自动擦拭无尘黑板结构优化分析刘权，王帆，涂领，杨智勇（湖北工业大学，湖北武汉430068）摘要：针对自动擦拭无尘黑板变轨机构在长时间往复运动中存在变形较大、易磨损等问题，从静力学角度分析了滑块构件最大内应力所在位置及方向，再结合正应力强度与刚度约束条件优化支座安装位置和所受到的载荷分布，并借助有限元分析软件AnsysWorkbench对优化前后的结构进行有限元对比仿真分析。结果表明，优化后的滑块构件在变形、应力、应变三个方面都得到了大幅改善，受力更加合理，优化了自动擦拭无尘黑板结构。关键词：自动擦拭黑板无尘化有限元分析滑块构件中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0150-03引言多媒体等现代化设备在教学中已被广泛采用，但传统黑板凭借其廉价、方便等特点依然在现代教育中发挥着重要作用。因此，设计一款自动擦拭无尘黑板，实现黑板擦拭的自动化和无尘化，提高擦拭效率，同时减轻粉尘对广大师生身体健康造成的危害具有重要意义[1]。国内外已有较多学者对自动擦拭无尘黑板开展研究，Ceemakurthy等设计了一种自动清洁黑板或白板的清洁系统，但该系统采用了齿轮齿条机构，有较大的噪声[2]；蔡国庆等提出了一种自动擦拭无尘黑板，由具有4个自由度的机械臂带动黑板执行擦拭功能，但没有收集粉尘能力[3]；彭亚洲等提出了一种柔性自动擦拭黑板，将擦拭过程转移到黑板后面，但柔性黑板面不便于书写，且长期使用后黑板面易变得松弛[4]；唐小文等提出了一种“无尘”环保智能黑板，但其无尘效果不好[5]；闫乙伟等提出了一款除尘黑板擦，但其擦拭效率较低[6]。综上，目前已研制的自动无尘黑板存在擦拭效率低、噪声大、使用不方便、无法根除粉尘危害等弊端。本文以机械优化设计理论为基础[7]，采用优化设计方法[8]，提出一种新的自动无尘黑板新构型；并对机构中变轨部件的滑块构件进行结构优化，利用有限元分析软件进行分析；以黑板支撑点的安装位置、所选材料最大许用应力及最大位移为边界约束条件，以最小形变量为目标函数，优化自动擦拭无尘黑板的机械结构。1自动擦拭无尘黑板结构及工作流程1.1自动擦拭无尘黑板结构自动擦拭无尘黑板整体结构主要包括变轨机构、横向移动机构、擦拭机构和粉灰收集机构及控制系统等。由图1-1可知，变轨机构对称布置在黑板边框的左右两侧，其主要由步进电机1、同步带轮1、同步带、纵向滑轨以及变轨架组成，通过步进电机1以及同步带传动实现黑板的纵向移动；在变轨机构的上方为横...
