基于ProE的电脑椅设计.docx

1、基于ProE的电脑椅设计摘要随着社会科技的快速发展，电脑应用的领域布满整个商业以及家庭中去，对于那些长期坐在电脑面前的人们来说，他们或许更加需要舒适以及更加合理的电脑桌椅来调整他们的坐姿，缓解长期坐着上班职业病，从而达到更好的工作状态，创造更好的工作效率。电脑座椅的舒适度备受大家关注，座椅的高低，外观设计以及坐垫的舒适度都将直接影响使用人的身体舒适度以及坐姿，所以这需要在长期的观察调研中得到合理的数据来设计出更加适合人们身体坐姿的电脑椅。本文就介绍了有关电脑椅的发展历史，以及电脑椅的设计出发点，设计理念，和相关人体行为学为依据的信息设计的电脑座椅，通过介绍，大家更能了解电脑椅的优缺点以及怎样的

2、外观设计才能实现更舒适的座椅效果。关键词：职业病 坐姿 发展AbstractIn recent years, along with the computer popularization, computer group in the growing, more and more people need in front of the computer to complete the work. Many young people used to sit in front of the computer for continuous operations. Of course, also now

3、 includes many college students like sit in front of the computer for several Hours online learning, and even video games. So, for a long time, will appear blurred vision, head and neck ache phenomenon. So the computer chair design and analysis is very important. Use the principle of ergonomics, hum

4、an body physiological characteristics and the physical scale, so that the design of the computer chair suitable for human physiological structure, comfortable use, safety, improve work efficiency. With the principle of human engineering design computer chair, computer chair to improve the human body

5、 needs, increased comfort, reduces the occupation disease, which allows the operator to achieve satisfactory working conditions.Keywords: Comfort，Man-machine engineering，Physiological characteristics前言当今时代，电脑在人们的生活学习和工作中受到了越来越广泛的应用。于此同时，我国也迎来了第三次计算机普及的高潮，这意味着必将广泛进入办公室学校课堂和家庭。然而在电脑带给人们方便快捷和高科技的同时，人么也

6、越来越注意到它带来的许多负面影响。比如长时间进行电脑作业的人们会感到手腕手臂肩腰和颈等处的肌肉疼痛，从而导致这些肌肉群疲劳或损伤等综合征。另外还会引起近视和精神上的疲劳等疾病。因此研究如何从人因工程学角度出发，分析设计合理的电脑桌椅，使其符合人体的生理心理及解剖学特性，以提高人们在电脑作业时的舒适度和工作效率已成为当今家具设计领域的一个重大课题。1座椅与人体之间的关系1.1办公家具的设计理念通常，物体形态的存在必须依赖于物体本身的结构。一切物体要保持自己的形态，必须要有一定的强度、刚度和稳定性的结构来支撑。家具产品的形态也是如此。结构在家具产品中的地位，如同人体的骨架对人的重要性一样。一件家具

7、产品，如果没有像骨架一样的结构来连接和支撑，也许只是一堆废料，既不能构成产品的形态，也满足不了使用功能。一件优秀的家具产品，必然要使用具有一定强度的材料，通过一定的接合方式来实现其功能和基本要求，同时还应注重其审美功能和结构的新颖独特。家具产品的结构强度是实现其基本功能的基础。没有一定强度的家具产品，无论外表怎么优美华丽，也只是虚有其表，根本满足不了使用功能。然而家具产品的结构构成需要通过一定的接合方式才能完成。在家具产品中，除了一些传统的接合方式仍在沿用外，为适应家具产品“可拆装”的要求，连接件接合是使用最多的方式。由家具产品结构的形式特点所决定的家具产品形态可以称之为家具的结构形态。家具产

8、品的结构形态主要表现在两个方面：一是由于内部结构不同而被决定了家具外观形态；二是家具的结构形式直接反映在家具的外观上。1.1.1家具产品结构形态的意义家具产品之所以表现出它特有的结构形态类型，其意义是二：一是创造出家具产品应有的使用功能；二是保证家具产品具有足够的强度和稳定性特征。家具产品要实现基本的使用功能，其结构必须具有足够的强度。结构的强度与结构本身的构成形式有着密切的内在关系。首先，结构的强度与家具所使用的材料形态有着很大的关系。例如，两个材料相同，截面积相同的不同形态的材料，其截面积为方形的强度要比截面积为圆形的强度高。根据力学测定，力对材料的影响主要作用于材料相对的两端，而材料的中

9、间部分，即中性轴部分，受力的影响相对较少，同样面积的方形和圆形材料相比较，圆形中性轴上的材料要比方形的多，故圆形材料受力部分要相对少一些。因此，方形材料要比圆形材料的强度高。其次，结构强度还受受力方向的制约。结构本身的稳定性对家具产品基本功能的实现也起着至关重要的作用。如三角形结构形式是一种最稳定的结构形式，很多家具产品都利用了这一结构原理。然而，在中国，很多家具产品在设计和制造过程中，企业和设计人员并没有重视对结构的力学强度进行合理分析，有的只停留在以往的经验或个人单纯的外部感官上，但是随着新材料、新技术的不断涌现，设计者对结构形式的不断开发创新，某些过进的经验和个人的感官未必还能奏效。因此

10、，笔者认为，家具产品的设计应注重对结构的力学分析，做到结构科学、强度合理。1.1.2家具产品的结构形态与接合方式对于绝大部分家具产品而言，如果没有运用一定的接合方式对其零、部件之间进行连接，家具将“面目全非”，毫无用处，更构不成家具产品的外观形态，对其结构形态的分析也只能是“纸上谈兵”、“天马行空”，毫无意义可言。连接件对家具产品的结构组成是至关重要的，其功能有二：连接和装饰。连接件的连接功能就如人体骨骼间的“关节”，连接着各个零、部件，把本来毫无生机的各种材料组合起来，从而赋予了家具应有的功能和使用要求，同时构成了各种生动活泼、姿态万千的家具形态，也实现了设计者的各种创意梦想。1.1.3家具

11、产品的结构形态及其表现形式家具产品的内在结构形态包含两个方面的含义：一是指由材料本身的结构特性所决定的，不同材料种类所产生的不同的家具产品形态。如金属家具、塑料家具、竹藤家具、充气家具及软体家具等都有自己独特的结构特点和表现形式。这是一张使用玻璃纤维增强树脂制造而成的，名为“佛罗瑞斯”的儿童椅。设计师利用材料的特殊性质设计出了这把结构和造型非同一般的椅子。另外，人造板如胶合板、刨花板、纤维板等，由于其材料本身内部与天然实木的内部结构大不相同，因此人造板家具形态与实木家具也存在着很大差异；二是指隐藏在家具外观形态之内，不易被人们察觉的家具零、部件之间的连接结构形态以及由它们所决寂静的家具造型形态

12、。此沙发的外表很一般、很简单，但隐藏在其外表之后的内部结构却比较复杂。为了达到展开一折叠的使用要求，其内部必须运用多个零、部件通过一定的连接方式，及采用一些特殊的连接件才能完成。但是外观形态与结构之间并不存在对应的关系。比如同一结构形式，若使用不同的材料和颜色，家具产品将会产生截然不同的外观效果。1.1.4家具产品形态设计与结构创新古往今来，家具产品形态设计上的求新、求变，其主要途径之一即是力求结构形态上的变化创新。家具产品在满足其基本功能和使用要求的条件下，设计者就在努力探索如何在结构上进行变化，以求产品功能的拓展和形态的新颖独特。家具产品的结构形态是实现其功能的基础。因此，家具产品使用功能

13、的开发与拓展需要进行结构创新。这把多功能休闲椅正如它广告词所说的“It extends on its own”，它完全依靠其本身结构上的变化来产生各种姿势。更巧妙的是它只是多使用了一根弧形金属滑竿和滑套就实现了。随着人类对自然的不断认识，对生物结构的不断探索和研究，以及对不断出现的新材料、新艺、新技术的使用，家具产品的结构形式将会越来越多样化，家具产品也会不断满足使用者的生理、心理需求，甚至各种个性需求。综上可知，家具产品的结构形态设计是家具设计的主要内容之一，其地位和作用在家具产品形态设计中是任何要素都无法替代的。家具产品的结构形态设计需要考虑很多方面的因素。归结起来包括产品功能的满足与拓展

14、、材料的强度、零部件的接合方式、连接件的使用以及新材料、新技术、新工艺的发明和使用等主客观因素。1.2电脑椅简介电脑椅已广泛普及于人们的工作和学习及生产场所。具有一定的人体工学性，有利于健康。 1.2.1电脑椅的分类图1.1电脑椅实体1、按适用地方分（如图1.1）通常有以下几类：1）工作椅：适用于生产车间等工作场所，椅子，的组成简单。2）学生椅：适用于学校及会议性场所等。同样椅子的组成简单。3）职员椅：广泛适用于办公环境，椅子体积少，占用空间少。4）中班椅：椅子体积较大，占用地方偏大，通常的使用者为管理层一类的人员。5）大班椅：又称为老板椅，外观大气。6）会议椅：外观新颖，时尚，椅子的舒适感不

15、是设计者的第一要素。2、按面料分通常有以下几类：1）麻戎椅：工作椅、职员椅、中班椅采用多。2）网布椅：早几年中班椅、会议椅、班前椅，采用较多，此类面料的椅子有较强透气性，相对适合久坐。现已在职员椅上得到大量采用。3）皮椅：大班椅使用最多。皮：真皮、仿皮之分。95%以上是仿皮。4）防静电椅：椅子表面采用防静电处理，或防静电的配件及面料。1.2.2电脑椅的组成及质量要素脚轮：普通脚轮、PU轮（软性材料，适合于木地板，及机房）。椅脚: 弓形架（铁架或木架）:铁架的厚度直接影响椅子使用寿命。表面处理：喷漆、烤漆（表面光泽，不易脱漆）、电镀（木架不可以电镀），电镀质量好，才不易生锈。现在大部份的椅子电镀

16、质量都不算好。三个月内不生锈的就算好了。通常电镀质量好不好，看表面打磨，表面及焊接处打磨好，电镀可能就好点。而且电镀产品不环保，发达国家都严格控制电镀处理厂的数量和环保设施的投入。气杆：又叫伸降杆，用来调节椅子的高度和旋转。气杆的内部充有高压气体。在气杆没有发明以前，椅子的高度和旋转是靠锣杆来调节，因使用时不够人性化而淘汰。底盘：托起椅座的部份，下面与气杆相连接。零售价格在160元以下的椅子底盘很多没有套管，使用久了之后易裂开、摇晃，容易有些铁板厚度也不够，用卡尺量，只有1.7mm厚,通常要有1.9mm厚才算可以。底盘的弹簧，很多长度不够或没有热处理。热处理过的新弹簧，表面呈猪肝色，而非铁的本

17、色。椅座：由木板、海绵、面料组成。木板的质量通常消费者感觉不到。海绵：再生绵、新绵。99%厂家都是两者搭配使用，越厚越硬，成本就越高，厚度适当，硬度适当就可。用手压椅座，如果感到很手软，或不用什么力压椅座的就感到已到底（木板），质量为不好。现也有些不良厂家，用泡沫、没有进行再加工的碎海绵、珍珠绵等物品充当海棉。易变形，没用回弹力。面料：麻戎，网布，皮。现有些椅子的座没有木板和海绵，只是个塑料框压上网布。此类椅子，更符合透气性。坐在上面不会很快发烧，而更舒服。扶手：厚薄影响质量。椅背座连接（角码）椅座和椅背是分体的，采用钢管或钢板连接，钢管里面再套有钢管为最好，只有小部份有套。钢板，通常为6mm

18、或8mm厚。但宽度小于6cm的钢板，必须8mm厚。否则易弯。椅背：和椅座的材料、质量评定方法差不多，但硬度相对软些。太软同样不好。钢架框，塑料框的椅子，采用网布相结合制成，具有透气性。腰枕：有些椅子有，有些椅子没有，必要性，则看椅子的舒适度。头枕：有些椅子有，有些椅子没有，必要性，则看椅子的舒适度。可调功能一些高档的电脑椅，其椅座、扶手、椅背、腰枕、头枕可以调节高度等。低档的椅子，表面相对粗糙。中国是电脑椅制造强国。其主要生产基地为广东顺德，浙江安吉。而顺德龙江引领着全国的电脑椅款式和质量，如佛泰办公家具厂。1.2.3五爪材料种类普通塑料脚：现基本淘汰，质量可靠性差。大部分是一些小椅子在用。由

19、于塑料的再生利用，此类产品相对环保。尼龙塑料脚：现已大量使用，质量多档次。如果把五爪上的轮子不装，用砖头把五个爪尖垫起，重1.5吨的车，车轮在五爪上压过，或静压不断，质量就完全放心。由于塑料的再生利用，此类产品相对环保。钢制铁脚（烤漆，电镀）：易锈，焊接处易裂开。木脚：铁架，木头面只起装饰作用。铝合金脚。能角度自由调节、无级无段锁定、弧形贴背设计、弓形架强度及弹性处理、扶手弧形流线处理等。不论在办公室还是在家里，坐在电脑前不挪窝地连续作战是很多年轻人的习惯。时间长了，就会出现眼睛模糊、腰酸背疼等毛病，这是因为如果电脑椅与办公桌高度不够匹配，很容易对眼睛和关节造成伤害。应该及时挑选一把合适的电脑

20、椅为好。2电脑椅的设计2.1 电脑椅的设计调研进几年来，随着电脑的推广，“电脑族”也不段在壮大，越来越多的工作人员需要在电脑前完成工作。而很多年轻人的习惯是坐在电脑前不挪窝地连续作战，当然，也包括现在的很多的大学生喜欢在电脑面前一坐好几个小时上网学习或是打游戏。这样，又来所谓的“电脑族”的“职业病”。因此，电脑椅的设计除了美观大方之外，更重要的是运用人机工程学的原理，设计出满足人的各种需要的电脑椅，才可以真正满足人的身体和心理需求，让人们坐在上面会得到更好的需求，从而达到最佳的工作状态。目前我国的电脑座椅品种繁多，款式和颜色不乏新颖丰富。细细观察这些产品，完全从人机工程学角度设计的却寥寥无几，

21、大部分还停留在传统结构上面。一些国外进口和模仿国外品牌设计的电脑椅，虽有部分按人机工程学原理设计合理的地方，但只是照搬，设计方面并不完善，使用后同样会给健康带来不良影响。所以要设计出健康合理的电脑椅，就必须依据人机工程学原理对电脑椅设计上存在的缺陷进行研究分析，在理论上解决电脑椅存在的问题，对人体坐姿和生理特征进行了研究和分析，为电脑椅设计提供科学的理论依据和设计标准。符合人机工程学原理设计的电脑椅，大为改善人体对电脑椅的各种需求，降低职业病的发生，提高土作效率，使工作者一达到满意的工作状态。2.2 电脑椅的设计分析如何才能设计出良好的电脑椅呢?首先就要从电脑椅设计的原理出发。电脑椅设计不仅要

22、在制造工艺和生产方面可行，符合安全的要求，更重要的是设计一思想要体现人机土程学、解剖学，使人坐着舒适，减少疲劳度，提高土作效率，这才是我们的的最终目标。2.2.1人体坐姿生理特性分析正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骼骨时则后凹。在良好的姿势下，压力适当的分布于各椎间盘上，肌肉组织上分布均匀的静载荷。当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布小止常，产生腰部酸痛、疲劳等小适感。舒适的坐姿应保持腰曲弧形处于止常状态，在这种状态下，各椎骨之间的间距止常，椎间盘上的压力轻微而均匀，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管小受压迫，保证血液循环止常，囚此最舒适的坐姿是臀部稍离弃背向前移，使上体略向后倾

23、斜并保持体腿夹角在90115，同时大腿与小腿之间均角度般为100120，小腿与脚掌般为8595，大臂与小臂般为8090。如能保持这种状态，人体就会达到比较舒适的坐姿。2.2.2坐姿的舒适度分析1.肌肉的活动度脊椎骨依靠其附近的肌肉和健连接，椎骨的定位正是借助于肌健作用力，一旦脊椎偏离自然状态，肌健组织就会受到相互压力的作用，使肌肉活动度增加，导致疲劳酸痛，肌健组织受力时，产生一种活动电势，根据肌电图记录结果可知，在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力，提供靠背支撑腰椎后，活动力明显减少;当躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高，以桌面作为前倾时手臂的支撑并不能降低

24、活动度。因此，适当的靠背可使疲劳降低；大于90的靠背可防止骨盆的旋转，增加坐姿的稳定性，且使坐姿更接进自然。2.坐姿变换的必要性工作座椅应尽叫能设计得可以坐立兼顾。实际上，人们在工作中都是不时地调整着自己的坐姿。在只能采取坐姿的情况下，就会自动变换坐的姿势以调整肢体各部分的负荷分配，以使肢体各部分的负荷得到调整。3.座椅设计原则理想的座椅，应使就坐者体重分布合理，大腿近似水平状态，两足自然着地，上臂不负担身体的重量，肌肉放松，操作时躯干稳定性好，变换坐姿方便，给人以舒适感。座椅设计必须考虑的因索很多，可以概括出如下一些基本原则:1)座椅的尺度必须参照人体测量学数据; 2)身体的主要重量应山臀部

25、坐骨节承担; 3)座椅的前缘处，大腿与椅子之间应尽量减小; 4)腰椎下部应提供支撑，设置适当的靠背以降低背部紧张度;5)座椅应能方便地变换姿势，但必须防比滑脱;6)椅垫必须山足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力分布于坐骨结节区域。2.3 电脑椅的设计方案2.3.1电脑椅的功能设计椅子的各部位尺寸，不论是坐位的高低、深度和宽度，扶手和靠背，以及坐面的弯曲度都要的严格的依据，如果稍有差错就会影响人体的肌肉、韧带和关节等组织，使人感到不安和痉挛，所以椅子的各部位尺寸都要适合人体的尺寸。坐高：坐高是指坐板前沿高度，这个高度决定了椅子的舒适程度。根据人体工程学的理论，人体质量和压力的散布和紧张的松

26、弛乃是获得舒适的基础，这是因为人坐在椅子上的时候，身体质量由脊骨至坐骨，尽管坐骨结节点承受了最大压力，但因骨盆拱骨的尖端力学作用，臀部的各部位均分别承受不同压力使压感略有减缓。坐面的高低使人体的接触面也不同，因而决定了坐椅的舒适程度，通过以小腿高为标准的坐高与高于小腿高度的坐面实测，可以看出其体压是不同的。理想的坐面高度要与人的小腿长度相等，最好是略小于坐者的小腿长度，使脚部能安置在地面上，并使腿部能完全放松。如果坐位太低，要保持身体平衡惟有把双脚向后屈，但这样会使上身全部质量集中在臀部中央，使臀部的一些肌肉受到很大压力，同时两腿又容易疲劳，很难得到休息。但是坐面过高，大腿前半部近膝窝处就会受

27、到约20kPa的压力。这种压力虽不算大，但时间长了易引起血液循环障碍，肌腱就会发胀而麻木。椅面过高相对桌降低，令人不得不把身体向前俯斜，把全部力量压在椅座前沿，只要坐上片刻便会感到背部和小腿麻痹。由上述可知，坐高的决定与人的小腿高度有密切关系，按照人体工学的基本原理，坐高应小于人体坐姿态时小腿肋窝到地面的高度，根据我国男性平均胭窝为408mm，女性为385mm，再加上2.5-3.5mm鞋的高度，则高为420-430mm，考虑到小腿的活动作地，一般采用400-410为宜。坐深：坐深确定通常是根据人体大腿水平长度，即胭窝到臀部后端的距离作为依据，为养活小腿内侧受到压近或使靠背失去作用，坐位浓度实际

28、尺寸还应减去椅座前沿到胭窝之间大约60mm的空隙，也就是坐深小于坐者大腿的长度，使膝下没有压力，为了使坐深设计得适合于多种人体尺寸的需要，下腿水平长度应取平均值。如果坐位过深，会令人背部无法触及靠背，使腰部的支撑点悬空，上身一部分质量要靠颈项来支持，同时下身还有向外滑出趋势，使人无法久坐。一般来说普通椅子在通常就坐的情况下，由于腰椎到盆骨之间接近垂直状态，其坐深可以浅一些，对于倾斜度大的休息用椅，因使人腰椎至盆骨也呈倾斜状态，故坐深就要加大一些。我国成年男女的大腿水平长度尺寸平均可取420mm，故一般常用的靠背椅坐深不宜大于420mm。坐宽：坐位宽度必须大于臀部的宽度，使身体改变姿势时有足够的

29、移动空间，但坐宽过大两臂不能均匀地倚靠扶手，坐宽过窄没有横向挪支的作地，易产生促感，这样很容易产生疲劳。根据我国人体尺寸，一般靠背椅坐宽不应小于380mm,扶手椅不小于460mm。座必须有适宜的弧度或弹性，使全身压力不致集中在骨盆的承重尖端。靠背高度：靠背高度是指椅背上沿至椅背与坐面交接处的距离，是沿椅背平面中线测量的长度，靠背必须具有支持背部的作用，并且根据需要稍向后倾斜，以支持身体的质量，两者之间必须形成95度或更大的角度，它的作用是使人的身体保持一定的姿态，同时分担部分人体质量，如果靠背垂直和太低，就使人腹部凹曲，腰部肌肉被拉紧，尤其是背部受椅背板边缘压迫。这样的椅子，会使人身体的压力有

30、一部分向前滑去。正确椅背高度应依据椅子的使用功能而定，一般椅背应在肩胛骨以下，以便于背部肌肉得到适当的休息，同时也便于上肢活动；对工作用椅为全球上肢前后左右活动，高度要低于腰椎骨上沿；休息用椅坐者处在躺坐之间，靠背应加高至颈部或头产。此外，坐位和靠背的位置最好可以自由调节，以适应各种姿态需要。扶手：扶手是增加坐椅舒适性的补助支撑构件。坐者前臂得到自然支撑，减轻两臂和背部的疲劳，对上肢肌肉的休息也有作用。扶手高度应与人体坐骨结节点到自然垂下的肘部下端的垂直距离相近，通常认为距坐面高240mm左右最为合适，并应与坐面平等。扶手过低两肘不能自然落在扶手上，前臂得不到有效支撑；扶手过高，双臂不能自然下

31、垂，会造成坐者抬肘耸肩的不良坐肩部、背部和上臂的多处肌肉处于紧张状态。两扶手内侧距离在420-440之间，扶手前端应比后端稍宽，一般是两侧分另张开10度左右。我们从前人的研究基础上，可以得到很多的理论知识，从人类功效学数据可以看到一些有关设计椅子的原理，椅子的坐面应向后倾斜1424度（相对与水平面），以使臀部不向前移滑。靠背与坐面的夹角应在105110度。靠背与水平面的夹角应在110130度。靠背在相应腰的地方要鼓起，它距坐面的垂直高度从1018厘米。腰部凸起，可以减少脊椎后凸，并使脊柱尽量接近与自然状态。本次设计的电脑椅可适合身高在1.37米2.06米之间的人，坐在其上与坐在普通椅子上的高度

32、完全一样，无论在办公室还是在家里，使用这种坐具都很合适。它使人们从长期坐旧式椅子所带来的腰背疾病痛苦中解脱出来，给人们以舒适感。3电脑椅的力学分析3.1电脑椅的受力分析电脑椅的受力分析情况如图3.1。靠近座板前边有载P作用，根据已知条件，可做如下受力分析。图3.1电脑椅的受力图分别在A、B点取距，前、后腿受力公式如下：可得：分别取各杆件为研究对象，各铰支点摩擦忽略不计，计算结果如下：根据座板受力情况，依M点取距，有=依C点取距可求出由图3.2可知：图3.2电脑椅座板受力图若C点取距可有各结点受力的方向如图3.2所示。3.2电脑椅强度条件的建立3.2.1前、后腿和座板的强度条件前、后腿和座板是铰链，简化后均可看作是简支梁AC、DG和BC，三杆所受法向力及弯距如图3.3所示。后腿AC的危险点为D，将各支点的力都分解成垂直于杆件的弯曲力和沿着杆件作用的轴向力，A点的杆件垂直力：