工作者在實際研究期間針對上述架構展開了深入研究與分析，同時參考實際情況提出了多種不同的設想和設計，從其研究內容來看，主要涉及到電動黑板擦、無塵粉筆與無塵黑板等[5]。從當時設計的新產品應用情況來看，部分開始成為了商品，但是，直到現在還沒有真正的普及產品，針對這種問題進行分析，其中的關鍵問題還是在產品設計，其實用性比較差，并且應用效果較差，并且針對其中的設計來看，仍然存在不少的缺陷。從目前技術發展的情況來看，電動粉筆擦吸塵器應用比較廣泛，但是僅在國外發達國家應用較多。同時電動粉筆擦吸塵器的結構非常復雜，因此價格非常高(每臺需要數百美元)，這種情況造成在我國的推廣難度比較高[6]。因此本次在研究期間，針對目前的新型粉筆擦展開完善與優化具備重要的現實意義。1.3國內外研究現狀不少研究者為了解決黑板擦的粉塵濡染問題進行了大量的研究，從目前推行的產品類型來看，大多數情況下利用電動或者機械等形式完成擦拭動作。部分產品在設計期間采取了靜電除塵的形式，在除塵過程中利用了靜電吸附原理；部分產品參考了大功率吸塵器的設計方式，將吸塵器與粉筆擦進行融合分析，在粉筆灰形成期間，直接利用大功率管道針對其完成吸走動作。這些方式在應用期間可以部分解決目前存在的問題，但是對于出現的粉筆灰四處飄散情況仍然無法有效解決，或者產品在設計期間僅能夠針對有限的粉筆塵進行處理；部分能夠吸塵，但是產品在設計期間其相應的價格非常高，并且結構特別復雜[1]。為了更好的解決這種問題，設計并且推出了全自動黑板擦，這種產品能夠自動擦拭并且不會產生污染，外觀設計科學合理，同時實際應用非常方便，因此這種產品的研制具備重要的現實意義。1.3.1電動黑板擦黑板板體在設計期間，其上下邊緣分別設定相應的鏈輪鏈條組，兩組鏈輪鏈條組中依靠鏈輪進行連接，其中存在能夠傳動的電機。在清潔黑板的過程中，在板面頂部安裝對應的電機，電機轉軸同樣布置在板面頂邊，和板面緊密相貼，整體對應為一種橫板狀清潔器，這種自動清潔黑板在應用期間，在黑板被清潔期間向下關閉，在老師講課期間向上開啟。并且在擦板設計期間。其下表面安裝相應的滾輪，擦板中部設計有吸塵層，同時在其上方安裝了電池倉，主要利用觸摸按鈕進行控制。針對新型電動黑板裝置應用特征來看，在實際應用期間，僅需要開啟開關就能夠正常擦字，使用非常方便，并且污染比較少，耗電量低，使用壽命長。1.3.2吸塵黑板擦擦黑板的過程中可以直接吸收粉筆產生的粉塵，避免這個過程中出現飄塵的情況，降低對于環境的污染。在吸塵粉筆擦應用期間，在吸塵口處設計有相應的毛刷，從小型吸塵器主體設計期間，其頂部進行對應的有除塵口，擦黑板的過程中可以直接吸收粉塵，避免其對環境造成的污染，并且在整體結構設計期間，利用軟性包面取代了傳統了硬質板面，面套能夠循環應用，有效的增強了其應用范圍。彈性黑板擦設計期間，能夠有效的除去黑板擦內部的粉筆灰，并且在使用完成以后能夠直接除塵，實際的應用期間無需清除，粉塵會伴隨著氣體直接排到室外，其中不存在二次污染的情況。1.3.3集塵式黑板擦這種黑板刷在實際使用期間，不僅能夠有效的擦干凈黑板，并且可以高效的收集粉筆灰，同時在這種方式應用期間，將其與傳統的黑板刷進行對比分析，這種集塵式黑板擦在實際應用期間，可以高效的完成擦、吸、排與濾，并且在設計期間，參考實際應用情況規定了不同粗糙度的黑板，推出了鍍膜粉筆，本產品在實際應用期間，可以實現不脫粉，并且耐潮濕。新型電動無粉塵黑板在應用期間，利用電源直接控制完成，并且在工作完成以后，粉塵可以被直接收集到對應的小盒中，在整體結構設計期間，采取了電動與電磁感應原理。利用這種方式有效的完成除塵，這種設計方式目前在企業、機關與賓館等地應用非常廣泛。1.3.4自動吸塵黑板擦吸塵黑板擦，這種結構在設計期間利用高速電機，基于此形成強烈的真空，然后直接將粉筆灰吸進，去除其中的粉塵，然后排出清潔的空氣。自動吸塵黑板刷在實際使用期間，可以選擇電能當成運行動力，不僅能夠擦拭粉塵，并且降低了使用者本身的勞動強度，能夠將全部的粉塵自動吸入到對應的粉塵收集袋內部，利用這種方式確保室內空氣的清新，利用這種設備在擦黑板期間，能夠確保黑板的表面清潔，同時能夠將全部接觸的塵灰搜集起來，避免塵灰產生二次污染，基于此更好的保護工作環境。從集塵式快速清潔黑板刷設計的情況來看，其長度與黑板本身的高度保持一致，從其寬來看，將其與傳統的黑板刷相比更寬一些，能夠直接掛在黑板中，并且能夠自由滑動，將黑板中的粉筆灰進行搜集。從防塵清潔黑板的構造來看，其中包括一塊黑板、一個帶孔的鋁合金擋板、一個裝有粉筆的長槽，并且包括兩個不同的鋁合金扣。1.3.5衛生黑板在實際使用期間，將粉筆放置于粉筆槽中，確保師生的便捷使用，同時板面底邊設計有相應的粉筆槽，利用這種方式可以有效的收集掉落的粉筆灰。從這種組合式黑板的構成來看，其中主要涵蓋了黑板外框，固定板面B與固定板面A，同時包括集塵裝置。能夠方便攜帶的黑板擦，盒體的下方安裝刷體，盒體上方具備盒蓋，盒蓋與盒體利用鉸鏈相互連接，同時其中的接觸邊都安裝了磁鐵。1.4產品規劃根據查閱資料可知，因為市面上還沒有比較完善的產品所以現在的粉筆擦大多不具有吸塵功能。我認為現在的粉筆擦的發展收到的限制主要來自于：擦拭不干凈、過濾粉塵效果差、結構復雜成本高昂、使用繁瑣、可靠性不高、存在安全隱患等。1.4.1擦拭部分粉筆擦首先是用來擦粉比痕跡的，雖然傳統粉筆擦有許多問題有待改進，但是其擦拭的基本功能我們必須要加以保留甚至要加強。在此基礎上添加其他功能。比如基于濕水性的粉筆擦，由于擦拭的過程中粉筆灰會被濕布里面的水分溶解變成粉漿，又涂抹在黑板上，形成一些擦痕。所以水溶性的粉筆擦要經常清洗，比較麻煩。這里就凸顯出一個矛盾了。就是使用方便和擦拭效果之間的矛盾。這種矛盾不僅水溶性粉筆擦有，電動粉筆擦也有。如果是刷毛轉動來擦拭的，需要有一定的轉速和壓力去和黑板產生摩擦把粉筆痕擦除，會因為轉的太快或者刷毛壓得太緊加大電機的損，或者是增加粉筆擦使用過程中的噪音，降低使用體驗。如果是刷毛不會轉動靠手或者什么結構帶動刷毛來回轉動進行擦這種類型的，擦拭效果多受刷毛材質影響。刷毛太小太密集的話會增加風阻影響吸塵的效果，刷毛太大太疏的話就會容易擦不干靜。針對擦拭效果方面，馬毛具有抗靜電，有很強的吸水性，清潔效果佳等特點。因此很適合用來制作黑板擦的刷毛。制作時把馬毛做成直徑5mm左右的捆，4捆一小簇，與通風口錯落固定在擦拭底座上。擦下來的粉筆灰隨既通過通風口被吸收進去，達到擦拭干凈的效果。1.4.2過濾部分之所以要對傳統黑板擦進行改進，主要原因還是解決粉筆灰對老師和同學們的影響。在電動負壓除塵這一塊，過濾器的技能絕對是應該重要考慮的部件。如果過濾器沒做好，那反而是增加了粉筆灰的散播，造成二次污染。過濾效果要綜合考慮電動機的功率，其產生的負壓和過濾成需要的氣壓降，以及粉塵的收集裝置來綜合考慮。一般過濾效果好的濾塵氣壓降要高很多，因為其濾孔更小，阻力更大，電動機的功率增大，對電動機的性能提出比較高的要求，以及對其整體照噪音響產生很大的影響。必須要通過不斷創新，尋找一種方法可以克服過濾效果與電器功率，噪音的方法，努力實現具有良好的過濾效果，又有比較低的能量損耗，良好的使用體驗。用濕布擦拭黑板的時候可以實現0灰塵的排放，其工作原理是擦布上蘊含水分，粉筆灰接觸到水的時候就會融進水利形成泥漿狀的東西。粉塵就不會飄落在空氣里了。雖然擦拭之后會在黑板上留下一條長長的擦痕而且會弄濕黑板影響教學。我在這里得到靈感：只要不讓吸收灰塵的“濕布”與黑板接觸就不會存在弄濕黑板的問題了。聚氨酯過濾海綿由普通開孔軟泡經過網化處理得到，除掉了原本的網膜以及壁膜獲得了良好的透氣性，其他的性能還有全開孔、拉力強、有良好的滲透性、彈性好、氣流阻力低、化學性能穩定等特點。可以清洗，清洗之后效果不劣化。有這些性能，在濕潤的情況下就是理想的過濾材料。要保持濕潤的話就需要儲存水的東西，有兩個方案：一個是設置一個儲水的容器，需要的時候往顧慮海綿里面放水。但是會產生一些問題，就是怎么控制水剛好能濕潤過濾海綿又不會溢流出來，對其他元件造成污染，以及從容器中出來的水如何均勻的分布在過濾海綿之中。另一個方案就是找一種吸水性能好的海綿間雜的放在過濾海綿之間，擠一下吸水海綿里面的水會溢出來浸泡到過濾海綿，很短時間之后水分又重新被吸水海綿吸收。經過調查pva聚乙烯醇面膠具有優良的吸水、保水性，可以作為儲水材料。為了實現可以充分吸收粉筆灰又最大限度的減少氣流的壓力降保持電機的效率減少噪音這個功能我采用的方案是用過濾海綿進行對粉塵過濾，相間防置pva進行補水。1.4.3操作方便、實用性強。現階段粉筆擦之所以一直停留在理論層面，我認為與其實用性，操作性有很大的關系有一些粉筆差過于笨重，有的使用很繁瑣，過于復雜小型手動擦拭的粉筆擦過濾面積太小，儲灰空間也不大，需要頻繁清理粉筆灰，否則將對粉筆擦的過濾效果產生很大的影響，也會減少電機，電池的使用壽命。靜電組成也需要頻繁清理電極上的積灰，這些都是很大的降低使用體驗的。對于那種可以自動擦拭的比較大型的擦拭裝備來說，其實也是有一些問題的，老師上課經常會很快。就要擦拭一下，但是有重點是要留在黑板上的粉筆擦就不能識別到，只能進行全部擦拭或者不擦拭。如果是那種使用遙控器對其進行指引，這就需要老師。想擦拭的時候拿著遙控器站在黑板前面，通過遙控器控制粉筆差的走動，雖然這樣是不需要老師進行手動的擦拭，但是需要老師頻繁的走來走去，而且遙控的不一定精準。這一點我認為手動的擦拭效果會更加好。針對這種情況，我的方案是把整體粉筆擦做成手持式的，使用靈活方便。1.5研究工具1.5.1Pro/ENGINEER軟件Pro/ENGINEER來源于美國PTC公司的設計，這是一款常用三維輔助設計軟件，其在目前的設計與制造領域應用非常廣泛，并且因為其中的功能強大，不少的設計師都非常喜歡應用，從目前常用的CAD/CAM/CAE軟件來看，其中包含了大量的功能模塊，這種情況使得能夠在多個不同的行業進行應用[7]。在本次設計期間，利用軟件Pro/ENGINEERWildfire5.0針對產品完成三維建模分析，同時包括著色、裝配與渲染等多種不同的操作。1.5.2AutoCAD軟件AutoCAD是由Autodesk公司設計研發，因為其功能強大，操作靈活，界面簡潔，因此其在目前的機械制圖，土木建筑與工程制圖等多個不同的領域均有應用，本次設計期間，利用這款軟件AutoCAD2010針對產品對應的零件二維圖進行繪制[8]。1.5.3WPSOffice軟件WPSoffice是微軟公司設計的一款辦公軟件。從其中的關鍵組件來看，其中涵蓋了Word、Excel與Powerpoint。因為其本身的功能強大，界面很適合不同國家人員的使用，因此這款軟件在全球引起了廣泛的關注與歡迎。在本次設計期間，利用這款軟件WPSoffice完成后續的設計說明書編訂。1.6本章總結本章主要介紹了粉筆灰對教學工作的影響以及現有的一些設計研發成果，總得來說都能解決吸塵、擦拭這個功能，只是各式各樣的設計會產生一些各種各樣問題，影響了實用性、普適性、經濟性等等一些性能。導致了他們不能大規模被市場接受。本章還介紹了本設計的一些關鍵部件的設計，擦拭、過濾等功能的實現。針對現有設計方案取長補短確定設計方案。借助proe工程設計軟件的輔助下建立三維模型，確定具體的結構。

第二章

電動粉筆擦工作流程的設計2.1創新設計方法本次設計的創新思維來自于triz創新理論，TRIZ由一位俄國學者阿利赫舒列爾及他的同事于1946年最先提出，最初是從二十萬份專利中取出符合要求的四萬份作為各種發明問題的最有效的解。這些方法又可以普遍的適用于新出現的發明問題，協助人們獲得這些發明問題的最有效的解。TRIZ理論中的這些創造性思維方法一方面能夠有效地打破我們的思維定勢，擴展我們的創新思維能力，同時又提供了科學的問題分析方法，保證我們按照合理的途徑尋求問題的創新性解決辦法。通過對比各種粉筆擦在市場上的價格和使用性能，對必要實現的產功能，對產品各部分進行設計。本課題為設計一種黑板擦和密封的設備，尤其是能在擦完黑板后防止粉塵四處飛揚。國內外普遍采用手工擦黑板的方法。為了克服現有傳統手工擦黑板方法擦黑板的質量和勞動強度大的不足設計本產品。2.2教室工作環境的特點粉筆擦粉的工作對象為粉筆灰，現價段我國的粉筆主要是從粉筆灰的成分主要對應是硫酸鈣，有部分碳酸鈣以及氧化鈣組成，整體呈堿性，相對密度數據為2.96。經過書寫之后形成小顆粒狀的灰塵很容易飛揚到空氣中。懸浮在教室的空氣中然后被老師和同學吸收進體內損害健康。但是無論是CaSO4顆粒還是碳酸鈣顆粒以及氧化鈣顆粒都很容易融進水里，形成泥漿一樣的東西。由此可以分析出吸收粉筆灰的一個比較使用的方式是利用潮濕的東西對粉筆灰進行吸附2.3工作流程分析2.3.1無塵黑板擦目前學校在教學期間，經常使用的黑板擦結構非常簡單，但是僅具備擦除黑板上粉筆字的作用，很容易造成粉筆灰四處飄散，導致教室內環境質量顯著降低，同時會對教師與學生本身的健康造成影響，因此解決這種問題迫在眉睫。無塵黑板擦在設計期間，其主要的技術方案包括，這款黑板擦內部涵蓋了相應的接粉盒，從其結構要點來看，在對應的接粉盒支架上設定黑板擦，黑板擦的正面設定在接粉盒中；黑板擦的正面對應是海綿體，海綿體的中部具備相應的凹槽，黑板擦的背部設定相應的把手，將其設定在接粉盒外部。如下2-1對應是本黑板擦的整體結構示意圖：圖2-1黑板擦的結構示意圖具體設計方式：黑板擦從其構成來看，主要涵蓋了接粉盒1，支架2上設計了對應的黑板擦4，黑板擦4本身的正面設定在接粉盒1中；黑板擦4本身的正面設定為海綿體6，海綿體中部具備對應的凹槽5；黑板擦4的背部對應是把手3，將其設計在接粉盒1的外部。在實際使用期間，拿取對應的黑板擦4，然后擦除黑板中的文字；粉筆產生的粉塵會被海綿體進行吸收，然后直接落在凹槽5中；擦完黑板以后，將黑板擦4放置在接粉盒1中，晃動黑板擦4，其中的粉塵就會直接掉落到接粉盒1中。2.3.2防塵黑板從這款黑板擦設計形式來看，將其和目前的技術產品進行對比，解決了傳統黑板擦在實際使用期間的會殘存痕跡的情況，并且在擦期間會粉塵飛揚，直接對老師和學生本身的身體健康造成危害，實際的使用非常方便，同時能夠拆卸，高效的完成清潔，是目前黑板擦的有效替代品。2.3.3基于濕水性粉筆擦的發展現狀通過帶輪和底座帶動刷毛在整個黑板上移動來達到自動擦拭的效果。刷毛不斷地經過水箱被清洗然后出水箱的時候有個擠水裝置把水擠干。刷毛出來的時候就不至于很多水，能保持在濕潤的狀態。圖2-2濕水性粉筆擦2.3確定粉筆擦的總體布局表SEQ表\*ARABIC1-1粉筆擦比較項目一般黑板擦靜電式粉筆擦吸塵器式粉筆擦電機+電扇式粉筆擦濕毛氈式粉筆擦原理通過擦拭材料直接吸附粉筆灰通過高壓產生靜電，粉塵在高壓下的靜電感應，帶電產生靜電吸附于高壓電極主要是利用吸塵

器的吸塵功能與粉筆擦相結合，使粉筆灰積塵儲存于積塵箱里利用電機帶動電扇旋轉，使粉筆擦內外產生氣壓差，通過氣流的流動，把粉筆灰吸入積塵盒內儲存通過濕毛氈吸附原理，使粉筆灰牢牢的粘在擦拭部分粉塵附著情況不牢固，附著于擦拭材料上較牢固，附著于高壓電極上牢固，儲存在專門的積塵箱里較牢固，儲存在內嵌的積塵盒里較牢固，附著于濕潤的毛氈上優點結構簡單，價格低廉，材料易獲得，易于制作除塵效果好，無噪音，體積較小除塵效果非常好，完全不會有粉筆灰的飄散利用電機帶動電扇旋轉，使粉筆擦內外產生氣壓差，通過氣流的流動，把粉筆灰吸入積塵盒內儲存結構較為簡單，粉塵吸附率高，不需要任何附加能源，材料易獲得，便于制作缺點除塵效果較差，粉筆灰易飄散電路復雜，使用壽命短，不安全價格昂貴，需要使用市電，噪聲較大，體積較大儲存粉塵的能力較差，粉塵易于從粉筆擦內部飄散出來擦拭完黑板后，要待黑板干后，才能繼續書寫，影響教學進度尺寸最小較大很大較小較小擦拭效果中優優良良揚塵情況明顯不明顯不明顯不明顯不明顯價格約3-10元約100-200元約500-1000元約50-100元約30-60元在分析總結其他人的方案之后，取長補短，結合我的一些思考大概確定一個粉筆擦的工作流程。如下：靜電粉筆擦的效果最好，缺點是結構復雜，安全性能比較差。但是從他能實現低噪音，除塵效果好，體積小這些優點方面來說，應該值得借鑒他的經驗。我認為靜電粉筆擦之所以可以做到低噪音，除塵效果好，體積小，重點在于作為靜電吸塵攜帶灰塵的空氣可以不用經過濾紙等會嚴重增加氣壓降的物體，只需要穿過虛無縹緲的電場，主要在于氣壓降。只要能解決氣壓降的問題，減輕電機的負荷粉筆法就能做到低噪音。電機加風扇式吸塵器其優點在于它體積小，使用方便，價格低等。缺點是體積太小，儲灰能力不行。這個問題直接影響了它的核心功能。吸塵氣式粉筆擦價格過于昂貴而且有嚴重噪音，這個正是吸塵器的固有問題，所以這個方案不可取。濕毛氈粉筆擦會有擦痕影響教學進度這是因為粉筆灰被毛氈的水融合了之后灰形成灰漿，殘留在黑板上，需要等一定時間讓水分蒸發才可以繼續書寫。雖然濕毛氈是的粉筆擦有各種問題也還有可取之處的，在于它對粉塵的絕對吸附能力。濕毛氈的吸附能力優秀還不會像靜電那樣危險，專用來作為吸附部分肯定能收獲良好的效果。經過對比分析，確定粉筆擦的工作總體布局如下：使用電機加風扇的結構，得到體積小、使用靈活的特點，然后使用濕毛氈的除塵方式，利用濕潤的材料來進行除塵，實現安全、高效除塵的功能。尋找透氣性好的可以水潤環境下工作的材料，減少電機的載荷，較少噪音，增加氣流量提高粉筆灰的吸收效果。具體的方案如下：利用底部刷毛材質黑板的摩擦使粉筆塵從黑板上掉落下來，通過電機帶動風扇轉動，使粉筆擦內外部形成壓力差，產生強大的向后氣流，粉塵在氣流的帶動下被吸入粉筆擦中部積塵盒里。集塵盒中有放置過濾海綿，它能牢牢吸附被吸進積塵盒的粉筆灰，使粉筆灰不至于又從進口飄散出來，積塵盒里還有給吸塵海綿補水的裝置，使海綿一直保持濕潤狀態，增強海綿的吸塵能力，空氣從過濾海綿排出就已經是干凈的空氣了。當粉灰塵累積到一定程度后將將通風蓋打開，通過擠水板擠壓一下，吸水海綿的水分擠出來濕潤并且清洗一下過濾海綿。馬上就能恢復到很強的過濾能力。2.4本章總結無論是怎樣的方法，最終的目的就是可以達到去塵的目的。牛頓說要站在前人的肩膀上，自然我們要對一個產品進行設計、改進、創新。首先都是要了解別人怎么做的開始，對別人的成果進行學習可以達到事半功倍的效果。做粉筆擦也是一樣，多學習借鑒別人的方案可以少走很多彎路。第三章

功能實現與關鍵結構介紹現階段市場上或者現有的電動粉筆擦研究方案之中大多是利用濾袋對灰塵進行過濾。但是濾袋的過濾效果只能過濾粒徑不較大的顆粒，對于一些很小的顆粒過濾效果就不太好。恰恰是粒徑很小的顆粒對人體傷害最大。于是我決定使用濕式過濾方法，因為顆粒小的灰塵更加容易被溶解。下面我對一些關鍵部件的功能結構進行介紹一下。3.1關鍵部件介紹3.1.1擦拭部分設計粉筆擦首先是用來擦粉比痕跡的，雖然傳統粉筆擦有許多問題有待改進，但是其擦拭的基本功能我們必須要加以保留甚至要加強。在此基礎上添加其他功能。比如基于濕水性的粉筆擦，由于擦拭的過程中粉筆灰會被濕布里面的水分溶解變成粉漿，又涂抹在黑板上，形成一些擦痕。所以水溶性的粉筆擦要經常清洗，比較麻煩。這里就凸顯出一個矛盾了。就是使用方便和擦拭效果之間的矛盾。這種矛盾不僅水溶性粉筆擦有，電動粉筆擦也有。如果是刷毛轉動來擦拭的，需要有一定的轉速和壓力去和黑板產生摩擦把粉筆痕擦除，會因為轉的太快或者刷毛壓得太緊加大電機的損，或者是增加粉筆擦使用過程中的噪音，降低使用體驗。如果是刷毛不會轉動靠手或者什么結構帶動刷毛來回轉動進行擦這種類型的，擦拭效果多受刷毛材質影響。刷毛太小太密集的話會增加風阻影響吸塵的效果，刷毛太大太疏的話就會容易擦不干靜。針對擦拭效果方面，馬毛具有抗靜電，有很強的吸水性，清潔效果佳等特點。因此很適合用來制作黑板擦的刷毛。制作時把馬毛做成直徑5mm左右的捆，4捆一小簇，與通風口錯落固定在擦拭底座上。擦下來的粉筆灰隨既通過通風口被吸收進去，達到擦拭干凈的效果。3.1.2吸塵部分設計吸塵裝置是此設計的主要部分，主要由電機、風扇、等組成。風扇的類型有主要是離心式風扇和軸流式風機。軸流式風扇又叫局部通風機，是工礦企業常用的一種風機，它不同于一般的風機，它的電機和風葉都在一個圓筒里，外形就是一個筒形，用于局部通風。其特點是安裝方便，通風換氣效果明顯，安全，可以接風筒把風送到指定的區域；其中離心式風機因具有效率高、流量大、輸出流量均勻、結構簡單、操作方便等優點。比較符合本產品的要求。因而本設計的風扇扇葉設計為離心式風扇。本設計要求能夠有效的吸收粉筆灰的同時，盡量使得結構簡單，操作方便，同時要兼顧外形設計，因此風扇的外形尺寸需要做的合適。最終將風扇外形設計成5010，同時中心軸的尺寸為3，以配合電機軸心。電機發動時，隨著扇葉的旋轉，在風扇的中間會產生一個負壓區。這個負壓區域設置在擦板的正上方，有利于提高吸塵的效果。扇葉邊緣直接對接集塵盒，做到緊湊節省空間的特點。有利于產品的小型化，方便美觀。對于材料的選擇，本文采用的是(聚對苯二甲酸丁二醇酯，也就是PBT。這種材料是一種半結晶結構，它是一種即不導電又有很好的強度的一種材料。PBT經常用在日常生活中，例如廚房用具、常見的塑料制品等。關于風扇的三維建模設計，本文采用的是Pro/ENGINEER5.0軟件，具體設計步驟可以簡化為：通過對現有黑板檫的分析和測量，得到大致的體積尺寸再進行合理的設計，最終，三維模型如下圖所示。圖3-1風扇的結構與體積圖3-2吸塵裝置3.2.3過濾部分過率部分是本設計的主要創新部分。經過廣泛的搜索查詢材料發現pva海綿可以提供良好的儲水補水性能。為過濾裝置的效果起到了很大的保障。積塵裝置主要由集塵盒與吸塵海綿、過濾海綿組成，通過濕潤的過濾海綿吸附粉筆灰。補水部分由吸水海綿構成，本裝計設置一塊可以往返移動的板件。在過濾海綿濕潤度不夠的時候通過移動板件擠壓吸水海綿，吸水海綿里的水就會浸泡到過濾海綿里。過濾海綿上的粉筆灰就會溶解在水里，隨著松開板件粉筆灰會睡著水被吸收進吸水海綿里。這樣一個過程下來即完成了過濾海綿的濕潤補水工作，也實現了了清理過濾海綿的功能。集塵盒整體設置成為兩部分空間，下部分空間作為通風通道接納風扇部分輸出的氣流轉入過濾海綿的一個緩沖空間。上部分放置吸水海綿以及過濾海綿，組成了過濾收集灰塵的主要結構。集塵盒的前面部分設置有凸臺，用來與支架相連接。后面有設置有一個蓋子，考慮到過濾海綿，吸塵海綿的更換問題，方便以后更換、清洗海綿。圖3-3過濾裝置3.2.4電控部分②電路板與充電接口電機、電池、充電接口（如圖2-17所示）都是通過電線接在電路板的接口上的。如圖2-18所示可以看出電路板上有開關、電阻、指示燈泡等元器件，還有一些接口的孔位與固定電路板的孔位，電路板的尺寸：長寬高=28mm20mm1mm。如圖2-19所示，當按鈕開關按下時，接通電源，指示燈亮，電機也開始工作帶動配合的風扇旋轉，這時給電池充電的電路是斷開的，無法給電池充電。當再次按下按鈕開關，開關彈出，指示燈滅，電機停止工作，這時如果插入外接電源就可以給電池充電了。電路板雖然電路簡單，卻能將充電與電機工作獨立開來，極大的延長了電池的壽命。③電池根據學校的上課情況來考慮，一天八節課，一節課平均檫黑板時間為2min，電機平均每天工作16min。電機的工作電流為0.5A。則每天的耗電量為電路板及其它電路元件每天耗電量最多為0.01Ah，本課題產品每天的耗電量約為0.143Ah。經過市場的調查，根據電動機的工作電壓、耗電量等因素綜合考慮，初選兩節7號鎳氫充電電池作為電源，一節電池的電壓為1.2V，電容量為0.8Ah，基本尺寸為直徑高=1044，充電標準為充80mA需要1.5h。圖3-4電路原理圖第四章

總體三維建模及關鍵零件設計4.1proe軟件的特點

經過20多年不斷的創新和完善，pore現在已經是三維建模軟件領域的領頭羊之一，它具有如下特點和優勢:參數化設計和特征功能Pro/Engineer是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。單一數據庫Pro/Engineer是建立在統一基層上的數據庫上,不象一些傳統的CAD/CAM系統建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何―一處發生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環節上。1.全相關性Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關的。在產品開發過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數據。2.基于特征的參數化造型Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產品幾何模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如:設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置參數，然后修改參數很容易的進行多次設計疊代，實現產品開發。3.裝配管理Pro/ENGINEER的基本結構能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數量不受限制。4.易于使用菜單以直觀的方式聯級出現，提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用。4.2關鍵零件的設計4.2.1擦拭底座擦拭底座主要功能就是用來放置刷毛和吸氣口。刷毛和吸氣口放置的方法我采用的是大范圍分散，小范圍集中的設計。小范圍集中對于刷毛來說可以增加其韌性，保證刷毛的使用壽命以及提高擦拭效果。對于吸氣口來說如果孔徑太小，圖4-1會增大氣體流動的阻力，降低吸塵效果還會給電機帶倆額外的負載。大范圍分散對刷毛來說可以增大擦拭面積，在吸氣方面更加均勻，吸塵效果更好。此外，上下兩側去除材料，得到兩個比較小的部分。上部分與外殼裝配，下部分用來和刷毛蓋裝配，使得整個結構緊湊。如圖所示：4.2.2支架作為一個電動粉筆擦，里面需要放置許多的零件。零件的放置就少不了有一個它們的“立足之地”了，支架就是起這么一個作用的結構。如圖所示，由左到右分別是電池盒、電機固定支柱、吸氣口、集塵盒。電池盒上面一部分設置成圓柱面，可以節省空間，還能是電池裝的更加牢固；之后是吸氣口，吸氣口周邊圍起來和電機固定座結合組成一個兩個開口的半包圍空間。起著引導氣流的作用，吧吸氣口里來的帶灰塵的空氣引導大集塵盒上面。支架四個角還設置有四個螺絲口，用來安裝外殼的。圖4-2支撐架4.2.3集塵盒集塵盒的作用是放置過濾海綿以及吸水海綿，傳導從風扇來的帶粉筆灰氣體進入過濾海綿中。集塵盒的結構設置為：前段有一部分是凸出來兩毫米的凸沿，這個設置是用來和支架里的卡槽配合起來固定住的。集塵盒上面部分有設置一個提手，方便清洗集塵盒的時候可以比較方便的把集塵盒拿起來。集塵盒里面分成兩個區域，下部分是讓從風扇來的空氣有一個空間可以緩停一會，再進入過濾海綿中。集塵盒后面是開口的，平時開口處有一個蓋子密封著集塵盒，要清洗的時候再打開。集塵盒后面往回一點有一條凸起，是用來給集塵盒蓋平時扣住的。往回一點還有一個去除材料拉伸的槽。作為擠水板的運行軌道，讓擠水板實現往返運動擠水。圖4-34.2.4外殼外殼外殼是整個粉筆擦中最大的一個零件，也是最復雜的一個零件，從左到右分別是電池盒窗口，窗口處設置有和電池蓋相配套結構，之后就是四根立柱，用來把外殼固定在支撐架上的。之后就是開關按鈕的開口，用來控制開關，開口邊緣處做了倒角處理，用起來更加舒適，人性化。接下來的就是一個固定電機的凸起結構，在外殼正確安裝在支撐架上的時候。凸起結構就會壓住電機，保證電機運行的時候不會跳動，避免了由此引發的故障。在往右就是指示燈的開口了，然后就是通風蓋的卡扣，因為通風蓋需要經常打開，就設置了一個加外力啟動才分離的環形扣。后面是與通風蓋相配套的結構。圖4-4外殼4.2.5總體裝配如圖所示，總裝配圖的結構比較緊湊。整個粉筆擦除了外殼與支撐架的立柱有四顆螺絲，其他的裝配都是用卡扣完成，或者是各個零件之間互相作用組裝到一起。擦拭部分，刷毛板那里使用的刷毛用膠水固定，刷毛板與外殼使用永久式單邊扣裝配，因為刷毛板與外殼的裝配要求相對牢固一些，電機固定座則通過外殼與支架之間相互作用的方法進行固定裝配。圖SEQ圖\*ARABIC2粉筆擦4.2.6電動機電動機的選型很大程度上決定了黑板擦的吸塵效果，同時也會影響到所設計的黑板檫外形尺寸。本文設計理念是盡可能的將所設計的黑板檫在滿足使用的前提下體積盡可能的小一些，因此應該選擇采用小型電機。具體的選型如下表4-1所示，電機型號為500直流電動機，三維建模如下圖2-4。這種電機的有點在于高度小，可以使設計的黑板檫更小，同時該電機的額定電壓更小，因此可以采用體積更小的電池供電，另外這種電機的額定轉速可以達到18000rpm，使得吸粉的效率更高。該電機的具體外形大小如下：機身為3417mm，中間電機軸為312mm，額定工作電壓為6V，額定工作電流0.5A，最大轉速能夠達到18000rpm。基本可以滿足吸塵的需求。通過就算可以知道該電機的功率P是：P=UI=6×0.5=3W圖2-4500直流電動機表4-1各類微型電機機型機體尺寸(mm)伸出軸尺寸(mm)工作電壓(V)工作電流(A)轉速(r/min)500直流電機.?34X17?3X1260.518000R140電機?35X20?3X1330.412000F130電機20×15×25?2X9.24.50.4515000K30電機6X8×20?1×64.50.0520000310電機?23X12?2X8.560.034800強磁刷180電機20×15×32?2×1230.4510000N30強磁電機12×10×20.5?1X83.70.252500300微電流電機?24×25?2×1030.023000130強磁刷電機20×15×25?2×960.057800140直流電機20×15×25?2×930.5130004.3本章總結粉筆擦的結構設計零件的制作是本設計中最難的一部分，設計一個零件通常要改好更多次方案。特別是零件裝配之間需要互相固定的零件，零件與零件之間的尺寸配合要求比較精密，而且關聯性很強。差不多是牽一發而動全身了。但是經常會發現一些新問題需要改，一改就是大改。第五章

總體制作工藝5.1總體加工方案的選擇5.1.1產品加工方法分析通過對產品的功能及使用環境的分析，可以確定產品除了電動機、電路板等電子模塊外，其它零件都可以使用塑料材料，從而可以確定加工方法有這么幾種：①塑料數控切削加工②3D打印加工③模具加工。塑料數控切削：使用數控機床直接對固態塑料直接進行去除材料的加工方法，它適用于塑料件直接成型困難或對單件小批量生產的情況。由于塑料種類較多，不同的塑料的切削參數也不同。通過查閱相關的資料，國內對于塑料材料的切削研究較少，特別是粉筆外殼的切削研究更是很難查到。所以本產品不采用這種加工方式。3D打印：一種快速成形技術，它以數字化模型為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式構造物體。由于其在制造方面獨特的成形方式，被認為是“第三次工業革命的重要生產工具[10-11]。與傳統的加工方式相比，3D打印不用制造模具，不用去除材料，不用考慮液態材料成型參數，因此，3D打印是非常有發展前景的產業[12-13]。注塑模具加工：通過密閉型腔成型出一定體積尺寸的產品。模具注塑適合適用于塑料件的大批量加工。本設計的基本組件都是塑料件，基本都可以使用模具加工。5.1.2加工方案的選擇現在我國教育行業基本上都是在使用粉筆作為教學用具，但是卻鮮有具備吸塵功能的粉筆擦與之相配套。現在步入新時代，人們對美好生活的向往之心日益強烈，作為教書育人的教育工作者，更是有權利過上更好的生活。這樣教室里的粉塵就免不了要被消失了。雖然現在在多媒體教學日漸方便，但我認為多媒體教學想要完全取代黑板還有很長的一段路要走。起碼50塊錢一大箱的五顏六色的粉筆，這種經濟效益與動輒幾萬塊的多媒體教學設備來說，就相差很遠。另外，粉筆書寫還有很強的時效性，即興即寫即擦，不需要像多媒體一樣要提前制作PPT.我在大量觀察眾多優秀論文之后，結合我自己的感悟，我設計的一款可以拿在手上具有比較高的舒適性，用起來差是很干凈，過濾效果非常好，還不用經常清理的粉筆擦。它融合了小型粉筆擦靈活方便的優點，同時沒有很多精密密的元件，成本方面也不會很高。我相信可以給教學工作者以及其他需要用到粉筆的人帶來長久的健康。如果需要大批量生產的活就需要用到注塑模具來進行生產。5.2粉筆擦外殼特點分析與模具注塑加工工藝5.2.1零件工藝分析表5-1熱塑性塑料厚度設計參考表熱塑性塑料最薄/mm(in)平均/mm(in)最厚/mm(in)AcetalPOM0.4(0.015)1.6(0.060)3.2(0.125)ABS0.8(0.030)2.3(0.090)3.2(0.0125)Acrylic-PMMA0.6(0.025)2.4(0.093)6.4(0.250)Cellulosics-CE0.6(0.025)1.9(0.075)4.8(0.187)FEP0.25(0.010)0.9(0.035)12.7(0.500)Nylon-PA0.4(0.015)1.6(0.062)3.2(0.125)Polycarbonate-PC0.1(0.040)2.4(0.093)9.5(0.375)Polyethylene(LD)-LDPE0.5(0.020)1.6(0.062)6.4(0.250)Polyethylene(HD)-HDPE0.9(0.035)1.6(0.062)6.4(0.250)Ethylenevinylacetace-EVA0.5(0.020)1.6(0.062)3.2(0.125)Polypcopylene-pp0.6(0.025)2.0(0.080)7.6(0.300)Polysulfone-PSU1.0(0.040)2.5(0.100)9.5(0.375)Modfied-PPO0.8(0.030)2.0(0.080)9.5(0.375)Polystyrene-PS0.8(0.030)1.6(0.062)6.4(0.250)SAN0.8(0.030)1.6(0.062)6.4(0.250)硬PVC1.0(0.040)2.4(0.093)9.5(0.375)Polyurethane-PU0.6(0.025)1.27(0.500)3.8(0.150)從上表可以得知，以上各材料在厚度上都能符合我們的需求，但是我們還得考慮產品的強度，以免在日常使用中因為掉落、碰撞等因素導致產品輕易的損壞或變形。參考以前的設計經驗，初步考慮決定將產品的厚度控制在1.5mm左右。此外作為日常使用，且使用時長和效率相對較高，所以產品的重量不宜過重，因此該產品的材料在選型時需要注意密度不可過高，再者，黑板擦需要與人體近距離接觸，所以不可對人體產生副作用，最后作為產品的原材料，在滿足使用需求的同時要盡量控制成本。綜上所述，ABS塑料是比較適合我們的材料。通過各種資料的查閱，最終我們可以匯總出ABS塑料有以下相關參數：表5-2預熱溫度/℃預熱溫度/℃預熱溫度/℃80～90120～18050～70密度g/cm3料筒溫度/℃收縮率1.01～1.05200～210～230～2200.005～0.008注射時間/s保壓時間/s冷卻時間/s3～510～3015～303～510～3015～303～510～3015～30噴嘴溫度/℃凝固成型周期/S注射壓力/MPa180～19040～7060～1005.2.2注塑機的選擇確認好產品的材質以后，接下來我們準備對加工產品所需的注塑機進行選型。選擇合適的注塑機我們首先要初步計算出注塑機的加工范圍。在這里首先要計算出產品的體積，重量，鎖需要消耗膠液的體積和模具鎖需要提供的鎖模力。從圖形可以看出，我們設計的外盒的造型是比較奇特的，所以通過傳統的計算方式來計算體積顯然是不太容易的。所幸現在畫圖軟件都很先進，功能都非常強大，其中就包含對模型的體積計算。本設計我們主要使用Proe這款軟件，通過設計圖紙使用proe軟件對我們所需計算的黑板擦外盒模型進行還原，還原后通過軟件計算可以得出，黑板擦外盒的體積為17600mm3。從上述查閱資料匯總的表格我們可以查到ABS塑料的密度為1.01~1.05g/cm3，在這里為了防止計算量不夠，在數據計算上根據“保量”原則，我們選擇ABS塑料的密度為1.05g/cm3來進行計算。通過公式m=ρ·v,其中ρ為產品的密度，v為產品的體積。我們可以計算出該產品的重量：m1=1.05x17600/1000=18.48g本設計的理想預期是能大批量生產和應用，所以在設計上我們盡量選擇生產效率高的要求來設計，但是也要照顧到生產制造成本，所以本設計我們初步選擇采查用一模兩腔的方式來進行設計。根據查閱資料《塑料模具設計指導》可知塑料熔休注射量的計算公式為m=n·m1+m2本公式中n為我們所選擇的型腔數量，m指一套模具所需塑料的質量，m1指的是單個塑件的質量，m2指的是澆注系統的質量。m2的數據通常與塑件的流動性和塑件的質量相關聯，根據查閱的資料參考，本設計中我們選m2=0.6n·m1所以有m=n·m1+0.6n·m1=1.6n·m1=1.6*2*18.48=59.1362g鎖模力的計算接下來我們需要對本設計的鎖模力進行校核通過查表可知，鎖模力的計算公式為：F=（n·A1+A2）·P其中F指模具所需要的鎖模力；n指的是選定的型腔的數量，A1和A2分別指單個塑件和流道凝料在分型面上的投影面積；P指的是ABS溶液對性強的平均壓力。借助三維軟件的工具我們可以測量出A1=19941mm2，其中A2在分型面上的投影為0.2A1-0.5A1，在本設計中我們取A2=0.3A1。查閱資料可知ABS屬于中等黏度塑件及有精度要求的塑件，在本設計中P取35Mpa，綜上所述，我們可以計算出F=（n·A1+A2）·P=(2x19941+0.3x2x19941)x35=1814631N=1814KN.最大注射壓力的校核注射壓力是指在螺桿頭部產生的熔體壓強，注射壓力過低會導致型腔壓力不足，熔體不能順利充滿型腔;反之，注射壓力過大，不僅會造成制品溢料,甚至系統過載。螺式注射機ABS注射壓力一般是60~100MPa，取80Mpa.注射機注射壓力為119MPa,滿足要求。參考《塑料成型工藝設計與模具設計》P105表4.2常用國產注塑機的規格和性能。初步選擇采用注射機型號：G54-S200/400。其有關參數為:額定注射量200/400cm、注射壓力109MPa、鎖模力2540KN、最大注射面積645cm、模具厚度165~406mm、最大開合模行程260mm、噴嘴圓弧半徑18mm、噴嘴孔直徑4mm、拉桿間距290mmx368mm。適合生產要求。分型面的選擇查閱相關資料可知，分型面的設計需要注意以下幾個方面：①.分型面的選擇應便于塑件脫模和簡化模具結構，選擇分型面應盡量使塑件開模時留在動模；②.分型面應盡可能選擇在不影響外觀的部位，并使其產生的溢料邊易于消除和修整；③.分型面的選擇應保證塑件尺寸精度；④.分型面選擇應有利于排氣；⑤.分型面選擇應便于模具零件的加工；⑥.分型面選擇應考慮注射機的規格。考慮到本產品的表面粗糙度要求較高，所以選擇其上表面作為分型面，可以降低模具的制造難度，也便于產品的成型和出件。分型面分型面圖5-1總結此次課題完成了電動無塵粉筆擦的研究設。本設計包括整個產品的外形框架的設計、工作原理的研究、零件的設計和加工圖的繪制、本設計的三維圖的還原、強度的仿真校核，本設計在市場前景的研究和探討、本設計零件的注塑加工工藝的研究等工作。一開始想了通過靜電式吸附的工作原理完成對粉筆寫字后實現無塵清除的，設想是利用變頻器把直流電轉變成交流電，然后通過升壓器進行升壓，再經過整流獲得直流高壓電源接在電極和吸塵班上，經過我設計的結構組成一個基于高壓電靜電的無塵粉筆擦。現在的靜電吸塵器多用于發電廠的尾氣吸收其顯示出來的優點是，清理灰塵方便自動化程度高、同等工作能力下的體積更小，希望利用這種原理做出來的粉筆擦也可以達到清灰塵能力強、工作穩定、工作效率高、噪音小、壽命長等特點。但是隨著進度的推進，暴露出一個很嚴重的問題，即要使吸塵板具有吸塵能力，就要在電極外產生電暈。產生電源的條件要求有一定的電壓，但是作為粉筆擦確定了他不能夠有很大的結構。如果結構滿足不了吸塵板之間會因為承受不住高壓而擊穿造成短路，之后在查閱大量的資料，希望可以找到解決這個矛盾的技術方法，但是沒能找到，所以就改變了方案。經過廣泛尋找資料閱讀其他人對于吸塵黑粉筆插的研究，我確定了現在這個利用海綿來過濾的方案。這種方案實現了能自動吸附粉筆塵、使用效果明顯、制造成本不高、使用簡單方便等多種優點于一體，能夠幫助教室里解決困擾良久的粉塵問題，為學生和老師的健康奉獻一份力量，同時可以讓孩子們感受到科技進步的優點，本產品具有良好的市場前景。目前該設備雖然已經基本能實現對黑板上粉塵的清理功能，但是還存在著一些可以進一步改良和優化的空間。首先對于吸附后的