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1、第六届大学生机械创新竞赛设计说明书作品名称：新型履带式黑板UNIVERSITY OF SOUTH CHINA刚度条件T| QQ0 =x 0 G=80GPaGIp兀计算得轴最小直径=6. 75mm根据实际情况的需要我选择了 20mm的钢轴,上轴长Ll=600mm,下轴长L2=550mm扭矩图如下丁图图9钢轴扭矩图联轴器和轴承联轴器设计电动机输入轴与传动轴采用联轴器，其型号为：SLY10-D40-L50参数:SLY10：系列号，材料为铝合金D40：外径尺寸：40mm, L30:联轴器总高度:50mm轴承选择4个轴承皆为单向轴承，订做的是外径35mm，内径20mm以及与之相配套的轴承座。（4）同步带
2、及同步带轮同步带轮为22齿，其外径35nl叫内径20川明宽20mm.同步带周长1700nrni,宽20nlm-10-南孝火孽(5)创新点(1)利用了同步带传动，保证转动PVC布时不会打滑。(2) PVC布防水性超强，滑爽、不变形的特点，字迹容易清除。多排清洁装置清洁更干净, 高效擦除灰尘。(3)此黑板采用传送带式结构，增加了黑板的长度，突破了原黑板的古板，更加现代，先 进，有活力。(4)环保，保证灰尘在黑板后面擦除，保护老师，学生不受粉笔灰的侵害。(5)自动清洁，只要转动手摇杆或启动电动机，幕布就会清洗，不用人工擦，节省了人力。 操作简单，能耗低，效率高，清除费用低。(6)应用前景在提倡节能减
3、排，绿色环保的今天，新型履带式清洁黑板能够巨大的改善教学环境, 目前大多数学校还是采用老式的塑料黑板，老师学生擦黑板总是被迫吸入很多粉尘，带来危 害，后排的学生也因为黑板擦不干净而不能看清老师所写的类容。我们设计的新型履带式清 洁黑板那么很好的解决了这些方面的问题，它采用高密度PVC防水布，使得黑板更容易擦除字 迹，粉笔写的字更加显而易见。采用反面擦除清洁粉尘，并收集，使老师学生不再受粉尘危 害。采用同步带传动、手摇柄或电动机驱动，使老师操作更方便、快捷。真正做到让老师能 更加安心、方便的进行教学。为学生营造一个舒适平安的学习环境，创造优美、舒适、方便 快捷的课堂。另一方面该作品制作本钱低、能
4、耗低。所以新型履带式清洁黑板必将有良好的 市场前景和推广应用价值。-11-南孝火孽（7）本钱分析一、 零件费用明细表名称数量费用/元同步带、同步带轮2套278 （含运费）PVC防水布1119（含运费）轴承、轴承座4套162光轴290合计649二、材料费用360元（非外购零件需买材料进行单独加工，如木板，钢材等）三、加工费200元三、图纸、打印费100元各局部费用合计：1309元-12-南孝火孽(8)参考文献(1)范顺成，马治平，马洛刚.机械设计基础第3版，北京，机械工业出版社. 2005(2)范钦珊，唐静静工程力学第2版。高等教育出版社2007(3)秦曾煌 电工学第六版,高等教育出版社2003
5、(4)卢颂峰.机械设计课程设计手册北京,中央广播大学出版社.2005(5)范永胜、徐鹿酶可编程控制器应用技术中国电力出版社.2010-13-目录一、研究背景及意义3二、工作原理3三、结构介绍4四、相关计算8五、主要创新点11六、应用前景11七、本钱分析12八、参考资料13（一）研究背景及意义传统的教学用具，黑板和粉笔在 带给人们知识、净化人们心灵的同 时，却也在悄悄侵害教师和学生的 身体。（1）对人体健康的危害：粉 笔产生大量粉尘,严重侵害人体的 身心健康。人体吸入大量的粉尘， 在口腔、呼吸道、肺部沉积， 容易造成慢性疾病的频发。尤其是对于幼儿来说，身体免疫体制还未发育完善，更加容易造 成疾病
6、。（2）对环境的危害：粉笔教具从化学成分上讲主要是碳酸钙、硫酸钙、金属镉等, 在整个教学过程中产生大量的粉尘，长时间漂浮在空气中严重污染室内环境。（3）随着科学 技术的开展，多媒体教室越来越普遍，原始的黑板教学模式有被取代的趋势，但在未来一段 时间内，原始的教学方式仍将持续很长的时间，特别是在经济较落后的地区，老师擦黑板时 总是被动吸入很多粉尘，带来危害。据相关报告显示：我国教师每年因上课被迫吸入的粉笔 灰大约为200克每人，每年死于肺部疾病，癌症患者的比例约为20%左右。综上所述，粉尘危害非常大。为适应时代的要求，以环保为主，为学生营造一个舒适安 全的学习环境，让老师能更加安心、方便的进行教
7、学。在科技日益开展的今天，人们更加迫 切地希望创造创造出更便捷的，更环保的工具，更为方便的服务群众。针对这些问题，工程 组提出了履带式黑板的设计创意。履带式黑板在黑板背后擦除粉笔尘，能解决粉笔对人的危 害问题，两面滚式结构会有更多的空间去写。而且可以做成便捷式，携带方便，操作简单, 本钱低，推广范围广，具有很好社会意义和商业价值。（二）工作原理（1）启动电动机或转动手摇杆，带动上轴杆转动，固定在轴杆上的同步带论也随着转动,再通过同步带使黑板幕布旋转；也可用电动机代替手摇杆,调换开关可使电动机实现正反转,从而带动黑板正反旋转。(2)摇动手摇杆，此时，黑板布会做环形运动，使用者只需根据自己的要求，
8、就可将黑 板布调到适当的位置进行教学。(3)写完一面后，使幕布转动，粉笔尘自动在后面清除。（三）结构介幺1、新型履带式黑板主要结构如图:12图1履带式黑板结构简图111-同步带，2-联轴器，3-电动机或摇动杆，4-内板，5-同步轮，6-轴杆，7-轴承座8-环形黑板布，9-控制开关，10-后板，11-清除装置，12粉尘收集盒2、结构介绍该履带式黑板主要组成局部：传动装置、书写局部、清洁装置。（1）传动装置图2传动结构透视图图2传动结构透视图主要组成局部，电动机加联轴器或手摇柄、轴承、轴承座、同步带、同步轮。传动局部如图，电动机或手摇柄连接在上轴杆（黄色局部）右端，而轴杆那么定在轴承（绿色 局部）
9、之中通过轴承座支撑在后板上。图3同步轮放大图如图是同步带和同步带轮的局部放大图， 同步带轮固定在轴杆上，当电动机带动轴匀 速转动时，同步带轮也随之转动，然后再带 动同步带和环形黑板布转动。因为是通过同 步带传动所以不会存在打滑的情况，使整个 黑板运行更稳定。UNIVERSITY OF SOUTH CHINA传动方案选择根据工作和环境的需要，拟定的传动方案有手摇柄的手动控制，和电动机的制动控 制。手动控制优点在于使用者使用方便，结构简单，易于操作。电动控制优点在于电动机与 轴、齿轮的传动结构较紧凑，可在恶劣环境下工作，振动噪声较大。写字局部书写的局部主要包括，环形黑板布、内衬板、支座、紧固螺钉等
10、。板 衬 内图4环形黑板结构如图环形黑板采用的是PVC防水布料，具有手感厚实，高密度、防水、防水性超强, 滑爽、不变形的特点，并且可水洗。我们用的是黑色PVC布，用粉笔在上面写的字显而易 见，而且容易擦除。PVC布用强力胶水粘在同步带上会随同步带的转动而转动，而且被上下 两根转动轴紧紧绷直，再加上后面的内衬板紧紧与黑板布相贴，所以整个黑板光滑平整。 完全不会影响写字的效果，反而因为内衬板采用的是硬质木板，写字的时候会比一般的塑料 黑板更加流畅。内衬板通过紧固螺钉固定在后板上，一方面起固定的作用，另一方面还可以 调节高度使内板与黑板布紧贴、清除擦与黑板布紧贴。南孝火孽（2） 清洁装置图5清洁擦图
11、5清除装置由清洁刷、粉尘收集盒组成。 清洁刷固定在后板上,调节紧固螺钉即调节 内衬板高度，使清洁刷与黑板布紧紧想贴, 当黑板循环转动时便可自动清洁转到后面 的字。我们采用了三排清洁刷，能做到更好 的清除效果，而且我们采用的是同步带传 动，不会存在打滑现象，所以可以让清洁刷 与黑板布贴的更紧，能更容易把字迹清除干 净。清除的粉尘将掉落到黑板下部的粉尘收 集盒中，收集盒是可拆卸的，方便定时清除。 在黑板背后擦除粉笔尘，能解决粉笔对人的 危害问题，做到绿色环保。-7-（4）相关计算（D电动机选择以下为电动机控制电路图按下正转起动按钮SB2,其常开触点接通，线圈“得电”并自保持，使KM1的线 圈通电，
12、电机开始正转运行，同理SB3控制电动机反转。按下停止按钮SB1,其常闭触点 断开，使线圈“失电”，电动机停止运行。下列图为采用PLC控制的控制电路：图7 PLC外部接线图8控制电路梯形图南孝火孽电动机所需功率设T|尸92%为联轴器传动机构的效率p=Pv n ip一电动机功率，pi一轴杆转动功率T=9550Pi/nT一轴杆转矩，n转速夕max兀d11 = Fd一轴杆直径,o乙轴杆直径d=20mm计算得电动机功率P约为50w,所以确定选用三相异步电动机，型号51K60RGN-C其相关参数如下：额定电压U=220V,额定功率p=60w, f=50Ilz调速范围90-1350r/min轴的力学计算轴材料的选择：选取45#钢，外表硬化处理查资料得45#硬化钢许用切应力约为=80Mpa取 n=100r/min按强度条件Tmax=9550p/n=9550x50xl0-3/100=4. 775N. MT =7