火车座椅课程设计.docx

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火车座椅课程设计

1.前言

1.1客车座椅设计目的

随着人们生活水平的不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高。

铁路运输在各种交通工具运输中占有比较重要的地位，人们出行大多选择较为经济和舒适的硬卧车厢，如何对座位进行设计以满足基本乘坐要求的基础上向舒适化、人性化发展，从而达到尽可能减少旅客出行的疲劳是本次课程设计的目的。

1.2课程设计的组成部分

本次课程设计的要求是以25型客车车体内部尺寸为对象，设计车体内部硬座的总体布置，包括单个座椅的总体结构、座椅总布置计算。

具体流程为设计单个座椅的基本尺寸并画出CAD图，对座椅舒适性做出优化，最后确定总体布置并画出相关示意图。

2.25型客车座椅设计的内容

2.1座椅基本尺寸的设计

2.1.1人体坐姿相关分析

（1）坐姿状态

乘客处于坐姿状态时，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。

其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷，同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。

从图1可以看到人体脊柱侧面有四个生理弯曲：

颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。

坐姿状态的差异影响了身体对脊柱的压力，为了乘坐舒适必须保证人体处于正常生理曲线状态，列车座椅应全方位提供给坐姿人体头部、颈部、背部、腰部、肘部、腿部和足部的合理支撑。

图1

（2）坐姿受力

图3座垫体压分布

人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨，称为坐骨结节，能比周围肌肉承受更大的压力。

当座面呈水平状态时，两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置未受压迫，当座面呈凹形状态时，会迫使股骨向上转移而造成髋部肌肉承受反常压力，人体会下意识涌动臀部或者求助肘部和肩部分散受力，从而引起不适。

同时过软的座面使腿部压力过大，影响了大腿血液循环和神经传导而感到不适。

医学论证显示，座垫应根据臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力将至最低。

图2是座垫倾斜5°～10°时较为理想的座垫体压分布曲线，其中各封闭曲线为等压力线，所标数字的压力单位为kPa。

图2

2.1.2人体尺寸数据获取

（1）人体测量标识

人体测量一般包括形态测量、生理测量、运动测量三个方面.根据座椅设计研究需要，采用抽样测量法将其中的形态测量和生理测量作为主要测试项目.

根据座椅类家具设计所需人体尺寸作为测点和测量项目.身高是最基本的人体尺寸数据，选取这一基本尺寸作为基准，用H表示，建立H与人体坐姿各尺寸之间的比例关系.其中，人体坐姿尺寸包括:

1.坐高;2.坐姿颈椎点高;3.坐姿眼高;4.坐姿肩高;5.坐姿肘高;6.坐姿大腿厚;7.坐姿膝高;8.小腿加足高;9.坐深;10.坐姿下肢长共10项标识，见图3.

图3人体坐姿尺寸示意图

（2）人体测量对象

通过对近1500名大学生人体样本多项标识进行调查和实测，选取有效样本并将所采集的数据进行统计分析，按照测量项目列表，男女身高尺寸分布情况及数据

分别如图4、图5所示。

图4女性身高分布图

图5男性身高分布图

2.1.3人体尺寸数据应用

（1）座椅设计主要尺寸依据

通过观察法发现，由于使用者在使用座椅的过程中座椅与人的关系是相对固定的，也就是说在使用家具的时候人基本上处于相对静止状态，仅仅是为了某些行为目的或者放松局部肌肉才进行一定幅度的活动，而且活动的幅度不大.故通常情况下个体之间在关节转动角度幅度方面差别较小，况且在座椅类家具的设计中对身体部分关节活动预留了一定的活动余量，所以设计中可以只进行静态数据的采集.而常用到的主要尺寸有座高、座深、座面倾角等，其设计依据便是人体坐姿的坐高、小腿加足高、坐深等尺寸.

（2）人体尺寸数据统计分析

平均值、方差、标准差、百分位数是数据统计处理的几个主要参数［8］，根据这些具体的人体尺度参数来进行统计分析.其中，人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸等级，用P表示，例如P50表示第50百分位，常用的是P5、P50、P95这3个百分位数.但使用哪个百分位数还要根据人体工学的设计原则来决定，如设计休闲椅时一般情况下坐高以P50、坐宽以P99为基准.通过对获取的人体数据进行合理筛选并利用SPSS软件进行有效数据统计分析，得出以下总共12项标识的均值、标准差及P1、P5、P10、P50、P90、P95、P99统计结果，见表1、表2.

表1男性身高及坐姿尺寸的统计结果mm

测量项目

均值

标准差

P1

P5

P10

P50

P90

P95

P99

身高

1749.2

56.9

1611.7

1650.0

1673.1

1750.0

1820.0

1840.0

1870.0

坐高

932.3

63.3

831.7

832.7

870.0

930.0

990.0

1013.0

1021.7

坐姿颈椎垫高

702.6

57.9

594.2

610.0

640.0

700.0

760.0

800.0

859.8

坐姿眼高

813.4

56.9

705.0

721.0

750.0

810.0

868.0

890.0

958.8

坐姿肩高

631.1

56.2

539.0

544.4

567.0

635.0

683.9

708.9

719.4

坐姿肘高

287.6

49.1

198.0

200.0

223.0

290.0

342.9

363.7

371.4

坐姿大腿厚

153.6

26.8

100.0

113.5

120.0

150.0

198.0

200.0

220.0

坐姿膝高

540.8

42.8

440.0

465.0

480.0

540.0

600.0

620.0

630.5

小腿加足厚

439.0

30.9

360.0

390.0

400.0

438.0

480.0

495.4

520.0

座深

464.1

36.4

392.0

400.0

415.0

469.0

509.8

527.4

580.0

坐姿下肢长

993.1

68.8

874.0

880.0

900.0

1000.0

1080.0

1100.0

1160.0

臀膝距

550.0

36.3

499.0

515.0

524.0

554.0

585.0

595.0

625.0

表2女性身高及坐姿尺寸的统计结果mm

测量项目

均值

标准差

P1

P5

P10

P50

P90

P95

P99

身高

1631.2

47.9

1520.0

1550.0

1570.0

1630.0

1695.0

1709.2

1735.0

坐高

866.7

52.9

753.8

793.2

813.6

870.0

924.0

950.0

992.4

坐姿颈椎垫高

646.5

57.6

519.4

554.8

580.0

650.0

710.0

730.0

780.0

坐姿眼高

757.1

57.8

521.3

667.0

700.6

760.0

818.0

850.0

89204

坐姿肩高

578.1

63.7

410.0

469.6

515.2

590.0

631.0

668.0

730.0

坐姿肘高

274.9

49.5

165.2

201.6

220.0

270.0

340.0

360.0

420.0

坐姿大腿厚

129.7

22.3

97.6

100.0

102.6

130.0

155.0

169.2

206.0

坐姿膝高

516.0

40.7

420.0

450.0

465.0

510.0

574.4

580.6

600.0

小腿加足厚

434.9

38.4

323.2

369.4

388.4

440.0

481.0

500.0

516.2

座深

444.9

39.6

350.0

380.0

390.0

450.0

498.0

508.0

530.0

臀膝距

526.2

36.8

481.0

495.0

502.0

529.0

561.0

570.0

590.0

坐姿下肢长

923.5

62.2

757.6

820.0

850.0

922.0

1000.0

1029.2

1100.0

座椅的部件主要包括：

支架、椅面、腰靠、扶手、头靠。

主要参数包括：

座高X1、座宽X2、座深X3、腰靠长X4、腰靠宽X5、头靠长X6、头靠宽X7、扶手高X8、坐面倾角α、腰靠倾角β。

根据座椅设计的主要参数，需要参考的主要人体尺寸包括：

膝盖高度H1、肘部高度H2、大腿厚度H3、臀部宽度W1、臀部至膝盖长度L1、上身长L2、坐姿的肩中部宽度W2、头到椅面的高度H4、头长L3、头宽W3。

表3参考公式

座椅参数

参数表达式

座高

X1=H1-H3+ΔL

座宽

X2=W1+ΔL

座深

X3=L1+ΔL

腰靠长

X4=L2+ΔL

腰靠宽

X5=W2+ΔL

头靠长

X6=H4-（1/2）L3+ΔL

头靠宽

X7=W3+ΔL

扶手高

X8=H2+ΔL

表4尺寸修正

项目

尺寸修正量

修正原因

坐姿眼高/mm

3

裤厚

坐姿臀宽/mm

13

衣厚

坐姿两肘间宽/mm

20

衣厚

小腿加足高/mm

36

裤厚鞋厚

坐姿肩高/mm

3

裤厚

坐深/mm

3

裤厚

坐姿肘高/mm

3

裤厚

足长/mm

30

鞋长

2.1.4具体参数设计

正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。

在良好的坐姿状态下，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷；当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，形成压力梯度，严重的会将椎间盘从腰椎之间挤出来，压迫中枢神,产生腰部酸痛、疲劳等不适感。

根据矫形学原理和肌肉活动度分析可得出下列结论：

A躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳

B设置适当的靠背可使疲劳降低

C大于90度的靠背可防止骨盆的旋转，增加坐姿稳定性且使坐姿更接近自然状态

（1）座高的设计

A适当的座高应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放于地面。

B座面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时间这样坐着血液循环受阻，小腿麻木肿胀。

因此，座高一般按低身材人群设计，建议座面前缘应比人体膝窝高度低3—5cm，且有半径为2.5—5cm的弧度。

C座面亦不能太低，否则腿长的人骨盆后倾，正常的腰椎曲线被拉直，致使腰酸不适。

应使腿能向前方伸展，以放松肌肉，也有助于身体的稳定。

根据以上原则，参考表3公式及表4修正量，取座高为430mm。

（2）座宽的设计

列车座椅为多人座椅，设计采用两人椅，根据GB10000-88中国成年人体尺寸中的男性坐姿两肘间宽第50百分位数422mm，二人椅时，取男性坐姿两肘间宽第50百