基于人机工程学的钢管坐椅结构设计.docx

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基于人机工程学的钢管坐椅结构设计

毕业论文（设计）

题目

学院

专业

学生姓名

学号

指导教师

基于人机工程学的钢管座椅机构设计

机械设计制造及其自动化

学生指导老师

【摘要】本文从人体坐姿生理学和生物力学的角度出发，分析了座椅对于人们身体的影响，了解座椅与人体骨骼结构、血液循环、体压、肌肉、神经、体表触感等生理解剖因数的关系，以及怎样设计座椅才能符合人体生理解剖的要求，基于人机工程学设计对焊接钢管坐椅结构进行设计，同时也介绍了现有的一些新式座椅，旨在让人们更加了解座椅对人们健康的影响，启发人们发挥想象力发明出更加健康舒适的座椅。

未来的座椅会向着在舒适健康的基础上追求环保、智能的高度上发展，人类将会在座椅中体会到更高的生活质量，获得更多的效率。

椅子是世界上最主要的家具,与人类的生活、工作紧密相连,几乎所有的设计大师都对椅子设计情有独钟,并以椅子设计为主题创造了许多的经典作品。

一件优秀的椅子设计本身就是一件艺术品,是建筑空间中的抽象雕塑与坐具。

没有任何物品的设计与人类的密切关系能超过椅子的设计。

同时,也没有任何一种类型的家具在创造和销售上达到椅子这样的广泛性。

所以长时期以来,人们在椅子的设计、创造、革新上所进行的探索和努力超过了任何类型的家具。

可能除了汽车以外，对椅子的设计、创造、研究和描述是我们这个时代最显著的人造物品。

 一张成功的椅子设计总是与制造的质量和使用功能紧密围绕联系在一起的。

任何一个设计师通过一张椅子的创作同时也在演绎着椅子本身的特殊的需求和功能。

在实用设计的层面上,一件椅子的设计与创造要与人们心理与生理产生联系,以及考虑座椅的造型和材质。

与此同时,还必须联系到使用者在知识、情感、美学、文化等精神层面上的特殊需要。

在另一方面,就是设计与制造、工艺、结构之间的基本联系。

一张椅子在外表上看来是在制造一个实用的座具,其中也包含着其它的目的和风格上的考虑;从广义上看来,椅子的设计还涵盖了不同的意识观念、制造的方式和经济学理论等更深远的范畴。

无论从哪个角度来看,一张椅子,从设计师到制造商都必须与社会的需求结合起来,实用功能是椅子的最终目的。

椅子设计的原理是从人们使用的健康角度分析的，根据人的生理状况，疲劳测定等来定义椅子的外形曲线设计。

     椅子是最常见的设计品，也是最有价值的。

为何区区一把椅子能享有如此尊崇地位？

所有人都需要找个舒适的东西坐着，在吃饭或打字的时候托起我们的身子，同时又不会让我们背部感到酸痛。

但椅子所起的功用也不过如此而已，它占据了比其他物品远为显赫的文化地位;椅子承载了如此丰富的象征意义和内涵，并拍出了令人难以置信的天价。

     椅子在20世纪的发展、演变情形为人们提供了一部伟大的设计简史。

如果一个人想要追溯20世纪在审美趣味、产品技术、原材料和社会潮流方面的种种变迁，通过椅子你就可以一窥全貌。

【关键词】健康焊接座椅新式

Basedonergonomicdesignsteelseatmechanism

Fromtheperspectiveofhumanphysiologyandbiomechanicalsittingposition,analyzestheseatbodytoinfluencepeople,tounderstandthestructureoftheseatandthehumanskeleton,bloodcirculation,bodypressure,muscles,nerves,andotherphysiologicalandanatomicalfactorstactilesurfacerelationship,andhowtodesignaseatinordertomeettherequirementsofthehumananatomyandphysiology,ergonomicsstructurebasedonaweldedsteelchairdesign,butalsointroducedsomeoftheexistingnewseats,designedtomakepeoplemoreawareoftheseatofthepeoplehealtheffects,inspiremorepeopletousetheirimaginationtoinventahealthyandcomfortableseating.Theseatwillmovetowardthefutureinacomfortableandhealthy,basedonthepursuitofenvironmentalprotection,highlydevelopedintelligence,humanswillexperienceintheseattoahigherqualityoflife,togetmoreefficiency.Thechairsaretheworld'sleadingfurniture,andhumanlife,workclosely,almostalldesignershaveasoftspotforthechairdesign,andchairdesignthemecreatedmanyclassics.Anexcellentchairdesignitselfisaworkofart,architecturalspaceabstractsculptureandSeats.Thereisnocloserelationshipbetweendesignobjectsandhumanscanexceedchairdesign.Atthesametime,thereisnoonetypeoffurnituretoachievesuchuniversalitychairinthecreationandmarketing.Sosincealongtime,effortstoexploreandpeopleinthechairdesign,create,innovatecarriedoutmorethananytypeoffurniture.Thepossibleexceptionofautomobiles,tochairthedesign,creation,researchanddescriptionofourera'smostsignificantman-madeobjects.Asuccessfulchairdesignisalwayscloselylinkedwiththesurroundingmanufacturingqualityandfunctionality.Anydesignerthroughthecreationofachairofthechairitselfbutalsotheinterpretationofthespecificneedsandcapabilities.Onthepracticalleveldesign,designandcreationofachairandpeopletoproducethepsychologicalandphysicalcontact,andtoconsidertheshapeandmaterialoftheseat.Atthesametime,theusermustalsobelinkedtothespecificneedsoftheknowledge,emotional,aesthetic,culturalandotherspiritual.Ontheotherhand,itisthebasiccontactdesignandmanufacturing,technology,structure.Achairinappearanceappearstobeausefulbaseinmanufacturingtools,whichalsocontainsotherobjectsandconsiderstylistic;seemsbroadly,chairdesignalsocoversavarietyofawarenessoftheconcept,thewayofmanufacturingandmorefar-reachingeconomictheoryandotherareas.Nomatterfromwhichpointofview,achair,fromdesignerstomanufacturersmustbecombinedwiththeneedsofthecommunitytogether,practicalfunctionistheultimategoalofthechair.Chairdesignprincipleisthatpeoplefromthehealthpointofanalysisused,accordingtotheperson'sphysicalcondition,fatigue,etc.todefinetheshapeofthecurvemeasureddesignchair.

Chairsarethemostcommondesignproducts,butalsothemostvaluable.Whyismereachairtoenjoysucharespectedstatus?

Everyoneneedstofindsomethingcomfortablesittingatdinnerortypingholdourbody,butnotmakeusfeelbackpain.However,thefunctionofthechairplays,butsoonly,itoccupiesmuchmoreprominentthantheotheritemsofculturalstatus;chaircarriessucharichsymbolismandmeaning,andtoshootanincredibleprice.

Chairsinthe20thcentury,theevolutionofthesituationforthepeoplewithagreatdesignbriefhistory.Ifapersonwantsretrospectiveofthe20thcenturyavarietyofchangesinaesthetictaste,products,technology,rawmaterialsandsocialtrendsaspects,throughthechairyoucanfinditall.

【Keywords】healthynewseat

目录

绪论1

1.坐姿分析2

1.1坐姿的优点和缺点2

1.2坐姿矫形生理学2

1.3肌肉活动度4

2、当考虑坐姿动机时，座椅基本分为三类7

2.1休息为目的的安乐椅7

2.2作业场所的工作椅8

2.3多用椅8

2.4座椅设计细则9

3.座椅与人体健康10

3.1座椅设计的主要依据10

3.2坐姿生理学11

3.3生物力学11

4.座椅设计12

4.1设计要点12

4.2座椅的主要参数13

4.3座椅设计的新观念14

5.焊接钢管的成型15

6.钢管座椅的设计19

6.1瓦西里椅19

6.2蛋形椅19

6.3蚂蚁椅19

参考文献21

绪论

学工业设计的一定都知道钢管椅，这次我就对钢管椅进行分析探讨，我进行了大量的准备工作，进行了资料的搜集包括网上搜索、书本查阅、咨询等方式，下面就进行深入的探讨。

我们都知道包豪斯，所以我们也要认识包豪斯里的一位重要的人物，他就是马歇·布劳耶（MarcelBreuer，1902--1981）1925年设计了世界上第一把钢管椅子，为了纪念他的老师瓦西里·康定斯基，故而取名为“瓦西里椅子（Wassilychair）”。

世界上第一把钢管椅这这么诞生了。

我们暂且就不进行他的SWTO分析了，先说说它诞生的意义，1925年设计的第一把钢管椅子－－瓦西里椅子，造型轻巧优美，结构单纯简洁，具有很优良的性能，这种新的家具形式很快风行世界。

瓦西里椅子曾被称作20世纪椅子的象征，在现代家具设计历史上具有重要意义。

由于钢管家具具有包豪斯最典型的特点，以至于被后人认为是包豪斯的同义词。

他采用钢管和皮革或者纺织品结合，还设计出大量功能良好，造型现代化的新家具，包括椅子、桌子、茶几等，得到世界广泛的欢迎。

他也是第一个采用电镀镍来装饰金属的设计家。

瓦西里椅无疑是现代主义作品中的经典之作。

其本身就是现代主义信条“方块就是上帝”的完美诠释。

直线的运用如此突出，即使采用圆角的光滑过渡，仍旧不能消除方形棱边的限定，这也正是钢管材料视觉感受的特征表现。

而这种方体形式又是立体派所推崇的形式，交叉的平面构图则是风格派的惯用手法，完全暴露在外的构架则是结构主义的典型特征，难怪瓦西里椅从设计之初就广受赞誉，正是由于其集聚了众多艺术流派的理念，从而成为了诸多艺术风格语义的示范。

但是人们的审美观随着时代的不同而变化着，在现代人的审美世界里，瓦西里椅几乎简约的有点简陋，让人难以感觉到现代设计的风范和经典。

可能那裸露的螺栓，琐碎的帆布条还有复杂的连接结构，都让人感觉过于粗陋而难登大雅之堂。

总所周知一个设计要想得到全世界的人的认可或者得到任何一个时代的检验是相当困难的，纵然汉宁森的PH灯在当今仍然畅销、一些大设计师的作品时隔多年仍然在市面上出现，但是这只是少数，社会在发展，过去的、好的、会被继承取代，他们不会消失，只是可能会以其他的方式出现。

但是事实在我们眼前，瓦西里椅是被认可的，至少被大多数人认可了、被许多设计师、大师们认可了，以他们的观点，瓦西里椅真正具有革命性的地方恰恰在于其对传统观念的反叛，虽不具有木制家具的典雅与雕琢之美，但却具备了精炼与凝重的品质，作为“民主设计”的实践者，瓦西里采用标准化的构件批量生产，应用更少的材料来降低成本，真正实现了现代主义设计为人民大众服务的宗旨。

人家分析的很到位，了解设计概论的人们，大多很赞同，它的缺点和它的优点相比较，只能用中国的一个成语“瑕不掩瑜”来形容了吧！

1、坐姿分析

1.1坐姿的优点和缺点

（1）优点

a.可免除站立时人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力，减少人体能耗，消除疲劳

b.坐姿比站立更有利于血液循环

c.有利于保持身体的稳定，这对精细作业更适

d.在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于作业。

（2）缺点

a.限制了人体活动范围，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。

b.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，以及对某些内脏器官造成损害，如消化器官与呼吸器官

c.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。

1.2坐姿矫形学生理

（1）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。

（2）当处于非自然姿时，椎间盘内压力分布不正常，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。

躯干完全挺直的坐姿使脊椎严重弯曲，因椎间盘上压力不能正常分布，身体上部的负荷加在腰椎部，引起不适，因此90度角的靠背椅是不良的设计,躯干前倾的姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹，这种姿势因而也极不舒服，影响了胸椎和颈椎的正常弯曲，使颈、背部疲劳

Ø故良好的坐姿：

腰与大腿成135度，腰椎部有支撑

1.3肌肉活动度

脊椎骨依据其附近的肌肉和腱连接，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压力（拉或压）的作用，使肌肉活动度增加，招致疲劳酸痛。

3组不同坐姿的2－3腰椎背棘直肌肌电图

2、当考虑坐姿动机时，座椅基本分为三类：

2.1休息为目的的安乐椅

设计重点在于使人体得到最大的舒适感，消除身体的紧张与疲劳。

合理的设计应使人体的压力感减至最小。

2.3多用椅

2.4、座椅设计细则

我国人体基本尺寸

测量尺寸名称

数据（mm）

测量尺寸名称

数据（mm）

性别

男

女

性别

男

女

坐高

958

809

肩宽

469

363

坐姿颈椎点高

641

518

坐姿臀宽

355

310

坐深

494

401

小腿加足高

448

342

根据《工作座椅一般人类工效学要求》给定的工作座椅主要参数

参数

数值

座高（mm）

360-480

座宽（mm）

370-420

座深（mm）

360-390

腰靠长（mm）

320-340

腰靠宽（mm）

200-300

腰靠厚（mm）

30-50

腰靠高（mm）

165-210

腰靠圆弧半径（mm）

400-700

座面倾角（°）

0-5

靠腰倾角（°）

95-115

1.座高：

休息用安乐椅38—45cm，工作椅43—50cm

2.座宽：

43—45cm

3.座深：

休息用椅40—43cm，工作用椅35—40cm

4.座面倾角：

休息椅19—20度，工作椅小于3度

5.靠背的高度与宽度

a.因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，座椅设计要从座面与靠背之间的角度和适当的腰椎支持来尽力保证。

成年人腰椎部中心位置约在座位上方23—26cm处，腰椎支点应略高于此尺度，以支持背部重量。

b.靠背由肩靠和腰靠两部份构成，大部份工作场合，腰靠最主要。

c.靠背的最大高度可达48—63cm，最大宽度可达35—48cm。

靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度（决定靠背高）和肩宽（决定靠背宽）有关，确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。

d.为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分，其高度至少为12.5—20cm

6.靠背角度：

103一112度

7.扶手高：

座垫有效厚度以上21—22cm

8.椅垫

a.人体在坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量的肌肉，人体重且的75％左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。

b.测试研究表明，坐于座垫上的臀部压力值大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。

c.椅垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，因为身体可以适应地陷入座垫。

3、座椅与人体健康

3.1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，使腿部血管内血液静压降低，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。

3.2坐姿生理学

a.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。

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。

当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，产生腰部酸痛、疲劳等不适感。

b.腰曲弧线

脊柱侧面有四个胜利弯曲，颈曲、胸曲、腰曲、骶曲。

其中与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。

c.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。

坐姿生物力学

3.3生物力学

a.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张受力。

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。

b.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。

c.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