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1、江南大学人机工程概论课外大作业课外大作业名称:人机工程学与座椅设计学 院：机械工程学院（君远）姓 名：弘弛学 号：1040112134（05）专 业：机械工程及其自动化（君远）指导教师：毅摘要座椅是我们日常生活中应用最为广泛的物件，是我们必不可少的生活用品，然而，座椅的设计中也涉及到翗人机工程学原理，与人体的比例尺寸等有很重要的关联。座椅设计的合理性，直接影响到了我们的日常生活和工作，为此我们特地在此依据人机工程学的理论基础，结合实际情况来对座椅进行有关的改良，希望通过技术尺寸的改良来进一步改善我们的工作环境并且提高我们的工作质量。本论文结合了目前座椅的设计实际情况，分析了必要的人机工程学要素
2、，结合了人机工程学、座椅设计等各个方面的科学理论依据，以国家和国际标准为准则，对工作椅进行相关分析并作出相应的调整。关键词：座椅设计 人机工程学 科学分析1、座椅与人体健康1.1 座椅设计的主要依据坐姿时人体比较自然的姿势，它有很多优点。当人站立时，人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力的作用，以维持静立状态；而人坐着时，可免除这些肌力，减少人体消耗，消除疲劳。坐姿比站姿更有利于血液循环，站立时血液和体液会向下肢积蓄；而坐着时，肌肉组织松弛，使腿部血管血液静压降低，血液流回心脏的阻力减小。坐姿还有利于保持身体的稳定，这对精细作业更加适合。在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利
3、于作业，因而坐姿时最常采用的工作姿势。目前大多数办公室工作人员、脑力劳动者、部分体力劳动者都采用坐姿工作。随着技术的进步，愈来愈多的体力劳动者也将采用坐姿工作。但坐姿仍然存在许多缺点。限制了人体活动围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的起坐交替也会导致废劳。长期维持坐姿也会影响人体健康，招致腹肌松弛，脊椎非正常弯曲，以及对某些脏器官造成损害，如消化器官与呼吸器官。坐姿太久也会造成下肢肿胀，静脉压力增加大腿局部受到压力，增加血液回流阻力，引起不适感。这些都是我们研究过程中的困难。1.2 坐姿生理学1.2.1脊柱结构 在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。脊柱位
4、于人体背部中线处，有33块短圆柱状椎骨组成，包括7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎和下方的5块骶骨及四块尾骨组成，相互间由肌腱和软骨连接，腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿时身上大部分负荷，还要实现弯腰扭转等动作。对着及而言这两部分最为重要。 图一 图二正常的姿势下，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，肌肉组上承受均与的静载荷（见图一）。 当处于非自然姿时，椎间盘压力分布不正常，形成的压力梯度，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（见图二）。1.2.2腰曲弧线脊柱侧面有四个生理弯曲，颈曲、胸曲、腰曲、骶曲。其中与
5、坐姿舒适性直接相关的是腰曲。人体正常的腰曲弧线是侧卧的曲线，躯干挺直坐姿和前弯时的腰弧曲线会使腰椎严重变形，要使坐姿能形成几乎正常的腰曲弧线，躯干与大腿之间必须有大于90度的角度，且在腰部有所支承，课件保证腰椎弧线的正常形状是获得舒适坐姿的关键。1.2.3腰椎后凸和前凸正常的腰弧曲线是微微前突。为使坐姿下的腰弧曲线变小，座椅应在腰椎部提供所谓的两点支承。由于5、6胸椎高度相当于肩胛骨的高度，肩胛骨面积大，可承受较大压力所以第一支承应位于5、6胸椎之间，称其为肩靠。腰部支承设置在第4、5腰椎之间的高度上，称其为腰靠，和肩靠一起组成座椅的靠背。合理的腰靠应是使腰弧曲线处于正常的生理曲线。G1.3生
6、物力学1.3 .1肌肉活动度脊椎一卡附近的肌肉和肌腱连接，椎骨的定位正是借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互的压力的作用，是肌肉活动度增加，招致疲劳酸痛。肌腱组织受力时，产生一种活动电势。根据肌电图记录可知，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受力。提供靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；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承并不能降低活动度。这些结果与坐姿生理学是相符合的。1.3.2体压分布由人体解剖学可知，人体坐骨粗壮，与其周围的肌肉相比，能承受更大的压力。而大腿底部有大量血管和神经系统，压力过大会影响血液循环
7、和精神系统传到而感到不适。所以坐垫上的压力应按照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，至大腿部位时压力降至最低值，这是坐垫设计的压力分布不均匀原则。股骨受力分析人体的结构在骨盆下面有两块圆骨，成为坐骨结节。坐姿时这两块面积很小的坐骨结节能支承上身的大部分重量。坐骨结节下面的座面呈近似水平时，可使两坐骨结节外侧的股骨出于正常的位置而不受过分的压迫，因而人体感到舒适。 1.3.3 当座面呈斗形时，会使股骨向上转动，这种状态除了使股骨出于受压迫位置而承受载荷外，还造成髋部肌肉承受反常压迫，并使肘部和肩部受力，从而引起不舒适感。所以在座椅设计中，斗形坐面是应该避免的
8、。椎间盘受力分析当坐姿腰弧曲线正常时，椎间盘上受的压力均匀而轻微，几乎无推力作用于韧带，韧带不拉伸，要不无不舒适感。但是，当人体处于前弯坐姿时，椎骨之间的间距发生改变，相邻两椎骨前端间隙缩小，后端间隙增大，椎间盘在间隙缩小的前端受推挤和摩擦，迫使它向韧带作用一推力，从而引起腰部不适感，长期累积作用，可造成椎间盘病变。综合看来，从坐姿生理学角度，应保证腰弧曲线正常；从坐姿生物力学角度，应保证肢体免受异常力作用。依据两方面的要求，研究了人体作业的舒适坐姿。需要注意的几点是：躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳；设置适当的靠背可使疲劳降低；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
9、近自然状态。2.座椅设计坐姿改变了以脚支撑全身为以臀部支撑全身的状祝，有利于发挥脚的作用。当然，坐姿不正确、座椅设计不合理，会给身体带来严重损害。所以座椅设计要充分考虑对人的生理影响。座椅可分为:工作椅，休闲椅，多功能椅等。本文仅就工作椅的设计进行探讨。工作椅的设计包含着非常广阔的围从最简单的工作台或椅子到最精细、可调整的座椅。适当的座椅设计可以减少疲劳，提高生产效率和节省时间与劳力。反之，不良的座椅会使精神不振以及影响到设备操作的容易，使工作效率减低。设计座椅应考虑以下各项原则:工作椅的设计，应提供操作人员在操作时的身体支撑。座椅的设计要使操作人员工作顺利，椅子要有适当的尺寸，其高度和位置可
10、以调整到适合各种大小不一的人使用。座椅应能够适当地支撑住身体，以避免不良的姿势，同时身体的重量能够均衡地分布在椅面上。在不影响手的个别动作时，座椅应有扶手，同时也要有脚踏座，以维持较好的座椅到脚停止位置的距离。3工作椅设计3. 1几种设计合理的工作椅人在取坐姿工作时，一般情祝下人的躯干向前倾斜。椅子座面如果向后倾斜，显然有悖于功能要求。“办公人员是职业的坐客”，舒适的座椅是必不可少的。目前国大部分作用椅(包括餐椅)的座面一般呈水平状态，难以使工作人员达到最佳的坐姿和工作状态。下面是根据人体保持最有效或最舒适坐姿的工程学原理设计的几款不同功能的工作椅。 图3 图4 图53.1.1秘书用椅子 秘书
11、用椅子必须提供良好的控制姿势，所以椅子要可调节，可移动和椅面可以摇动;同时在干温的大气中，椅套(垫)要能够通风以避免流汗。这种椅子的设计可以减少一大工作中无谓的疲劳，使工作人员保持最佳的工作效率。此外，椅子上的可调整旋钮，因多为妇女使用，所需力量要合理，使用人员可以方便调节。如图3所示。3. 1. 2办公用椅子 办公用椅子一般用来支撑办公人员于桌上办公以及较为轻松的说话姿势。其尺寸要比秘书用椅大，以保持较为轻松的运动，同时要设有扶手和椅面的调整钮，姿势的控制不重要，但这类办公用椅子要有移动性和摇动性。如图4所示。3. 1. 3绘图用椅 一般来说，绘图用椅的上部与秘书用椅具有相似尺寸和形状。然而
12、，这种椅子通常是与较高工作的绘图桌相配合，所以椅面较高，这种椅子除了用于座姿外，也可用于站姿，以便绘图人员可以交换位置以使疲劳度变得最小。但这种椅子不可在椅脚上安装轮子。如图5所示。目前我国的办公椅设计还停留在比较传统的结构上，对十人类工程学的因素考虑不够，座椅的设计不够完全满足人的生理和心理要求，长期下去会对人体产生严重损害，降低工作效率。所以设计座椅必须考虑人的因素，最大限度地满足人的需求。3. 2座椅的尺寸设计根据当前国座椅设计现状，考虑人机工程学的要求，推荐座椅尺寸设计如下:3. 2. 1座面高度座面高度指地面至就坐后座面上人坐骨支承处的高度。座面高度按我国人体尺度，可取为380450
13、mm。工作椅最好设计成高度可调，以适应不同身材的操作者需要。调节围为工作台下方240300mm之间。3.2.2座深座深指座面前后距离。正确的设计应使臀部得到全面的支撑，腰部得到靠背的支持，座面前缘与小腿间留有适当距离，保证小腿可自由活动。就工作椅来说，座深应按350400mm来取，休息用椅可取400430mm。3.2.3座宽座宽应满足臀部就坐所需的尺度，使人能自如地调整坐姿。一般可取400450mm。3.2.4座面倾角座面与水平面夹角称为座面倾角。工作椅座面倾角一般小于3。因为工作时身体前倾，若倾角过大，会因身体前倾而使脊椎拉直，破坏正常的腰椎曲线。休息椅一般取1424，有利于肌肉放松。对于办
14、公用椅，采取座面前倾，一般倾向为1015。3.2.5靠背的高和宽靠背的作用是保持脊椎处于自然形态的放松姿势。靠背可分为腰靠和肩靠，作业场所的工作椅大部分属于腰靠。靠背的最大高度可达480630mm，最大宽度350 480mm。支撑腰部以下的骸骨部分能增加舒适感，靠背下沿与座面之间最好留有一定的空间(7080mm以上)，以容纳向后挤出的臀部肌肉。靠背的横截面可以是一个半径大于1000mm的圆弧。3.2.6靠背与座面夹角靠背与座面夹角若小于90，则腹部受压迫;夹角太大会降低人的警觉状态。一般为115比较合适。实际设计中应视座椅用途不同采用不同值，工作椅可取95105；学习读书用可取95100；休息
15、椅可取105110。3.2.7座面硬度一般座垫的高度是25mm。太软太高的座垫，易造成身体不稳，反易产生疲劳。3.2.8扶手高度扶手不宜太高，以免引起肩部酸痛。休息扶手高度一般取200230mm，两扶手的间距可取500600mm。运输工具中两扶手间距一般取400500mm。4.结束语利用人机工程学原理来增强产品的设计是工业设计发展的必然。许多大汽车公司都已做出奥斯片人体模型，用模型可以检测座姿设计以及由眼睛的位置所能看到外界的种种状祝，以便设计出更符合人的需求的产品。工业设计只有充分运用人机工程学原理，才能使产品设计真止成为“人性化”的设计。5.参考文献简泽民 人类工程学，徐氏基金会王受之 世界现代设计史，新世纪卢永毅，罗小末 产品设计现代生活，中国建筑郭青山，汪元辉 人体工程设计，大学青山 设计与时代，中国建材工业
