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学院：电气工程学院专业：热能与动力工程学号：0908040281学生姓名：陈韦元电话：15285115372指导教师：李龙江2011年11月25日粉笔擦尘器设计说明书对边缘科学的概述边缘科学是在两门或多门传统学科的边缘交叉地带产生出来的独立的学科。人们在进行科学研究时，对一些重大科学现象的解释，既涉及这个科学领域又涉及那个科学领域。于是，随着科学的发展和研究的深入，便在有关学科领域之间的结合部形成了边缘科学。如人们在研究金属腐蚀时，有些腐蚀现象既涉及物理学，又涉及化学，便产生了边缘科学——金属物理化学。有时人们运用某一学科的理论和方法去研究另一学科领域时，也会形成一些边缘科学。粉笔擦尘器研究1、研制背景及意义粉笔,是目前课堂教学的主要工具，粉笔灰不能被有效清除和净化，造成粉尘飞扬，污染课堂环境，危害师生健康。世界卫生组织对教师和学生的健康调查，发现由粉笔灰引起的危害有下列几种：一、对师生呼吸系统的危害1.肺的危害：粉尘对师生身体的危害，以肺最为常见，在教学过程中，粉笔灰被吸入肺以后，多数被阻留在肺泡内，经过一系列的刺激，化学和作用造成肺部损害，包括呼吸系统炎症和肺通气功能下降，常见的肺部疾病有：慢性、急性肺炎、肺癌、尘肺病等（即粉笔灰尘中含有二氧化硅，被吸入肺部，在肺部游离的二氧化硅含量在百分之一以上形成肺纤维化的粉尘，从而使肺泡纤维化，导致肺部呼吸功能下降）。2.上呼吸道的危害：粉笔灰尘吸入肺的途径是通过上呼吸道包括鼻、咽、支气管，在这一过程中，部分粉尘会停留于上呼吸道，对粘膜上皮细胞产生机械刺激和损坏，长期在这种这种环境下工作，会引起一系列病变，其中对鼻的影响最常见的是诱发干燥性鼻炎，其次是肥厚性鼻炎，症状为鼻腔干燥、鼻塞、鼻腔粘膜充血、分泌物增多等；对咽的影响主要是诱发慢性咽炎，使咽部干燥，咯痰不爽、咽痛咽痒；对支气管的影响主要是诱发慢性支气管炎，有时还会引发哮喘，另外还有可能引起鼻咽、支气管等部分的癌变。二、对空气质量的影响粉笔粉尘,具有较强的吸附能力，很多有害病菌都能吸附在微细粉尘上而被带入学生肺部，从而促成急性和慢性炎症的发生，从而引起学生群体集体感染呼吸道和其它流行病。学生在听课过程中，室内的细菌总数等卫生指标逐渐恶化，会与微细粉笔粉尘相互作用，加剧粉笔粉尘对师生健康的危害。三、诱发其它疾病目前市面粉笔的成分之中，金属镉的含量偏高，镉被人体吸入后，主要储存在肝、肾骨组织中，对这些组织损害明显，长期接触镉化物引起的主要病变是肺气肿和肾脏损害。镉同时也是最易导致癌症的金属元素之一。2009年9月4日,四川航院学生集体感染甲流感,全国震惊！其事实再一次证明了学生处于亚健康是真而不是假。进一步说明了推广环保教具的必要性和紧迫性。《一位教师的心灵独白》令人警醒。粉笔灰是师生的健康杀手。教师有60%以上患有职业病，正常寿命比普通人群少5年。清除并净化粉尘污染,是关爱人类健康的工程。尽管粉笔灰对人体并无特别大的危害，然而我国数以千万计的师生，每天都要与粉笔打交道，每天都生活在擦拭黑板后的粉笔灰尘中。然而目前及今后相当长的时间，教师不可能不用粉笔写字，更不可能带着口罩上课。因此，研究推广如何除去粉笔灰，不断更新教学设施并改善师生工作和学习环境，促进师生健康将会是一件利国利民的事情。2．所属技术领域电动力学，电磁学，机械制造，使用新型电机装置，能够主动擦除黑板字体，并达到除尘的效果。3.国内外应用现状应用前景电动黑板擦主要克服目前的黑板擦效率低，粉尘飞扬等弊端。使用它可使师生轻松方便地将粉笔字擦干净，且不会产生令人生厌的粉笔灰，极大地改变了教室内外的清洁卫生，有益师生的身体健康且给他们创造了一个优良的教学环境。它的外部设有外壳后部设有出风口外壳内后部设有电动机，其转子上设有涡轮式风扇，转子前端设有毛刷，毛刷后部设有粉尘隔离罩下方设有过滤器。接通电源，电动机转动，带动毛刷和风扇一起转动，将毛刷接触黑板将字迹擦掉，所产生的粉尘在隔离罩和风扇所产生向后吹的风的共同作用下，向后移动，在过滤器内被过滤掉，在出风口排出清净空气。这样就方便地完成了擦字、除生的功能，待粉尘积满时，可将过滤器抽出倒在指定区域内，再放在原位置即可。然而可以通过在该指定区域内的装置回收，再返回粉笔制造厂家制造粉笔，这样还起到了资源的回收再利用的可能，既减少了环境的污染还节约了不必要的能源损耗。利国利民还响应了现在全社会都在提倡的节能减排低碳生活的理念。相信本产品一经推出市场，一定会深受广大师生的欢迎。据初步统计，目前我国仅高等学校就有一千多所，假设每个学校有五十个教室，那么它的潜在销量将会在5万台以上，再加上数量更为庞大的中小学校和其它特殊办公等场所的需求，市场潜力非常巨大。当然，这仅仅是分析了国内的市场，国外的市场如果再考虑进去，这个数字将变得非常可观，粗略一算也能达到上亿台。4.设计结构及工作原理类雨刮器部分的原理雨刮器部分的动力源来自电动机，它是整个雨刮器部分系统的核心。由于要将其内置于墙上，因此对它的的质量要求是相当高的。它采用直流永磁电动机，并与蜗轮蜗杆机构部分做成一体。蜗轮蜗杆机构的作用是减速增扭，其输出轴带动四连杆机构，通过四连杆机构把连续的旋转运动改变为左右摆动的运动。雨刮器电动机的间歇时间由间歇继电器控制，利用电机的回位开关触点与继电器电阻电容的充放电功能使雨刮器按照一定周期刮擦。雨刮器的刮片胶条是直接清除黑板上粉笔灰的工具。刮片胶条通过弹簧条压向黑板表面，它的唇口必须与黑板角度配合一致，方能达到所要求的性能。一般情况下需在讲台桌上设有雨刮器控制旋扭，并最好设有低速、高速、间歇3个档位，以方便教师在不同时候的需求。1)吸尘器部分的原理·关于电动机的工作1.吸尘器部分的原理是通过电动机的高速旋转，在主机内形成真空，利用由此产生的高速气流，从吸入口吸进粉笔灰。2.吸入吸尘器的粉笔灰，被积蓄在布袋机，被过滤网净化过的空气，则需经过冷却电动机后被排出吸尘器。3.电动机是吸尘器的心脏，其性能的好坏，可直接影响吸尘器的可靠性。另外，吸尘器所使用的电动机，每分钟旋转2万转～4万转。因此在其工作时会产生振动，长期工作后可能会损坏墙壁。5.“吸入力”取决于所产生的风力和真空力的合力，但这两个因素却具有相反的特性。也就是说，风力大时真空力变弱，真空力强时则风力变小·关天排气过滤网1.为了不使吸入吸尘器的微小的粉笔灰再次泄漏到外边，吸尘器里需要装有若干个过滤网，另外，布袋或者纸袋，也起着过滤网的作用。这些过滤网，可防止极为微小的粉笔灰损伤电动机，同时还可起到防止再次弄脏室内空气的作用。2.长期使用吸尘器时，会因过滤网网眼的堵塞而致使吸力下降。为了防止吸力下降，应定期用水清洗过滤网以及布袋，洗后在阴凉处晾干再使用，即可恢复吸力。5.设计的主要思路分析及关键技术：设计套用汽车的刮雨器的原理。另外这个设计最重要的环节是如何不使粉笔灰满天飞。要让擦下来的粉笔灰不掉下来，更不能黏在黑板擦上，否则粉笔灰太多了最后就擦不干净了。家里经常用的吸尘器就可以解决此问题，通过吸尘器的工作原理。吸尘器既然能够将灰尘吸进去，那同样也能把灰尘全部放出来。还有就是得把吸入的粉笔灰储存在另外设计的袋子里，并将袋子放在角落里，这样就不占空间了。最后就产生了现在的无尘黑板擦，它包括类雨刮器部分和吸尘器部分。·吸尘器的基本配线一般的吸尘器中，均需装有电流保险丝和“热保护器”，故即使出现电动机过热，也可及时监测出温度上升，暂时性切断通往电动机的电流，防患于未然。还装有“气流保护器”，在吸嘴等阻塞、空气停止流动时动作，打开紧急空气吸入口，利用外部凉气来抑制主机的过热需解决的技术问题1）如何将吸尘器与雨刮器进行无缝连接，也就是说如何将雨刮器附于吸尘器上，并最小限度的减小它们的尺寸大小，以节省空间？2）如何减轻雨刮器和吸尘器的重量？这是由于它们都悬在空中，没有支撑点。因此，如若其本身质量过重，最会导致其工作速度缓慢并有折断的危险。3）如何减小电动机工作过程中产生的振动？电动机是放于教室的地面上的，这就要求其不能剧烈的振动，否则会引起地面的共振，使学生上课时受到影响。4）如何减小电动机工作过程中产生的噪声？雨刮器特别是吸尘器工作时需要较大的功率，因此，电动机不可避免地会产生噪声。教室是用来学习的，因此得有一个安静的环境，不能老是有一种声音在耳旁环绕，否则会大大降低同学们的学习和自习的效率。6.创新点及其运用创新点即是利用了雨刮器和吸尘器的特点，通过它们的工作原理再加以改造，制造出自动化的黑板擦，运用于教室中，这样既减少了运用人工擦黑板的劳动力，分时分段进行黑板的自行擦除节省了人力。又满足了老师和学生吸入粉笔灰而导致不必要的疾病的危险，还可以收集粉笔灰返回厂家再利用。节约了资源合理利用了能源。7.技术经济分析在技术上采用类雨刮器部分的原理雨刮器部分的动力源来自电动机，它是整个雨刮器部分系统的核心。吸尘器部分的原理是通过电动机的高速旋转，在主机内形成真空，利用由此产生的高速气流，从吸入口吸进粉笔灰。且还有亟待解决的部少问题，不管是电动机还是吸尘器都需要在电力的作用下工作，因此需要消耗电力需要考虑经济性问题，但是在健康面前也许会得到普及，因为这是人性化的改革，在改变传统的理念上还有一段路要走，但相信不久的将来一定会得到大多数人的认可。结束语想到这个创意其实也是在一次偶然的机会中才产生的灵感。高中的时候，我的值日任务就是擦黑板，这一擦，就使我和黑板打了三年交道。本来我最喜欢穿黑衣服的，但轮到我值日时就不得不换其他颜色的服装，因为粉笔灰会将黑衣服染成全白的，心里甚是便扭。虽然每次都很痛苦，但也没有更好的办法，因此，我经常时不时的琢磨着如何才能使擦黑板变得机械化。现在终于想到了一个不错的方法，自己心里也感到蛮高兴的。最后，我想补充一点，如果有一个问题一直在困扰着你，那你就不妨鼓足勇气去解决它。或许你会在这之后发现另一片更美的天空。参考文献：《武汉汽车工业大学学报》1999年《吸尘器原理简介》2006年