多功能椅子設(shè)計(jì)

1、人機(jī)工程學(xué)課程考核大作業(yè) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)械11202 序 號(hào)： 16 姓 名： 劉仁良平時(shí)成績大作業(yè)成績總評(píng)成績2014 2015學(xué)年 第一學(xué)期摘要在多功能辦公椅的設(shè)計(jì)中，蘊(yùn)含了許多創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，主要能實(shí)現(xiàn)正常、舒適地辦公、仰躺休息和進(jìn)行臂力鍛煉、進(jìn)行頸椎按摩等功能，滿足了布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊、安全舒適、操作方便、符合人性化設(shè)計(jì)等要求。該多功能椅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，能滿足各類群眾的需求。 一、設(shè)計(jì)題目 1.1 多功能椅設(shè)計(jì)背景和意義目前，越來越多的辦公室人員及其他腦力、體力勞動(dòng)者采用坐姿進(jìn)行工作，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步，坐姿還將成為我國未來勞動(dòng)者主要的工作方

2、式。因此，辦公座椅設(shè)計(jì)和相關(guān)的坐姿分析日益得到人體工程研究者和設(shè)計(jì)師們的關(guān)注和研究。 20年前，患腰肌勞損的大多是鑿四五十歲的搬運(yùn)工人或在田間勞作的農(nóng)民，他們的工作多以腰部力量為主所以易發(fā)生勞損；而如今，腰肌勞損并非是中老年人和體力勞動(dòng)者的“專利”。來看病的患者中多了許多35歲以上的公司白領(lǐng)，他們大部分時(shí)間保持坐姿，即“三坐”人群：上下班路上坐車；上班時(shí)坐辦公室；下班后久坐看電視、上網(wǎng)。正是由于這種工作、生活方式的改變。加上不良坐姿等原因，使腰肌勞損具有了高發(fā)性和年輕化的特點(diǎn)。同時(shí)由于城市化的飛速發(fā)展，現(xiàn)如今人們由于工作地點(diǎn)離家較遠(yuǎn)，中午很難得到午休，本文設(shè)計(jì)一款多功能椅來實(shí)現(xiàn)職工在中午進(jìn)行短

3、暫午休的功能。大多數(shù)在辦公室從事腦力勞動(dòng)的工作人員由于工作緊張、家務(wù)繁忙、場(chǎng)地不足、缺乏合適的健身器材等因素，參加健身鍛煉的人數(shù)及效果都很不理想.而大多數(shù)在辦公室從事腦力勞動(dòng)的人員由于長期伏案工作，極易使頸、椎間盤疲勞受損而引發(fā)輕微的頸椎?。涣硪恍┦褂秒娔X、打字機(jī)、復(fù)印機(jī)等辦公設(shè)備的專職人員，由于長時(shí)間從事電腦數(shù)據(jù)輸入、鍵盤打印以及其他需要手臂單調(diào)重復(fù)動(dòng)作，極易引發(fā)以手、腕、臂功能性損傷為主要表現(xiàn)的“反復(fù)緊張性損傷癥”的現(xiàn)代職業(yè)病。目前市場(chǎng)上常用的按摩椅只具有單一的按摩功能，健身器材又需要專用的房間安置，無論是普通按摩椅還是健身器材，都不適宜直接放置于辦公室使用，為此開發(fā)設(shè)計(jì)了“ 多功能辦公椅

4、”，以幫助長期在辦公室工作的人員進(jìn)行方便、適當(dāng)?shù)男菹⑴c鍛煉。多功能辦公椅的顧客是久坐人群，如企業(yè)家、個(gè)體工商者、白領(lǐng)、中老年人、司機(jī)、學(xué)生等，在中國這些人群不低于1.5億人，而且都是社會(huì)中高消費(fèi)能力人群。所以本設(shè)計(jì)產(chǎn)品是有很大的市場(chǎng)和利潤空間。當(dāng)然現(xiàn)如今的多功能辦公椅的發(fā)展也已經(jīng)較為成熟，滿足各種需求，實(shí)現(xiàn)各種功能的辦公椅已經(jīng)琳瑯滿目，如圖-1、2。圖1-1 現(xiàn)代出現(xiàn)的多功能椅圖1-2 現(xiàn)代出現(xiàn)的多功能椅但是考慮到這些多功能椅的成本和功能性，本文提出了一種成本更加低廉，功能更加強(qiáng)大的多功能辦公椅。1.2 多功能椅的創(chuàng)新點(diǎn)基于以上背景，本文設(shè)計(jì)了一款集合了多種功能的辦公椅，實(shí)現(xiàn)了將多種功能實(shí)現(xiàn)到

5、一個(gè)座椅之中，方便了人們鍛煉，休息，調(diào)整坐姿，按摩等，并用了機(jī)械機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能。本文依據(jù)圖-3作為參考依據(jù)，加入本人的設(shè)計(jì)思路，調(diào)整各個(gè)單元的位置以及功能實(shí)現(xiàn)方式。圖1-3 現(xiàn)代多功能椅結(jié)構(gòu)圖1.3 主要內(nèi)容本文對(duì)多功能椅的各個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析其的最優(yōu)情況，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部分分塊考慮，最后用Solidworks軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，驗(yàn)證座椅的設(shè)計(jì)思路。第一節(jié)介紹多功能椅設(shè)計(jì)的背景意義，第二節(jié)說明各個(gè)模塊的功能及詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路，第三節(jié)依照Solidworks軟件對(duì)多功能椅進(jìn)行仿真建模，更加直觀的觀測(cè)，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。第四節(jié)對(duì)本文進(jìn)行總結(jié)，得到設(shè)計(jì)的多功能椅滿足設(shè)計(jì)要求。二、 多功能椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2

6、.11多功能椅的基本結(jié)構(gòu)坐椅設(shè)計(jì)需綜合考慮功能、結(jié)構(gòu)、造型、色彩、材料、生產(chǎn)等多方面因素并要符合人體生理、心理及人體活動(dòng)規(guī)律，最大限度地減輕“坐疲勞”，同時(shí)達(dá)到安全、方便、舒適、美觀之目的。據(jù)生理學(xué)知識(shí)，人體落坐后，脊柱被強(qiáng)制改變自然的曲度，由此形成的椎間壓力使人在久坐之后感到腰酸背疼。故設(shè)計(jì)椅背的曲線能夠契合坐姿脊柱，上體的重心落在臀部的骨骼上，上半身民大腿、大腿與小腿的角度均成85°到90°，確保使用者的重量盡可能分散在身體的不同接觸面，產(chǎn)生舒適的感覺。對(duì)于大批量生產(chǎn)椅子，要符合多數(shù)成人人體的測(cè)量統(tǒng)計(jì)。作為多功能辦公椅首先要實(shí)現(xiàn)普通椅子的功能，以下是正常、舒適辦公的結(jié)構(gòu)

7、設(shè)計(jì)。(1)任意調(diào)節(jié)靠背角度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)各人坐姿習(xí)慣的不同，可以任意調(diào)節(jié)靠背的傾斜 角度(2)頭部枕靠上下位置和前后位置調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)各人身高不同，可以調(diào)節(jié)頭部枕靠的下位置，根據(jù)各人坐姿習(xí)慣的不同，可以調(diào)節(jié)頭部枕靠裝置 的前后位置（移動(dòng)距離在4050mm）(3) 坐墊深度的選擇很重要，對(duì)于身材高大的人來說，坐墊太淺會(huì)因?yàn)榇笸认旅鏌o足夠的支撐面而感到不適；反之，身材稍小的人則會(huì)因?yàn)樽鴫|太深而背部不能與靠背接觸，勢(shì)必要端坐，長時(shí)間的端坐更容易疲勞；因此，坐墊深度一般取400到450mm，而且深度最好可調(diào)，即靠背能在坐墊面上移動(dòng)，以保證不同身高的人都有一個(gè)舒適的位置。(4) 坐墊上表面至地

8、板的距離也很重要，坐墊的高度在保證雙腳能自如踏在地板上，并可以自由地前伸后屈。因此坐墊高度一般取380到450mm為宜，最低不小于300mm，最高不大于480mm。(5) 坐墊寬度可以稍微寬些，方便使用者調(diào)整姿勢(shì)，但太寬會(huì)影響操作的方便性，一般取420到500mm。(6) 靠背寬度可以與坐墊的寬度相同，也可以比坐墊稍窄些，但太窄會(huì)破壞座椅的整體造型，為了造型美觀及不影響上肢活動(dòng)而設(shè)計(jì)成上窄下寬的外形。現(xiàn)代座椅一般取相同寬度。2.1.2 座位設(shè)計(jì)的一般原則關(guān)于座位的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員有許多新奇的想法。我們的目的不是探索座位設(shè)計(jì)的前沿，而是講述一些基本原則和基本信息，而它們是構(gòu)成未來設(shè)計(jì)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。不

9、幸的是，有些看起來是堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但也許可能是不穩(wěn)定的。常常有人問市場(chǎng)上最好的椅子是什么樣子。答案是坐上幾個(gè)小時(shí)后你覺得舒服的那些。問題是不同的人所感覺的最舒適是不同的。沒有一個(gè)椅子是適合所有人的。最好的辦法是提供兩三個(gè)最好的設(shè)計(jì)，人們可以從中選擇。下面是一些座位設(shè)計(jì)的原則。促進(jìn)腰椎前凸 當(dāng)筆直站立時(shí)，脊椎的腰椎（后面的一小部分，恰好在屁股以上）通常是很自然地向內(nèi)彎曲（凹曲線）的，也就是說，前凸（lordotic）。自然狀態(tài)的腰椎前凸與脊柱的腰椎幾乎在同一條垂直軸線上，這條軸線也經(jīng)過大腿和骨盆，如圖13-15所示。然而，當(dāng)坐著的時(shí)候，大腿成90°，背后的腰椎區(qū)變得平坦，甚至向外彎曲（凸

10、狀的），也就是說變得后凸（kyphotic），如圖13-15所示。這是因?yàn)轶y關(guān)節(jié)只扭轉(zhuǎn)60°，迫使骨盆向后扭轉(zhuǎn)30°以達(dá)到大腿的90°。腰椎后凸導(dǎo)致脊柱的腰椎間的椎盤上的壓力增加。2.2 多功能椅的休息功能基本結(jié)構(gòu)本文的多功能椅實(shí)現(xiàn)了仰躺休息，仰躺休息裝置的設(shè)計(jì)充分考慮人體仰躺姿態(tài)的生理特征。其中包括腿部支撐，腿部支撐的主要作用在于支撐腿部重量，增大人體重量的支撐面積，從而減小坐墊的壓力，使人體壓力分布過渡更趨均勻。在椅子前端的下部設(shè)計(jì)了一椅下腳板，來方便辦公人員腿部休息。腿部板的移動(dòng)主要依靠四連桿實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)四連桿調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)腿部支撐的角度。當(dāng)需要仰躺休息的時(shí)候

11、，頭部有一個(gè)靠墊也可以伸出，可以臨時(shí)充當(dāng)枕頭作用，緩解頭部疲勞。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，也基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)平躺的要求。多功能椅的旋轉(zhuǎn)控制功能模仿轎車座椅的調(diào)整功能，使人們易于使用同時(shí)也降低了成本?，F(xiàn)代社會(huì)從事腦力勞動(dòng)的人越來越多，長期工作在辦公室或電腦前的人腰背經(jīng)常得不到放松休息，容易感到疲憊，甚至引發(fā)頸椎，腰椎等疾病。同時(shí)，多功能椅也實(shí)現(xiàn)了按摩的功能，本文設(shè)計(jì)的方案是在椅子的靠背位置加入多個(gè)按摩球，當(dāng)人靠到靠背時(shí)候，依靠重力自身的作用來進(jìn)行按摩作用。按摩部分是從后部插入的，留有足夠的空間，當(dāng)成本足夠的時(shí)候也可加入電機(jī)，來帶動(dòng)按摩球的轉(zhuǎn)動(dòng)，來為使用者按摩。由于是組合安裝的按摩球也可以單個(gè)拆裝，改變按摩

12、的位置，以免對(duì)人體造成傷害。2.3 多功能椅的健身功能基本結(jié)構(gòu)多功能椅也加入了健身功能，臂力鍛煉裝置的設(shè)計(jì)，要進(jìn)行臂力鍛煉時(shí)。本文提出了兩種方式。第一種是結(jié)合了一個(gè)拉力器在椅子背后，通過兩者的結(jié)合來達(dá)到健身的目的。拉簧通過拉簧座固定在椅子背后，手柄放置在椅子兩側(cè)，在需要鍛煉的時(shí)候就可以方便的使用。同時(shí)這套設(shè)備也可以拆卸下來不依賴于多功能椅來使用。此模塊也可由其他各種類型的健身器械相結(jié)合，為本多功能椅的二次開發(fā)提供便利。第二種是兩手從手柄D中抽出加長桿，旋轉(zhuǎn)頭部把手90度至垂 直位置，然后把扶手向前推，達(dá)到適合自己的手臂長度后兩手握住把手作擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)時(shí)手柄圍繞旋轉(zhuǎn)軸在約45度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，

13、通過克服扭轉(zhuǎn)彈簧的阻力來達(dá)到鍛煉的目的。其原理如下圖所示。在使用過程中，使用者的雙臂可以進(jìn)行小范圍的活動(dòng)，從而在不影響正常的辦公學(xué)習(xí)的前提下達(dá)到緩解工作疲勞舒展身體的目的。三、多功能椅Solidworks仿真實(shí)現(xiàn)3.1 基于Solidworks軟件的多功能椅SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中

14、的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。在使用SolidWorks進(jìn)行仿真建模的同時(shí)，也是用了working model軟件對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算，得到了腿部支撐機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸。對(duì)多功能椅健身器械中的拉伸彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧的選用也使用了SolidWorks插件邁迪工具進(jìn)行設(shè)計(jì)。減少了設(shè)計(jì)的周期和計(jì)算量。如圖4-1。圖3-1 邁迪工具集設(shè)計(jì)各種彈簧本文使用SolidWorks2014最新版本進(jìn)行仿真建模，建模效果如圖4-2圖3-2 SolidWorks2014作圖界面通過SolidWorks的渲染工具得到如下的仿真效果圖3-3 座椅效果圖當(dāng)椅子展開時(shí)可以平躺的效果圖圖3-4 座椅平躺效果圖多功能椅的普通狀態(tài)下總高

15、約為1000mm，總長約為700mm，總寬為600mm，當(dāng)展開時(shí)的總長約為1700mm，總高約為500mm。當(dāng)然，多功能椅的總體尺寸也應(yīng)設(shè)計(jì)為多種尺寸，來滿足各式各樣的需求，本文僅僅做了一種尺寸，主要做機(jī)構(gòu)的介紹。3.2 多功能椅調(diào)整位置的Solidworks實(shí)現(xiàn)多功能椅腿部支撐的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主要是由四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到從15°夾角到與座平行的角度?？刂祁愃朴谄囎蔚恼{(diào)整。四連桿的尺寸設(shè)計(jì)主要依靠working model軟件來進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證角度的實(shí)現(xiàn)。此部分的Solidworks效果圖如下。圖3-5 腿部支撐四連桿效果圖3.3 多功能椅按摩功能的Solidworks實(shí)現(xiàn)本文的多功能椅

16、的按摩功能主要依靠座椅背部的按摩球來實(shí)現(xiàn)。如圖所示。圖3-5 按摩效果圖3.4 多功能椅健身功能的Solidworks實(shí)現(xiàn)多功能椅的健身功有兩種方案，第一種主要是加入了一個(gè)拉力器來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，此部件可以由客戶自行拆裝?？梢栽谧臓顟B(tài)鍛煉，也可以拆下單獨(dú)鍛煉。效果如圖所示。圖3-5 拉力器效果圖第二種方案是將扶手部分改為擴(kuò)胸器，在使用的時(shí)候進(jìn)行鍛煉，效果如圖所示。圖3-6 擴(kuò)胸器效果圖四、 設(shè)計(jì)小結(jié)4.1 多功能辦公椅設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)本論文從最初的總體方案的制定，設(shè)計(jì)制作，然后通過多功能辦公椅機(jī)械結(jié)構(gòu)了解和認(rèn)識(shí)，通過Solidworks軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，通過以上設(shè)計(jì)仿真，本文得到了一款布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊

17、、安全舒適、操作和維護(hù)方便的多功能辦公椅，實(shí)現(xiàn)了辦公、休閑、按摩和鍛煉等各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能。本文的設(shè)計(jì)思路是將問題簡(jiǎn)單化，將一個(gè)個(gè)功能單個(gè)解決，設(shè)計(jì)出每個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，最后再進(jìn)行整合。這樣的好處是設(shè)計(jì)的多功能椅可以方便的增添功能，為進(jìn)一步的設(shè)計(jì)提供方便，也可以根據(jù)用戶的需求，成本的限制來減少部分功能，應(yīng)對(duì)各式各樣的環(huán)境及要求。4.2 推廣實(shí)現(xiàn)由于多功能辦公椅選用的材料均為普通用材，零件的加工精度要求不高，頭部枕靠和椅背調(diào)節(jié)裝置可借用轎車座椅上的部件，如果形成批量生產(chǎn)，成本比普通的辦公椅要高些，但比按摩椅要低許多，綜合生產(chǎn)成本考慮，多功能辦公椅應(yīng)具有較高的實(shí)用價(jià)值，值得推廣使用。從使用Solidwork

18、s仿真出的多功能辦公椅的情況來看，基本滿足了布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊、安全舒適、操作和維護(hù)方便等要求，實(shí)現(xiàn)了辦公、休閑、按摩和鍛煉等多功能的目的，達(dá)到了論文設(shè)計(jì)要求。本多功能椅有很大的應(yīng)用空間。該產(chǎn)品不僅可以在家庭辦公室等地方使用，而且可以推廣放在公園作為休息座椅；候車室里，也可推廣本產(chǎn)品，供旅客等車時(shí)休息；在旅途勞累的火車上，將產(chǎn)品推廣在硬座中，可大大減輕旅途的疲勞。參考文獻(xiàn)【1】劉加 都市白領(lǐng)莫讓椅子傷了腰J-養(yǎng)生月刊2011,32(5)【2】吳修義 商用汽車駕駛員座椅的靜態(tài)特性J-商用汽車2007(1)【3】茹鐵征 就這樣把你征服-Volvo(富豪汽車座椅)J-中國汽車市場(chǎng)2003(7)【4】周子良 基于人機(jī)工程學(xué)的辦公用椅參