多功能折疊椅的設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于Pro/E多功能折疊椅的設(shè)計(jì)姓 名 所在系部 專業(yè)班級 指導(dǎo)老師 2009年3月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)（論文）題目：基于Pro/E多功能折疊椅的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師職稱：教授類別：畢業(yè)設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù) ：多功能折疊椅的設(shè)計(jì)對折疊椅受力分析的能力對數(shù)據(jù)處理的能力對畫圖軟件熟悉的能力查閱資料的能力與老師溝通的能力2、設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容折疊椅的受力分析折疊椅的強(qiáng)度校核折疊椅的計(jì)算用Pro/E對折疊椅進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)折疊椅的組裝3、設(shè)計(jì)（論文）的基本要求正確對待畢業(yè)設(shè)計(jì)，精心準(zhǔn)備，認(rèn)真完成獨(dú)立思考完成畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容按時(shí)進(jìn)行進(jìn)度匯報(bào)，以便中期檢查保證畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，爭取答辯4、主要參考文獻(xiàn)樊孟維，高金貴 折疊椅設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)仿真分析 2003張鄂.現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法.北京：科學(xué)出版社，2007曾宗福 機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工業(yè)出版社 20025、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間安排2008年10月 布置畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)2008年12月 畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查2009年4月 答辯備注注：1、此表一式三份，系部、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份。2、類別是指畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計(jì)，類型指應(yīng)用型、理論研究型和其他。目 錄第一章 緒論41.1家具形態(tài)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)41.2折疊椅的歷史101.3折疊椅的模型11第二章 多功能折疊椅的設(shè)計(jì)122.1折疊椅的設(shè)計(jì)調(diào)研122.2多功能折疊椅的設(shè)計(jì)方案13第三章 多功能折疊椅的力學(xué)分析163.1折疊椅的受力分析163.2多功能折疊椅強(qiáng)度條件的建立193.3折疊椅的計(jì)算243.4設(shè)計(jì)總結(jié)26第四章 基于Pro/E多功能折疊椅的實(shí)體設(shè)計(jì)274.1 Pro/E的介紹274.2各構(gòu)件的基于Pro/E的實(shí)體設(shè)計(jì)294.3多功能折疊椅的裝配33結(jié)束語 34主要參考文獻(xiàn) 35致謝 36第一章 緒 論一、家具形態(tài)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)通常，物體形態(tài)的存在必須依賴于物體本身的結(jié)構(gòu)。一切物體要保持自己的形態(tài)，必須要有一定的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)來支撐。家具產(chǎn)品的形態(tài)也是如此。結(jié)構(gòu)在家具產(chǎn)品中的地位，如同人體的骨架對人的重要性一樣。一件家具產(chǎn)品，如果沒有像骨架一樣的結(jié)構(gòu)來連接和支撐，也許只是一堆廢料，既不能構(gòu)成產(chǎn)品的形態(tài)，也滿足不了使用功能。 一件優(yōu)秀的家具產(chǎn)品，必然要使用具有一定強(qiáng)度的材料，通過一定的接合方式來實(shí)現(xiàn)其功能和基本要求，同是還應(yīng)注重其審美功能和結(jié)構(gòu)的新穎獨(dú)特。家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)其基本功能的基礎(chǔ)。沒有一定強(qiáng)度的家具產(chǎn)品，無論外表怎么優(yōu)美華麗，也只是虛有其表，根本滿足不了使用功能。然而家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)成需要通過一定的接合方式才能完成。在家具產(chǎn)品中，除了一些傳統(tǒng)的接合方式仍在沿用外，為適應(yīng)家具產(chǎn)品“可拆裝”的要求，連接件接合是使用最多的方式。由家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形式特點(diǎn)所決定的家具產(chǎn)品形態(tài)可以稱之為家具的結(jié)構(gòu)形態(tài)。家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同而被決定了家具外觀形態(tài)；二是家具的結(jié)構(gòu)形式直接反映在家具的外觀上。因此，研究家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)，可以從以下幾個(gè)方面著手：家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)的意義；家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)與接合方式；家具產(chǎn)品的內(nèi)在結(jié)構(gòu)形態(tài)與外在結(jié)構(gòu)形態(tài)及其表現(xiàn)形式；家具產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。1、家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)的意義家具產(chǎn)品之所以表現(xiàn)出它特有的結(jié)構(gòu)形態(tài)類型，其意義是二：一是創(chuàng)造出家具產(chǎn)品應(yīng)有的使用功能；二是保證家具產(chǎn)品具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性特征。家具作為一種工業(yè)產(chǎn)品，首先應(yīng)該具有使用功能。家具產(chǎn)品的功能特點(diǎn)是通過人的使用體現(xiàn)出來的，而家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式是體現(xiàn)其功能的具體手段。工業(yè)設(shè)計(jì)能否充分體現(xiàn)功能的科學(xué)性、使用合理、舒適、安全、省力和高效等都反映出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否合理、造型是否全宜。除了滿足使用功能外，家具產(chǎn)品的某些外部結(jié)構(gòu)還具有審美功能。例如中國傳統(tǒng)家具中椅子腿上的橫檔和矮老，以及桌腿間牙條、牙板和桌腿與桌面間牙頭等的使用，不僅加強(qiáng)了各個(gè)零、部件之間的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的使用功能，還起到了很強(qiáng)的裝飾作用。家具產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)基本的使用功能，其結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)本身的構(gòu)成形式有著密切的內(nèi)在關(guān)系。首先，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與家具所使用的材料形態(tài)有著很大的關(guān)系。例如，兩個(gè)材料相同，截面積相同的不同形態(tài)的材料，其截面積為方形的強(qiáng)度要比截面積為圓形的強(qiáng)度高。根據(jù)力學(xué)測定，力對材料的影響主要作用于材料相對的兩端，而材料的中間部分，即中性軸部分，受力的影響相對較少，同樣面積的方形和圓形材料相比較，圓形中性軸上的材料要比方形的多，故圓形材料受力部分要相對少一些。因此，方形材料要比圓形材料的強(qiáng)度高。其次，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還受受力方向的制約。例如常見的折疊椅，如果使用者從前后向椅子施加壓力，椅子就會因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)而倒，而如果使用者端坐在椅子上，力的方向自上而下，其結(jié)構(gòu)就相當(dāng)穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性對家具產(chǎn)品基本功能的實(shí)現(xiàn)也起著至關(guān)重要的作用。如三角形結(jié)構(gòu)形式是一種最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式，很多家具產(chǎn)品都利用了這一結(jié)構(gòu)原理。然而，在中國，很多家具產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和制造過程中，企業(yè)和設(shè)計(jì)人員并沒有重視對結(jié)構(gòu)的力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行合理分析，有的只停留在以往的經(jīng)驗(yàn)或個(gè)人單純的外部感官上，但是隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，設(shè)計(jì)者對結(jié)構(gòu)形式的不斷開發(fā)創(chuàng)新，某些過進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人的感官未必還能奏效。因此，筆者認(rèn)為，家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)注重對結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，做到結(jié)構(gòu)科學(xué)、強(qiáng)度合理。2、家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)與接合方式對于絕大部分家具產(chǎn)品而言，如果沒有運(yùn)用一定的接合方式對其零、部件之間進(jìn)行連接，家具將“面目全非”，毫無用處，更構(gòu)不成家具產(chǎn)品的外觀形態(tài)，對其結(jié)構(gòu)形態(tài)的分析也只能是“紙上談兵”、“天馬行空”，毫無意義可言。從產(chǎn)品的角度來看，則于其接合方式的不同，賦予了家具產(chǎn)品不同的形態(tài)。如，傳統(tǒng)家具中的榫鉚接合，形成了獨(dú)特的以線、面等形式構(gòu)成要素為主的框式家具形態(tài)；各種連接件的使用又使現(xiàn)代家具形態(tài)有別于傳統(tǒng)家具形態(tài)?，F(xiàn)代家具如板式家具，以面、體的形態(tài)構(gòu)成要素為主，通過部件、單體的形式來構(gòu)成產(chǎn)品形態(tài)（如32mm系列板式家具）；而適用于金屬、塑料等材料的焊接、粘結(jié)和膠結(jié)等接合方式又賦予了家具產(chǎn)品別具一格的整體構(gòu)成形態(tài)。連接件對家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成是至關(guān)重要的，其功能有二：連接和裝飾。連接件的連接功能就如人體骨骼間的“關(guān)節(jié)”，連接著各個(gè)零、部件，把本來毫無生機(jī)的各種材料組合起來，從而賦予了家具應(yīng)有的功能和使用要求，同時(shí)構(gòu)成了各種生動活潑、姿態(tài)萬千的家具形態(tài)，也實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的各種創(chuàng)意夢想。此外，各種連接件的使用，對家具產(chǎn)品的外觀形態(tài)起到了很大的裝飾作用，有“畫龍點(diǎn)睛”之功效。中國古代傳統(tǒng)家具常使用五金件，這些金屬飾件形式多樣，造型優(yōu)美，使傳統(tǒng)家具倍增光彩，如包角、套腿、合葉、吊牌、吊環(huán)的使用。又如，現(xiàn)代家具產(chǎn)品中形態(tài)各異的拉手，由于所使用的材料、造型不同和色彩上的千變?nèi)f化，使家具形態(tài)產(chǎn)生不同的視覺效果。如兒童家具中圓形、三角形等幾何形拉手的使用，加上其鮮艷明亮的色彩，給兒童家具增添了幾分童趣。3、家具產(chǎn)品的內(nèi)在結(jié)構(gòu)形態(tài)與外在結(jié)構(gòu)形態(tài)及其表現(xiàn)形式家具產(chǎn)品的內(nèi)在結(jié)構(gòu)形態(tài)包含兩個(gè)方面的含義：一是指由材料本身的結(jié)構(gòu)特性所決定的，不同材料種類所產(chǎn)生的不同的家具產(chǎn)品形態(tài)。如金屬家具、塑料家具、竹藤家具、充氣家具及軟體家具等都有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和表現(xiàn)形式。這是一張使用玻璃纖維增強(qiáng)樹脂制造而成的，名為“佛羅瑞斯”的兒童椅。設(shè)計(jì)師利用材料的特殊性質(zhì)設(shè)計(jì)出了這把結(jié)構(gòu)和造型非同一般的椅子。另外，人造板如膠合板、刨花板、纖維板等，由于其材料本身內(nèi)部與天然實(shí)木的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大不相同，因此人造板家具形態(tài)與實(shí)木家具也存在著很大差異；二是指隱藏在家具外觀形態(tài)之內(nèi)，不易被人們察覺的家具零、部件之間的連接結(jié)構(gòu)形態(tài)以及由它們所決寂靜的家具造型形態(tài)。此沙發(fā)的外表很一般、很簡單，但隱藏在其外表之后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻比較復(fù)雜。為了達(dá)到展開一折疊的使用要求，其內(nèi)部必須運(yùn)用多個(gè)零、部件通過一定的連接方式，及采用一些特殊的連接件才能完成。家具產(chǎn)品的外在結(jié)構(gòu)，即指外觀結(jié)構(gòu)，它充分暴露在人的視覺范圍之內(nèi)。家具產(chǎn)品的外在結(jié)構(gòu)與內(nèi)在結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別就在于外在結(jié)構(gòu)直接表現(xiàn)在產(chǎn)品的外觀形式上，它在滿足產(chǎn)品基本功能和要求的同時(shí)，還具有很強(qiáng)的審美功能。如，世界著名設(shè)計(jì)師華倫普拉特勒（Warren Platner）在1996年設(shè)計(jì)的金屬扶手椅系列堪稱經(jīng)典。其史無前例的使用多根棒狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光學(xué)效果，使產(chǎn)品外觀表現(xiàn)出很強(qiáng)的現(xiàn)代感，優(yōu)雅而又豪華。椅子和桌子的基座展現(xiàn)出由鋼環(huán)連接著的精細(xì)金屬棒構(gòu)成的金屬結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了奇特的光學(xué)效果一波紋效應(yīng)，就像帶水的絲綢，美麗而又富有動感。又如，傳統(tǒng)家具中的榫、鉚結(jié)構(gòu)形式反映了家具外表的結(jié)構(gòu)美；外露的銷、釘?shù)确从吵觥包c(diǎn)”的特性，拉手反映出“線”的特征等，這些都是對家具外表起到了不同程度的裝飾作用。但是外觀形態(tài)與結(jié)構(gòu)之間并不存在對應(yīng)的關(guān)系。比如同一結(jié)構(gòu)形式，若使用不同的材料和顏色，家具產(chǎn)品將會產(chǎn)生截然不同的外觀效果。4、家具產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新古往今來，家具產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)上的求新、求變，其主要途徑之一即是力求結(jié)構(gòu)形態(tài)上的變化創(chuàng)新。家具產(chǎn)品在滿足其基本功能和使用要求的條件下，設(shè)計(jì)者就在努力探索如何在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行變化，以求產(chǎn)品功能的拓展和形態(tài)的新穎獨(dú)特。家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)是實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)。因此，家具產(chǎn)品使用功能的開發(fā)與拓展需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。這把多功能休閑椅正如它廣告詞所說的“It extends on its own”，它完全依靠其本身結(jié)構(gòu)上的變化來產(chǎn)生各種姿勢。更巧妙的是它只是多使用了一根弧形金屬滑竿和滑套就實(shí)現(xiàn)了。另一方面，通過對家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，還可以提高產(chǎn)品的審美功能，尤其是對產(chǎn)品外在結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。這就是有名的“鉆石安樂椅”，由設(shè)計(jì)師阿里托（哈里）伯爾托亞（Arieto （Harry） Bertoia）于20世紀(jì)50年代工設(shè)計(jì)的。椅背和扶手采用相互貫穿的鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)連成一體，“像雕塑一樣主要由空氣組成，空間貫穿在其中”。然而不可否認(rèn)，家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)上的創(chuàng)新，新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)明起了至關(guān)重要的作用 。它們的出現(xiàn)和使用家具產(chǎn)品的新結(jié)構(gòu)和新造型從“空想”變成現(xiàn)實(shí)。面對現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)師“異想天開”的杰作，如埃諾阿尼奧（Eero Aarnio）的“泡沫椅”，“佛羅瑞斯”兒童椅，古代家具設(shè)計(jì)師也只能望洋興嘆，望塵莫及。又如，隨著人造板的發(fā)明及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，32mm系列自裝配家具以前所未有的新型結(jié)構(gòu)形式誕生了。這種全新的結(jié)構(gòu)形式不僅與以往的框架結(jié)構(gòu)完全不同，還順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了家具產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化以及便于裝配和運(yùn)輸?shù)墓δ芎鸵?。這些都是人類的不斷探索創(chuàng)新和科技的發(fā)展進(jìn)步所帶來的。由此可見，家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的科學(xué)性與合理性能體現(xiàn)出一個(gè)時(shí)代的科技成果及該時(shí)代人們對新的生活方式的追求。此外，大自然也是物體基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的源泉，它對家具的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新有著很大啟發(fā)性。例如，人類在吸取了大自然中科學(xué)合理的基本結(jié)構(gòu)原理之后，創(chuàng)造出如殼體結(jié)構(gòu)、折板結(jié)構(gòu)、蜂窩板結(jié)構(gòu)和充分結(jié)構(gòu)等多種多樣的新穎結(jié)構(gòu)。隨著人類對自然的不斷認(rèn)識，對生物結(jié)構(gòu)的不斷探索和研究，以及對不斷出現(xiàn)的新材料、新藝、新技術(shù)的使用，家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式將會越來越多樣化，家具產(chǎn)品也會不斷滿足使用者的生理、心理需求，甚至各種個(gè)性需求。綜上可知，家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)是家具設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，其地位和作用在家具產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)中是任何要素都無法替代的。家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)需要考慮很多方面的因素。歸結(jié)起來包括產(chǎn)品功能的滿足與拓展、材料的強(qiáng)度、零部件的接合方式、連接件的使用以及新材料、新技術(shù)、新工藝的發(fā)明和使用等主客觀因素。二、折疊椅的歷史許多世紀(jì)以來，折疊椅一直被認(rèn)為是最重要的家具之一，是社會地位的象征。在古文明中，折疊椅不只是為了供人就座，還用在了各種正式場合和儀式中。在古埃及的家具中，折疊椅被列為其中最重要的家具之一。折疊椅的發(fā)展開始于約公元前20001500年，起初的折疊椅是戰(zhàn)場上軍隊(duì)指揮官的專用座椅，同時(shí)也是權(quán)勢與威望的象征。雖然時(shí)間在不斷推移，折疊椅卻始終帶有權(quán)力的象征。埃及的折疊椅，與隨后的希臘和伊特魯里亞(意大利中西部古國)的折疊椅一起，成為后來羅馬折疊椅的原型，在羅馬共和時(shí)期，sella curulis椅開始廣泛出現(xiàn)在了平民法庭上。從羅馬的“sella curulis”椅，到倫巴族人的“sella plicatilis”，再到加洛林王朝的“faldistorium”，我們可以發(fā)現(xiàn)一種形態(tài)的改變。由在椅子兩側(cè)交叉的椅子腿，轉(zhuǎn)到椅子正前方交叉。這是為了強(qiáng)調(diào)交叉的“x”結(jié)構(gòu)，顯示權(quán)力的象征。最好的例子就是the franconians君王dagobert一世的座椅。文藝復(fù)興時(shí)期之前，出現(xiàn)了折疊椅的類型學(xué)。我們發(fā)現(xiàn)了16世紀(jì)的sedia della forbice椅（剪刀椅）繼承了faldistorium的特點(diǎn)。但是由兩個(gè)主要的不同：the chair of petrarca 和the sedia a tenaglia 繼承了the savonarola 和the dantesca，而且它們的椅腿交叉處又回到了椅子兩側(cè)。在巴洛克時(shí)期，包含交叉椅腿的椅子并不能折疊，特別是在路易十四到路易十六時(shí)期，x結(jié)構(gòu)帶有排外的象征。拿破侖的戰(zhàn)場座椅“fauteuil”從詞源學(xué)講來自古法語“faldestoel”，而詞根源于拉丁語”faldistorium”。過去折疊椅的命名帶有尊嚴(yán)和高貴的意蘊(yùn)，而這個(gè)拿破侖椅“fauteuil”一直作為長官座椅的名稱而存在。由于折疊椅本身成為人們普遍的座椅，所以出現(xiàn)了形式與制作工藝的多樣化。也由于折疊椅已經(jīng)不包含太多的權(quán)力與尊貴的象征，所以這也導(dǎo)致了新功能、新設(shè)計(jì)的發(fā)展。19世紀(jì)末，折疊椅已是功利主義者所玩弄的設(shè)計(jì)品，出現(xiàn)了各種形式各種用途的座椅三、折疊椅的模型折疊椅是家具中很普遍的一種家具，在家里、辦公室、公共場所都能看到折疊椅的身影，它們以不同的種類、結(jié)構(gòu)、材料等形式分布于社會的各個(gè)角落。給人們出行、旅游、辦公帶來了方便。因此，其廣闊的前景給人以無盡的遐想。隨著社會的進(jìn)步，人類的物質(zhì)需求越來越追求于理想與完美，折疊椅的設(shè)計(jì)也越來越科學(xué)，多種多樣的折疊椅出現(xiàn)在人們面前，因此，多種多樣的設(shè)計(jì)方式也為人們所知，也為人們所用。由于折疊椅的設(shè)計(jì)是要借助于畫圖軟件，為此，各種的畫圖軟件為人們所用，如常見的：Pro/E、 UG、Solder work等，本次設(shè)計(jì)將用Pro/E軟件來進(jìn)行畫三維圖，AutoCAD來繪制二維平面圖。本次設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)多功能折疊椅，它有普通的折疊椅改制而成，如圖1-1所示，圖（a）、（b）、（c）為多功能折疊椅的模型圖：（a） (b) (c)圖1-1根據(jù)模型圖我們可以對折疊椅進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一合理而新穎的折疊椅，就要不斷的創(chuàng)新，全世界有成千數(shù)萬的專利是關(guān)于折疊椅（凳）的新奇想法。設(shè)計(jì)師、發(fā)明家和普通工匠都把他們的精力投入到座椅設(shè)計(jì)中，極為關(guān)注于椅子的折疊、調(diào)節(jié)與舒適性，但是大量生產(chǎn)的椅子并不都包含了精細(xì)的設(shè)計(jì)。因此對于折疊椅的設(shè)計(jì)應(yīng)有大膽的創(chuàng)新與精細(xì)的設(shè)計(jì)。第二章 多功能折疊椅的設(shè)計(jì)一、折疊椅的設(shè)計(jì)調(diào)研我國家具與室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)從80年代開始起步，到90年代已形成獨(dú)立生產(chǎn)的行業(yè)，其產(chǎn)值已達(dá)到80億元，到1997年達(dá)到1000億，到2002年已達(dá)到2100億，其發(fā)展前景十分廣闊。據(jù)資料所得，最初的折疊椅是由那些水手和遠(yuǎn)足人員制造并使用的，并且是在那些需要椅子盡可能重量輕和少占面積的地方使用。例如：露營用的折疊椅，體積小和省地方；在花園里用以喝酒的折疊椅?？梢娬郫B椅在出世后，很受人們的青睞。在人們長期的研究中，越來越多種類的折疊椅為人們所創(chuàng)造。如：有休閑類的、辦公用的、戶外用的等，根據(jù)其結(jié)構(gòu)分有：V型折疊椅、U型折疊椅、嬰兒推車類型等，根據(jù)其材料分類有：皮革做的、塑料做的、合金鋼做的等，各有各的特點(diǎn)于優(yōu)勢。為此，折疊椅在人們生活中也成為一大熱點(diǎn)。但在我國，家具很少用科學(xué)方法從理論上對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行分析計(jì)算，長期依賴于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，致使國內(nèi)家具科學(xué)發(fā)展緩慢，產(chǎn)品出現(xiàn)很多問題：有的為了加強(qiáng)安全，用料過大，造成浪費(fèi)；有的強(qiáng)度或剛度不夠，導(dǎo)致變形甚至破壞。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，中密度板、刨花板、空心板、塑料、金屬等新材料在家具制造中不斷地被廣泛應(yīng)用，家具材料及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越來越為人們重視。為了合理使用材料，保證家具的功能，有必要對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析和研究，以便更好的進(jìn)行家具設(shè)計(jì)。然而在當(dāng)代現(xiàn)實(shí)中，一些不合理的椅子經(jīng)常危害人們健康，我們常常看到打字員、會計(jì)、司機(jī)等因座椅不合人體尺寸而造成別扭的姿式，長期如此造成過度疲勞，脊柱彎曲、腰間盤突出、駝背等職業(yè)??；學(xué)生因座椅不適而坐姿不正、影響身體發(fā)育，使近視率上升； 日本辦公室的選椅標(biāo)準(zhǔn)：“辦事員是旋轉(zhuǎn)椅，組長的椅子有扶手，科長的椅子靠背高，部長的椅子暄騰騰?！边@種標(biāo)準(zhǔn)只從形式上考慮，而未顧及坐者是否舒服。而折疊椅也在其中，為此，我們有必要對折疊椅進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。二、多功能折疊椅的設(shè)計(jì)方案 折疊椅的功能設(shè)計(jì)椅子的各部位尺寸，不論是坐位的高低、深度和寬度，扶手和靠背，以及坐面的彎曲度都要的嚴(yán)格的依據(jù)，如果稍有差錯(cuò)就會影響人體的肌肉、韌帶和關(guān)節(jié)等組織，使人感到不安和痙，所以椅子的各部位尺寸都要適合人體的尺寸。 坐高：坐高是指坐板前沿高度，這個(gè)高度決定了椅子的舒適程度。根據(jù)人體工程學(xué)的理論，人體質(zhì)量和壓力的散布和緊張的松弛乃是獲得舒適的基礎(chǔ)，這是因?yàn)槿俗谝巫由系臅r(shí)候，身體質(zhì)量由脊骨至坐骨，盡管坐骨結(jié)節(jié)點(diǎn)承受了最大壓力，但因骨盆拱骨的尖端力學(xué)作用，臀部的各部位均分別承受不同壓力使壓感略有減緩。坐面的高低使人體的接觸面也不同，因而決定了坐椅的舒適程度，通過以小腿高為標(biāo)準(zhǔn)的坐高與高于小腿高度的坐面實(shí)測，可以看出其體壓是不同的。理想的坐面高度要與人的小腿長度相等，最好是略小于坐者的小腿長度，使腳部能安置在地面上，并使腿部能完全放松。如果坐位太低，要保持身體平衡惟有把雙腳向后屈，但這樣會使上身全部質(zhì)量集中在臀部中央，使臀部的一些肌肉受到很大壓力，同時(shí)兩腿又容易疲勞，很難得到休息。但是坐面過高，大腿前半部近膝窩處就會受到約20kPa的壓力。這種壓力雖不算大，但時(shí)間長了易引起血液循環(huán)障礙，肌腱就會發(fā)脹而麻木。椅面過高相對桌降低，令人不得不把身體向前俯斜，把全部力量壓在椅座前沿，只要坐上片刻便會感到背部和小腿麻痹。由上述可知，坐高的決定與人的小腿高度有密切關(guān)系，按照人體工學(xué)的基本原理，坐高應(yīng)小于人體坐姿態(tài)時(shí)小腿肋窩到地面的高度，根據(jù)我國男性平均胭窩為408mm，女性為385mm，再加上2.5-3.5mm鞋的高度，則高為420-430mm，考慮到小腿的活動作地，一般采用400-410為宜。 坐深：坐深確定通常是根據(jù)人體大腿水平長度，即胭窩到臀部后端的距離作為依據(jù)，為養(yǎng)活小腿內(nèi)側(cè)受到壓近或使靠背失去作用，坐位濃度實(shí)際尺寸還應(yīng)減去椅座前沿到胭窩之間大約60mm的空隙，也就是坐深小于坐者大腿的長度，使膝下沒有壓力，為了使坐深設(shè)計(jì)得適合于多種人體尺寸的需要，下腿水平長度應(yīng)取平均值。如果坐位過深，會令人背部無法觸及靠背，使腰部的支撐點(diǎn)懸空，上身一部分質(zhì)量要靠頸項(xiàng)來支持，同時(shí)下身還有向外滑出趨勢，使人無法久坐。一般來說普通椅子在通常就坐的情況下，由于腰椎到盆骨之間接近垂直狀態(tài)，其坐深可以淺一些，對于傾斜度大的休息用椅，因使人腰椎至盆骨也呈傾斜狀態(tài)，故坐深就要加大一些。我國成年男女的大腿水平長度尺寸平均可取420mm，故一般常用的靠背椅坐深不宜大于420mm。 坐寬：坐位寬度必須大于臀部的寬度，使身體改變姿勢時(shí)有足夠的移動空間，但坐寬過大兩臂不能均勻地倚靠扶手，坐寬過窄沒有橫向挪支的作地，易產(chǎn)生促感，這樣很容易產(chǎn)生疲勞。根據(jù)我國人體尺寸，一般靠背椅坐寬不應(yīng)小于380mm,扶手椅不小于460mm。座必須有適宜的弧度或彈性，使全身壓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與坐面交接處的距離，是沿椅背平面中線測量的長度，靠背必須具有支持背部的作用，并且根據(jù)需要稍向后傾斜，以支持身體的質(zhì)量，兩者之間必須形成95度或更大的角度，它的作用是使人的身體保持一定的姿態(tài)，同時(shí)分擔(dān)部分人體質(zhì)量，如果靠背垂直和太低，就使人腹部凹曲，腰部肌肉被拉緊，尤其是背部受椅背板邊緣壓迫。這樣的椅子，會使人身體的壓力有一部分向前滑去。正確椅背高度應(yīng)依據(jù)椅子的使用功能而定，一般椅背應(yīng)在肩胛骨以下，以便于背部肌肉得到適當(dāng)?shù)男菹ⅲ瑫r(shí)也便于上肢活動；對工作用椅為全球上肢前后左右活動，高度要低于腰椎骨上沿；休息用椅坐者處在躺坐之間，靠背應(yīng)加高至頸部或頭產(chǎn)。此外，坐位和靠背的位置最好可以自由調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種姿態(tài)需要。 扶手：扶手是增加坐椅舒適性的補(bǔ)助支撐構(gòu)件。坐者前臂得到自然支撐，減輕兩臂和背部的疲勞，對上肢肌肉的休息也有作用。扶手高度應(yīng)與人體坐骨結(jié)節(jié)點(diǎn)到自然垂下的肘部下端的垂直距離相近，通常認(rèn)為距坐面高240mm左右最為合適，并應(yīng)與坐面平等。扶手過低兩肘不能自然落在扶手上，前臂得不到有效支撐；扶手過高，雙臂不能自然下垂，會造成坐者抬肘聳肩的不良坐肩部、背部和上臂的多處肌肉處于緊張狀態(tài)。兩扶手內(nèi)側(cè)距離在420-440之間，扶手前端應(yīng)比后端稍寬，一般是兩側(cè)分另張開10度左右。 部件與部件的協(xié)調(diào) 部件之間的協(xié)調(diào)可以增加人體與支撐面的接觸，將過于集中的體壓分散開。人坐在椅子上可有多種不同姿態(tài)，對椅子各部件的作用力也就有所不同。所以舒適的坐椅最好是從坐面與靠背所構(gòu)成的角度和支撐的位置選擇來設(shè)計(jì)。水平的坐面和垂直的靠背椅子不適應(yīng)人體自然活動狀態(tài)，坐和倚靠都不舒服，因?yàn)檫@時(shí)候很大一部分人體重量都通過靠背偉給椅座，這樣靠背和坐面必須依使用需要向后傾斜，靠背與水平面之間成夾角B以支撐身體重量。至于傾斜多少，這要根據(jù)使用要求決定，通常認(rèn)為在90度120度的范圍內(nèi)改變靠背的角度，同時(shí)上下移動支撐點(diǎn)能獲得較好的舒適效果。根據(jù)人體測試數(shù)值表明，一般傾斜角度的支撐位置在第二到第四腰椎之間；再稍傾斜時(shí)支撐位置在第九胸椎和第二腰椎兩處；傾斜度再大些時(shí)，支撐位置在腰椎、胸椎下部和關(guān)部三處。其中以腰椎的支撐最為緊要。從上述分析可以看出，隨著靠背斜度B角的增加，靠背支撐點(diǎn)的位置也需逐步上移，也可以從一個(gè)支點(diǎn)增加到兩個(gè)支點(diǎn)。輕休息和休息椅由于B角較大，靠背支撐點(diǎn)的位置也需逐步上移，也可從一個(gè)支點(diǎn)增加到兩個(gè)支點(diǎn)。躺椅因使用功能以躺臥為主，B角增加一點(diǎn)枕頭部位的功能，其長度可與顱骨枕外隆突點(diǎn)的位置一致，枕頭點(diǎn)上沿離椅面的距離可在720775mm范圍內(nèi)選用。寫字及餐飲用椅斜度就要小些，這類椅子的靠背只需做間隔條形，能承受很小的倚靠就可以。休息性強(qiáng)的椅子靠背要支撐整個(gè)背部以不露空隙為好，使之具有支持背部的作用。由于靠背的傾斜坐面也相應(yīng)的后傾角，使坐面與水平面之間形成夾角，這樣使可以使身體稍向后傾。平坐面容易使整個(gè)身體向滑支，使休重移至背的下部與大。折疊椅就是由折疊連接把前、后腿和座板連接起來的家具。本次設(shè)計(jì)是多功能折疊椅的設(shè)計(jì)，它由普通的折疊椅改做而成，在普通的折疊椅上加以寫字臺、扶手等部件。我們從前人的研究基礎(chǔ)上，可以得到很多的理論知識，從人類功效學(xué)數(shù)據(jù)可以看到一些有關(guān)設(shè)計(jì)椅子的原理，椅子的坐面應(yīng)向后傾斜1424度（相對與水平面），以使臀部不向前移滑。靠背與坐面的夾角應(yīng)在105110度?？勘撑c水平面的夾角應(yīng)在110130度?？勘吃谙鄳?yīng)腰的地方要鼓起，它距坐面的垂直高度從1018厘米。腰部凸起，可以減少脊椎后凸，并使脊柱盡量接近與自然狀態(tài)。折疊椅家具是運(yùn)用平面機(jī)構(gòu)的原理，以鉚釘接合作鉸鏈結(jié)構(gòu)，把產(chǎn)品中的各部分（桿件）連接起來的家具。折疊家具在家具的折疊部位采用鉸鏈連接，停止使用時(shí)可以折疊起來，以便搬運(yùn)，它在住房面積較小的情況下使用最為合適。本次設(shè)計(jì)的折疊椅可適合身高在 1.37 米2.06 米之間的人，坐在其上與坐在普通椅子上的高度完全一樣，無論在辦公室還是在家里，使用這種 坐具都很合適。它使人們從長期坐舊式椅子所帶來的腰背疾病痛苦中解脫出 來，給人們以舒適感。第三章 多功能折疊椅的力學(xué)分析一、折疊椅的受力分析折疊椅的受力分析情況如圖2-1-1?？拷迩斑呌休dP作用，根據(jù)已知條件，可做如下受力分析 。圖2-1-1分別在A、B點(diǎn)取距，前、后腿受力公式如下：可得：2.12.2分別取各桿件為研究對象，各鉸支點(diǎn)摩擦忽略不計(jì)，如圖2-1-2所示。計(jì)算結(jié)果如下：根據(jù)座板受力情況，依M點(diǎn)取距，有2.3 =2.4依C點(diǎn)取距可求出2.5由圖2-1-2可知：2.6若C點(diǎn)取距可有2.7各結(jié)點(diǎn)受力的方向如圖2-1-2所示。(a)(b)(c)(d)圖2-1-2二、多功能折疊椅強(qiáng)度條件的建立前、后腿和座板的強(qiáng)度條件前、后腿和座板是鉸鏈，簡化后均可看作是簡支梁AC、DG和BC，三桿所受法向力及彎距如圖2-1-3所示。后腿AC的危險(xiǎn)點(diǎn)為D，將各支點(diǎn)的力都分解成垂直于桿件的彎曲力和沿著桿件作用的軸向力，A點(diǎn)的桿件垂直力：2.82.92.10式中：為D點(diǎn)后腿抗彎截面模量。由后腿受力分析可知，AD段受軸向力作用：2.112.12 =2.13式中：A結(jié)點(diǎn)D處后腿截面面積； 后腿材料的許用應(yīng)力對于座板DG的危險(xiǎn)點(diǎn)在M處。2.142.152.162.17式中：A座板M處的截面積； 座板M處的抗彎截面模量； 座板材料的許用應(yīng)力；由于前腿BC的危險(xiǎn)點(diǎn)在M處（如圖2-1-3所示），前腿在結(jié)點(diǎn)C處垂直與前腿的分力為：2.18 =2.19 =2.20作用在前腿C點(diǎn)的力，又沿著桿件的軸向力。由圖2-1-3可知在MC上軸向力為：2.21 =2.22式中：A前腿在M處的截面積； 前腿在M結(jié)點(diǎn)處的抗彎截面模量； 前腿材料的許用應(yīng)力；在靜載荷作用下座板的變形為：2.23式中：E座板材料的彈性模量； I座板慣性距。當(dāng)座板受動載荷作用時(shí)，以往使用動載荷系數(shù)相乘，來求得各自應(yīng)力及變形量，最后進(jìn)行比較。圖2-1-3三、折疊椅的計(jì)算已知折疊椅設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)：a=e=500mm; b=d=150mm;f=50mm; c=200mm;s=600mm;P=1960N ;根據(jù)2.1至3.23的公式，不難求出折疊椅的各組數(shù)據(jù)。前腿與后腿的受力公式如下:=490N=1470N其中前、后腿為空心圓柱,可得前、后腿的抗彎截面模量計(jì)算公式:其中和分別為外徑和內(nèi)徑根據(jù)座板受力情況，依M點(diǎn)取距，有=490N =980N其中座板為實(shí)心長方體,可得其抗彎截面模量公式:；依C點(diǎn)取距可求出=1140.6N=1140.6N=2450NA點(diǎn)的桿件垂直力:=196N=98000Nmm=164.3MPa后腿AD段受軸向力作用:=449N=0.7MPa=165MPa=490N=2450N=98000Nmm=0.61MPa=0.11MPa=0.72MPa由于前腿BC的危險(xiǎn)點(diǎn)在M處，前腿在結(jié)點(diǎn)C處垂直與前腿的分力為：1436.827N=361.3Nmm在MC上軸向力為=441.94N=362MPa四、設(shè)計(jì)總結(jié)其中前腿與后腿都為空心圓柱材料,根據(jù)上述數(shù)據(jù)的前腿與后腿的許用應(yīng)力在100至400之間,查表可得前腿與后腿的材料可為合金鋼。根據(jù)以求出的數(shù)據(jù)可知,座板的許用應(yīng)力在0.72 MPa,受力要求不高,其材料可采用塑料，且折疊椅能載重200Kg的重量，扶手為可拆卸式扶手，以螺紋連接，座板與前后腿均為銷釘連接。扶手上安裝可拆卸寫字臺，可用于寫字、放置書、飲料等。多功能折疊椅的日用消遣折疊與便攜的產(chǎn)品與日俱增，工業(yè)生產(chǎn)出最小和最輕的零部件來構(gòu)成折疊家具，以適應(yīng)各種天氣氣候。人們可以在野營、沙灘休閑、運(yùn)動賽事等隨處見到不同的折疊椅，它是一種適應(yīng)所有習(xí)慣和需求的椅子。多功能折疊椅的功用折疊椅可以應(yīng)用在學(xué)校的課桌椅上，可以應(yīng)用在電影院與劇院中創(chuàng)造一種基本座椅的主要目標(biāo)就是能提供短暫的休息，可以容易地折疊（和收藏）。第三章 基于Pro/E多功能折疊椅的實(shí)體設(shè)計(jì)一、Pro/E的介紹Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決牲的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。目前Pro/E最高版本為2008年1月發(fā)布的Pro/ENGINEER Wildfire 4.0(野火4.0)。1 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。2 單一數(shù)據(jù)庫Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價(jià)格也更便宜。Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的