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创新设计说明书

吸尘器改装冲浪装置

机械工程学院电子11《一》班
设计者：陈 麟 201110330113
辛文强 201110330101
指导者: 范跃农
时 间：2014年5月~2014年5月

前 言
从20世纪90年代中后期开始，我吸尘器的销量每年以38%的速度上升。如今吸尘器不但功能越来越多，外观日趋美化，其价格也越来越便宜，受到了不少市民的喜爱。中国吸尘器市场主流品牌主要有SKG、飞利浦、松下、海尔、丹麦力奇、三洋、莱克、伊莱克斯、龙的、LG、科沃斯、爱普等。
如果你认为吸尘器只是个简单清洁工具，并没有其他用处，那你就错了，吸尘器只要你会使用，有很多另类的用处。例如吸尘器可以吸真空袋，可以寻找针头，纽扣等细微的东西，还可以用在宠物身上。
如果经过细微的改装，吸尘器的用处就更多了。美国有一个学生就将吸尘器改装成军用爬墙机器人，这款改装后的吸尘器可以让人在垂直的玻璃面和砖面上爬行。
今天，我们将尝试把吸尘器改装成冲浪装置。

全自动无尘黑板设计方案
一、设计目的

二、工作原理
本装置是用两个电动机作动力，分别控制左右黑板的上下运动，如附图一，控制面板中有四个按钮，控制着电机的正反转，从而控制擦除时和不擦除时黑板的上下移动。黑板擦除装置采用电磁吸合装置，使横梁上的毛刷既可贴紧黑板，亦可不贴紧黑板。即当在“擦除”状态按下“上升”、“下降”按钮时，通过电路（见图 3）接通，衔铁与线圈吸合，使有擦除作用的横梁上的毛刷与黑板紧密接触，从而当黑板上下移动时，横梁上的毛刷擦除笔迹。而在“不擦除”状态按下“上升”、“下降”按钮时，吸合电路并不接通，毛刷与黑板不接触，从而不具有擦除作用。横梁上安装一塑料长盒槽，从而罩住、收集擦除字迹时产生的粉尘，使本装置具有“无尘”功能。所以，当我们需要擦黑板时，就无需直接动手去操作，而是通过控制开关，来实现黑板的上下移动与擦除，这样就给使用者带来不少便捷之处。
三、设计方案
1．黑板上下移动设计方案
电动机通过减速器与链轮连接通过链传动控制黑板的移动，而电动机的正反转则可实现黑板的上下移动，实现电动机正反转的电路图如图1，SBF相当于“上升”按钮，即按下SBF时电动机正转，带动外侧的黑板向上移动，内侧的黑板向下移动；SBR相当于“下降”按钮，即按下SBR时电动机反转，带动外侧的黑板向下移动，内侧的黑板向上移动。同时，在上边框的内框和外框顶端

Q

FR
FU

KMR2
SBF
SB
KMR1
ST1

KMF
KMF1
KMF1
KMF2
SBR

ST2

KMR
KMR1

图1 电动机正反转控制电路
各安装一个行程开关（电路图中ST1、 ST2），当黑板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。
电动机带动链传动的简图如图2，减速器输出轴与下链轮联接，内侧黑板与内侧链条相连，外侧黑板与外侧链条相连，从而实现两块黑板的同步、反向的运动。
2．擦除装置设计方案
在两块黑板之间（边框中间位置）设置一与黑板基本等宽的横梁，上面装有毛刷，在横梁的两端分别设置一衔铁。在贴近横梁的边框两边分别固定一个线圈(已缠有相应匝数的导线)，两线圈通过开关分别与相应的电源连接，见图3。开关闭合时，线圈通电产生电磁力，在电磁力的作用下，横梁两端的衔铁克服弹簧的作用力与线圈吸合，从而实现了毛刷与黑板面的紧密接触，通过黑板的上下
电动机及减速器装置
下链轮
上链轮
外侧黑板
内侧黑板

图2 链传动的简图
带毛刷横梁
移动，来实现内侧的擦除功能。开关断开时，电磁力消失，横梁两端的衔铁在弹簧的作用下与线圈分离，从而毛刷与黑板面分离，黑板上下移动时，不会擦除黑板上的字迹。同理，在外侧黑板的上面（边框的中间位置）也设置同样的一横梁，在横梁上面加一等长的塑料罩盒收集散落的粉笔灰尘，从而实现外侧黑板上字迹的擦除功能和无尘功能。
电源
电源

吸铁

线圈

弹簧

图3 电磁力吸合擦除装置简图

四、功能、特点及应用前景
1、功能
传统的黑板需要手动实现其运动，并且需要人力擦除黑板笔迹，针对这些费时、费力和粉末污染等弊端，我们设计了以上方案，该方案是建立在自动控制与机械运动原理的基础之上，综合了机械运动与电器的自动化控制，实现了黑板的多功能、模块化和自动化设计。全自动无尘黑板擦主要具有以下几部分功能：
（1）利用电动机可实现正反转的原理，通过减速器、齿轮和链条来实现黑板的自动上下运动，并通过行程开关实现黑板的自动停止。
（2）利用电磁吸合原理，使擦除装置与黑板可以自动接触与脱离，从而实现随时、随意擦除黑板的功能
（3）利用静电原理，避免了粉尘随意漂浮的缺点，实现了粉尘的集中清理功能。
（4）通过电路、开关和操作面板，实现所有运动的自动化控制。
2、特点
在设计过程中，采用了机械运动和自动控制相结合的创新设计方法，使全自动无尘黑板擦与传统的黑板擦除方法相比，具有如下优点：
（1）黑板的上下运动通过按钮自动控制，方便可靠、省时省力，节省了上课时间，提高了上课效率。
（2）由于采取了粉尘集中清除措施，在黑板横梁上面加一塑料罩盒收集散落的粉笔灰，从而避免了擦黑板过程中产生的灰尘给老师、同学带来的身体危害，具有环保型的特点。
（3）本方案采用了主电路与控制电路相分离的方法，从而操作安全。
（4）本方案所实现的功能，是根据现已有黑板的尺寸及特点设计的，所以安装时只需对原黑板经过改造，既能达到全自动无尘的效果，而无需将原黑板全部换掉。
（5）结构简单，成本低，便于安装。
（6）系统原理简单，操作方便。
3、应用前景
随着多媒体技术的发展，课堂教学对黑板已不是像以前那样依赖，但黑板的方便书写的特点仍是不可替代的，所以黑板仍是课堂教学所不可缺少的。但是，由于传统的黑板擦除方法存在着很多弊端，在当今以人文本、全面建设和谐社会的趋势下，这种弊端越来越显现出来，所以，全自动无尘的黑板擦除装置，势必在今后教学设备中占有一席之地。
经过我们的调查，市场中也已存在不少类似产品，但这些产品中绝大多数并没有完全实现“全自动”与“无尘”的结合，甚至有些产品反而使操作更复杂，针对这些问题，我们所设计的本套全自动无尘黑板擦不仅实现了“全自动”与“无尘”的完美结合，真正做到了操作简便、安全，而且整套装置是根据现已有的黑板设计的，在原有黑板上只需经过改造，即可成为本产品，所以，该产品较同类产品更具有竞争力，更具有广阔的市场前景。
五、使用方法
在黑板两侧各有一控制面板，其上各有四个操作按钮（各按钮的功能在控制面板上已标出）分别控制黑板的上下运动、擦除装置与黑板的接触和分离。使用时，只需轻轻按下按钮即可，并且黑板具有自动停止的功能，想要达到某一功能，一次性即可。
六、主要创新点
1、功能创新
全自动无尘黑板实现了黑板的自动上下运动、擦除装置的自动接触和分离与粉尘的集中清除等功能。
2、模块化设计
根据以上功能的分解和组合，将自动无尘黑板按模块分别设计，最后按功能需要组合而成。
3、概念设计
传统黑板需要老师或学生亲自动手擦除粉笔字迹，费时费力，影响上课效率，危害老师学生的身体健康。而全自动无尘黑板则解决了此种问题，实现了其运动与擦除功能的自动化，并通过利用粉尘收集装置解决了环保问题。在概念设计上做到了创新。
4、最简化原则
虽然该设计功能较多看似复杂，并在控制上实现了一定程度的智能自动化控制，但是其在结构上却相当简单明了，做到了以简单的结构实现复杂功能的目的。为产品的生产和应用提供了方便。

设计小结
几周的创新设计已经结束了，虽然很忙碌、很辛苦，但感觉收获还是蛮大的。我们几乎每周的专注和辛劳，唤起了我们对创新设计意义的重视，对“创新”这一概念的深刻理解，还有一种对设计工作的热情和认真态度，我们那严谨求实的作风再次发挥了优势，不敢说我们的这套设计方案一定会得优秀，但看着说明书上的每一个细节，我们觉得没有枉费这几周来的心血。我们相信，我们是最棒的！
短短的几周时间，我们学到了很多的东西，从总体的布局到局部的设计，绝不仅仅是考虑尺寸的问题，要考虑的东西很多很多。我们认识到，一个好的设计师在需要具有优秀的专业基础能力的同时，还需要具有知识的综合能力和创新能力等。而我们在这方面显然还差得很远，但有幸的是通过这次创新设计，我们更加清楚地认识到了这一点，也为我们指明了以后的努力方向。
此次创新设计，更加增强了我们对创新的兴趣，对设计的热爱，看着自己画出的每一条线、写出的每一行字，心里总有些激动，我们知道那是收获时幸福的喜悦！在对自己的努力进行肯定的同时，我们也认识到了自己的诸多缺点与不足：一是绘图能力还不够强，作为一个机械专业的学生，必须具备足够强的绘图能力，今后我们会在这方面继续努力的；二是专业基础知识的学习不够扎实，比如说对机械材料、零件结构等的学习不够深刻等。我们以后也会在这方面多下功夫的！
同时，在这次创新设计中，我们还懂得了一些其他方面的道理，比如说合作的道理、多问多动手的道理等等！另外，还应特别感谢指导教师给予我们的指导与关怀，正是老师耐心的解答与深刻的见解才使我们能按时完成本次创新设计！