支架式移动黑板的优化设计*

林毅贞

（阳江职业技术学院，广东阳江 529500）

0 引言

随着信息技术的发展，现在普遍采用多媒体教学，但是黑板作为一种传统的教学用具，有利于教师的现场发挥以及控制教学进度，给教学活动带来很大的方便，在许多教学场所都是不可缺少的。从传统的意义上讲，黑板并非特指黑色的板面，它是一个可以用粉笔等特定的书写材料反复书写的平面，板面坚硬，多用于教学，板面多为黑色、墨绿色、白色或米黄色。黑板从移动方式来分类，可分为固定式黑板、转动式黑板、平行推拉式黑板、开扇式黑板、手提式黑板、支架式黑板等［1］。

支架式黑板一般由书写板和移动支架组成，也叫支架式移动黑板。其可以随意移动，根据需要灵活地摆放于不同的位置，具有书写和演示的功能，广泛应用于教学、办公、培训、家用等场合，满足不同的人群所需。但是，经过调查研究以及使用移动黑板的教学体会，发现现有的支架式移动黑板还存在着一些不足之处［2］。

（1）移动支架的支撑杆下部一般是T形，伸出板体平面太多，有的伸出长达0.5 m，如图1 所示。使用者站在板面前方书写时，注意力一般在板面上，往往忽略脚下的支架，伸出部分容易导致使用者绊脚甚至摔跤，存在着安全隐患。

图1 支撑杆下部伸出板体平面示意图

（2）由于板体与支架的连接一般为螺栓连接，使用一段时间时容易松动，当在板面上写字时，粉笔的作用力对连接处形成力矩，导致板面摇摆不定，写出的字会变形，所以书写者经常要用一只手固定板面与支架，另一只手写字，这样给教学活动带来了很大的不方便，直接影响教学效果。

（3）有的支架式移动黑板没有固定的粉笔槽，板擦和粉笔也无处存放。当要使用粉笔或者板擦时，需要从别的地方寻找，非常不方便；擦黑板时，粉笔灰随意掉落到地面上，粉尘飞扬有损师生的健康［3］。

（4）黑板和白板不能两面使用。传统的黑板几乎都是单面使用，而且板面的角度固定，这使其使用功能受到限制；此外，传统的黑板的高度固定不可调，不利于高矮不同的使用者［4］。

1 设计基本思路及方案

1.1 设计思路

为了解决上述问题，本文提出了一种支架式移动黑板的创新设计，旨在解决粉尘滑落和书写板在书写过程中的安全性与稳定性问题，为使用者提供方便。

1.2 创新点及设计方案

图2 所示为一种支架式移动黑板，包括具有黑板面、白板面同时可书写的磁性书写板10，以及与书写板10 通过枢轴70 可360°转动设置的支架20，支架20 上设置有储放盒30，该储放盒30 上具有收集槽，可以用来收集书写过程中掉落或擦落的粉尘，同时还可以起到收纳粉笔、白板笔以及笔擦的目的。

图2 一种支架式移动黑板的结构

如图3～4 所示，收集槽301 的中部设置有用于调节写板10板面倾斜角度和对书写板10 板面进行固定的限位机构40。限位机构40 包括配置在储放盒30 的两侧、形成夹装口401 的第一调节块41 和第二调节块42，第一调节块41 和第二调节块42朝对应方向分别设置调节螺钉43，调节螺钉43 位于书写板10的两侧，旋转两根螺钉，可把写板10 的底端夹住，防止使用者书写时板面摇晃，通过调节前后两根螺钉螺杆的长度还可以调节板面的倾斜角度［5］，方便书写。

图3 储放盒的结构

图4 图3 中40 处的局部放大结构

如图5 所示，支架包括结构相同、且配置在书写板10 两侧的第一支撑杆21 和第二支撑杆23，以及连接第一支撑杆21 和第二支撑杆23 的收脚架22，收脚架22 为U 型结构第一支撑杆21 和第二支撑杆23 大致呈三通管状，由第一接管201、第二接管202 以及第三接管203 组成，其中，第一接管201 通过螺旋调节接头50 分别与收脚架22 的两端连接，再通过于第二接管202 和收脚架22 下端均设置有带有防滑橡胶底座的福马脚轮60，以此形成三角形结构，一方面整个零部件均可拆卸，方便运输和收纳，另一方面书写板10 在需要移动时可以随意移动，在书写时能够保持静止不动，且结构更为稳定，不易翻倒。同时，鉴于使用者书走动，支架20 的收脚设计可有效地防踢脚。

图5 支架的局部立体结构

如图6 和图3 所示，第三接管203可以伸缩，通过旋钮旋转锁紧的方式调节杆长，用来调节书写板面的高度，使黑白板面翻转不受阻碍。储放盒30 的两侧开设有第三接管203 穿设的开口302，开口302 处设置有卡箍31，用以将其固定在第三接管203 上，使整个零部件均可实现拆卸，灵活地应用于教学、办公、培训、家用等场合，解决市场上常规的移动黑板在使用中存在的缺点。

图6 第三接管的结构

2 移动黑板的安全性能分析

根据国家行业标准中黑板安全卫生的要求，移动式黑板在移动时不得松动滑脱，就位后要保证平稳，在使用过程中不得出现尖锐的摩擦声，板面书写的光泽度应该在12%以下，不应有因黑板本身的原因产生眩光。书写面的粉笔附着性及易擦性应符合如下规定：附着性，用熟石膏或碳酸钙制的粉笔书写，手感流畅且充实，笔道均匀且线条明显；擦拭性，用干性黑板擦往复擦拭两次，没有清楚的残留字迹，用湿性黑板擦擦拭，不能有淤积的粉笔残迹存在。书写板面按GB／T3505 中的规定，表面粗糙度Ra1.6～3.2 μm，取样长度2.5 mm，书写面的颜色应该均匀，有良好的耐光性，要符合GB250 中规定的4 级，书写表面平整，没有波纹、龟裂、针孔、斑痕及凹凸不平等缺陷［1］。

2.1 板面质量安全可靠

本设计的支架式移动黑板在符合国家行业标准的前提下进行了改进，为了使移动黑板方便移动，也便于书写，书写板不采用较重且易碎的玻璃材料，而是采用金属夹蜂窝板的结构［6］。

板体的结构如图7 所示，主材为蜂窝板，前后蜂窝板中间夹有蜂窝板芯，前后蜂窝面板外层还设计有一层金属面板，金属面板厚度一般为0.3～0.4 mm，在金属面板外表面上涂敷有3 层辊涂或者烤漆，使板体的一面涂成黑色或者墨绿色，另一面涂成白色，再用金属边框包住整个板体。黑色或者墨绿色的一面经过特殊方式处理使表面粗糙度为Ra1.6～3.2 μm，漆膜附着力达3 级［7］，而且耐冲击耐磨，不褪色，不脱落，经久耐用，书写的手感好，不打滑，不反光，字迹清晰，容易写，也容易擦试，而且用粉笔书写时粉尘少；白面表面光滑，使用水性白板笔书写，上色容易附着，书写清晰顺滑，容易擦除。板面整体结实耐用，抗冲击性能好，表面平整不易变形。双面磁性板，可使用磁钉挂图，方便且实用。

图7 板体的结构

2.2 重心在安全范围内，防翻倒

因为支架式移动黑板的重力主要集中在板体上，板体各层的材料基本是均匀的，板体又是厚度较小的长方体，具有对称结构，所以重心在板体的对称中心上［8］。通过受力分析，板体的重力作用线落在底座的3 个脚轮所围成的等腰三角形面积内，如图8 所示。根据结构的稳定性理论，只要结构重心所在点的垂线落在结构与地面接触所形成的支撑面内，该结构就是稳定的［9］。这种支架式移动黑板符合此理论，所以这是一种稳定的结构。

图8 黑板体的重力图

此外，所设计的移动黑板的板面角度是可以调节的。旋转收集槽的调节螺钉，通过计算，板面与水平面的夹角在75°～85°范围内可变，由于板面的对称性，重心仍然落在脚轮所围成的稳定的三角形范围内；当需要把板体的黑面与白面调换使用时，可以松开收集槽的调节螺钉，旋转第一和第二支撑杆的螺旋调节接头，把板体升高1 cm左右，便可以翻转板面，把板面翻转360°后再把书写板降下来，拧紧第一和第二支撑杆的螺旋调节接头及连接槽的前后螺钉。在板面的360°旋转的过程中，双手对板面施加力矩使它转动，但其重心不变，仍然落在脚轮所围成的稳定的三角形范围内。同时，移动支架中第一接管与收脚架的连接为螺旋调节接头，通过旋转螺旋调节接头可以拉长收脚架与第一接管之间的距离，增大3 个脚轮所形成的支撑面，使该结构更加稳固。

2.3 摩擦力可调，保证书写稳定

当想要移动黑板时，把脚轮的刹车阀打开，脚轮与地面之间的摩擦为滚动摩擦，摩擦力较小，便可以根据教学的需要随意移动黑板［10］。

当把移动黑板移到合适的位置后，再把刹车阀按下来，使其处于关闭的状态，脚轮不再滚动，当写字或者擦黑板时，有力作用在板面上，脚轮的防滑橡胶底部与地面之间产生相应的摩擦力，阻碍黑板的移动，使黑板处于静止状态。以6 号黑板为例，通过测量与计算证明，黑板体的标称尺寸为高1 000 mm，长1 200 mm，厚度为30 mm，净重12.3 kg，脚轮的防滑橡胶底部与瓷砖面之间的摩擦因数为0.7，产生最大的静摩擦力为84 N，而写字和擦黑板时，粉笔与板擦垂直作用在板面上的力一般不超过10 N，根据力的平衡原理，脚轮与瓷砖面的静摩擦力等于粉笔与板擦垂直作用在板面上的力，该静摩擦力远远小于最大静摩擦力，从而使移动黑板整体处于静止状态，保证书写稳定［11－12］。

3 结束语

本文所介绍支架式移动黑板的优化设计具有如下的优点：使用者在书写时，通过收脚架的设计，可以有效地防绊踢，造型美观且实用；底部通过脚轮采用三角形布置，一方面可以使结构更为稳定，不易翻倒，另一方面，还可以随意移动书写板，为使用者提供方便；此外，该书写板的底部配设有储放盒，在收纳粉笔、白板笔、笔擦的基础上，可以用来收集及清理粉笔灰，达到一举多用、简单方便的目的；除此之外，黑白板可以两面使用，两种选择，增加用途，且板面角度可调，更有利于消费者使用，市场广阔；还可调节黑白板的高度，适合不同身高者使用。该支架式移动黑板整体设计体现美观实用、功能齐全、安全易操作，解决了市场上常规的移动黑板在使用中存在的缺点，具有较高的实用价值和推广价值。