白板笔墨水灌充机

白板笔墨水灌充机设计说明书

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目录

1研制背景及意义 (2)

2设计思路及步骤 (2)

2.1性能要求 (2)

2.2功能要求 (2)

2.3动力系统方案拟定 (3)

2.4传动系统方案拟定 (3)

2.5执行系统方案拟定 (4)

2.6操纵、控制系统方案拟定 (4)

3工作原理及图形展示 (4)

3.1 系统运行原理 (5)

3.2 传动装置 (6)

3.3 执行装置 (7)

4 设计小结 (8)

5 参考资料 (9)

1 研制背景及意义

白板笔是一种能在表面官话的非吸附性硬纸

板上书写又容易擦出的新型书写工具，是近年来较

为流行的一种常用办公、教学书写工具。相对于传

统粉笔，白板笔拥有书写流畅、使用方便、无尘可

擦等性能特点，它的市场需求正在持续快速增长。

白板笔按结构可分为一次性白板笔，可加水白

板笔，直液式白板笔，气压式白板笔等多种。白板

笔大致由笔头、棉芯、笔杆、笔帽和笔尾组成。一次性白板笔虽然开发成本低，但有着用后即扔造成资源浪费的缺点。而相比起来，可加水白板笔结构与一次性白板笔类似，只是在笔杆前端有旋开装置，墨水写完后可旋开加白板笔墨水。考虑到经济环保的要求，可加水白板笔将更适应于市场需求，逐渐代替一次性白板笔。

目前白板笔墨水主要有三类：

（1）油性墨水。主要溶剂为油性，技术上较为成熟，但危害人类环境与健康。

（2）水性墨水。主要溶剂为水性，技术尚未成熟，使用不方便，实用性差。未能被消费者接受，至今尚未形成市场

（3）醇性墨水。主要溶剂为脂肪醇，一般以酒精作为主溶剂，配以其他助剂（例如乙丙醇、正丁醇、乙二醇等）。具有较大的挥发性，带有浓烈的刺激性气味。在技术上日益成熟，使用方便，是目前市售白板笔墨水的主要品种。

根据日常学习、生活中的观察，我们发现由于酒精具有挥发性，如果书写后经常未套上笔帽，白板笔墨水很快会使用完。所以在办公、教学中使用一次性白板笔将导致经济损失、环境污染等问题出现，而使用可加水白板笔则更符合可持续发展的社会要求。考虑到目前最为主流的醇性墨水有一定挥发性、刺激性，对人的身体健康会造成一定不良影响，自动灌墨水机应运而生。利用简单的机械系统完成墨水灌充高效、安全，是白板代替黑板书写的重要推力。

2 设计思路及步骤

2.1 性能要求

（1）工作稳定

（2）操作简单，方便

（3）体积小，噪声小

（4）节省材料，价格低廉

2.2功能要求

（1）利用往复运动，实现白板笔在两个工位间的运输。

（2）采用泵灌装墨水，泵在某工位上方，能够随着笔杆运动一定距离

（3）可利用气泵将笔帽拔出，吸附在压盖机构上，待工件灌完墨水回到压盖工位，利用连杆机构将将笔帽压入。

2.3动力系统方案拟定

（1）内燃机：内燃机功率范围宽，启动迅速。但需要柴油汽油等作为燃料，工作时排气污染，噪声都比较大。不适用于室内环境。

（2）电动机：电动机利用电能驱动，有良好的调速性能，启动、制动、反响、调速的控制简便。环境污染、噪声相对较小。是用于室内环境。

（3）液压马达：可以获得很大的机械力或转矩，相比于电动机在同功率时外心尺寸小，重量轻。但必须有高压油供给系统。

考虑到本装置需提供的机械力或力矩不大，室内操作，经济成本应较低，最终选用电动机作为动力机提供转矩。

2.4传动系统方案拟定

传动机构常用形式有：齿轮传动、带传动、蜗杆传动、链传动、连杆滑块机构传动等。

分析这些传动方式的特点：

在借鉴减速箱和牛头刨床机构的基本原理后，得到传动方案：运用带传动和齿轮传动改变电动机的转速，分别输入到拔压装置、灌墨水装置、工件运输装置。利用蜗杆转动带动蜗轮转动的同时平动，完成拔压装置与工件的同步，灌墨水装置与工件的同步。利用连杆机构实现工件在水平位置上的往复平动功能。

2.5执行系统方案拟定

执行装置主要完成的功能是要在笔尾上施加拉力和压力，将利用压强将墨水挤入棉芯中，加持工件往复平动。

（1）传送工件功能：将工件装夹到滑块中的圆槽里，利用曲柄滑块机构实现水平面上的往复运动。连杆机构具有结构简单，轨迹可定，工作可靠等优点。在经济性，操作

性上都比较可行。带传动虽然可以达到同样目的，但占位大，设计复杂，较为适用

于大规模流水线生产。

（2）拔压功能：可利用气压将笔尾拔出，压入。考虑到连杆机构加工简单，造价低，机械手的竖直运动通过连杆机构完成。

（3）灌墨水功能：利用凸轮连杆机构完成对墨水注射器的挤压，将墨水注入棉芯。回程时，在弹簧的作用下，注射器回到原位并且自动完成从墨水箱中抽取墨水的运动。

这里凸轮机构相较于连杆机构更为可行。因为凸轮机构能实现长时间定位且定位效

果好，精度高。

系统方案的形态学矩阵

2.6操纵、控制方案系统拟定

由于本装置的适用场合主要是办公单位，教育单位等地，全自动生产将使成本增加，经济性差。所以本装置的开启、暂停、停止由人工完成，不再附加控制系统。

3 原理图及图形展示3.1系统总原理示意图

3.2传动装置

3.3执行装置

工件运输台

灌墨装置凸轮连杆机构

灌墨注射装置

4设计小结

本设计灵感主要来源于日常学习生活中观察到教学用白板笔经常因笔芯干涸而扔弃的现象。一次性白板笔的大量使用不仅经济性不高，还会对资源造成浪费环境造成破坏。但可加水白板笔由于灌墨不方便，墨水对人体有一定程度伤害，使用量也不十分理想。于是我们小组认为如果能够仿制工业中的饮料灌装机构，设计出一个适合办公文教用的小型灌装机将解决可加水白板笔灌墨不方便的问题，从而促进可加水白板笔进一步替代一次性白板笔。由于原本设计的空调室外机自动安装系统遇到一些技术上不可实现的问题，我们小组临时改变了设计课题。这也使本设计较为仓促，对于笔尾的拔起装置设计不完善。如有设计不合理等地方希望老师能够指出，我们将尽最大力量加以改进。

本次创新大作业选题非常灵活，需要日常生活中的仔细观察与细心思考。我们组首先探讨了老师的设计要求，再根据大家对平日生活中对创新设计的想法选定了这个题目。题目确定之后，我们就开始整体框架构思，任务分配和事件安排。秉持着创新的出发点，我们小组能够充分发挥各自的思维灵活性能动性。再加上强烈的责任感，团队精神，较强的工作能力，解决问题能力，使我们最终顺利完成了这份设计。尽管在设计讨论中经常出现意见不统一的现象，但正是这种思维上的碰撞摩擦使我们能够不断完善改进设计，在多种不同方案中进行