人机座椅改良设计

人机座椅改良设计

人机工程学

座

椅

的

改

良

设

计

专业：

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

在人们日常接触的家具中，使用最广泛的莫过于椅类了。按照人机功效学原理，椅子是在一定高度上用以承载人体重量，减轻身体疲劳的一种工具。功能特征良好的椅子能使人感到身体舒适，精力充沛；而设计不合理的椅子会让人很快产生疲劳感，四肢酸痛，腰背部肌肉紧张。所以椅子的设计不仅要考虑形式，耐用，经济等方面，还要兼顾人体的生理结构及保健问题。因此，一些像人体测量、人体结构分析、骨骼运动、生理学测试等人机工效学领域的方法被引入椅类的设计中来，使得椅类设计从单纯的考虑使用功能向结合人机工效学原理，更符合人体生理特征的方向迈进。

1人体生理结构与运动特征

整个人体分为头、颈、躯干和四肢四个部分；包括运动、消化、呼吸、循环、泌尿、内分泌、神经和生殖八个系统。与人体工程学关系最为密切的是运动系统，它由骨、骨连接和骨骼肌组成。骨骼肌在神经系统支配下，能够收缩、牵引所附着的骨，使人产生各种动作。人体的骨骼由206块骨连接而成，它分为头骨骨、躯干骨和四肢骨三个部分。躯干骨包括脊柱、肋骨和胸骨。脊柱位于背部正中由33块椎骨构成。椎骨上有椎孔，全部椎孔连起来形成椎管，容纳着脊髓。椎骨按照位置的不同，大致可分为四段，最上面的7块为颈椎，其下12块为胸椎，再下面5块为腰椎，接着是连在一起的5块骶骨，和4块尾骨。从图1中可见脊椎从侧面看，有四个生理弯曲，颈曲，胸曲，腰曲，骶曲。由关节活动而产生的伸展、扭转等动作是家具设计中的重要依据，因此可以说，家具和人体姿势的变化关系，就是家具与人

体关节转动的关系。

2人体测量

人体测量与许多因素有关，而且随着时代的发展，人体尺寸也在慢慢的发生变化。因此用测量仪器对人体各个部分的尺寸及各种动作尺寸进行测量，所测得的数据，需去掉两头的5%，取中间的90%的测量值来取平均值，这样得到的测量数据更具普遍性。生理学的测量包括心电图、肌电图、脑电图、呼吸、脉搏、血压、神经反射电流和眼球运动等。通过生理方面的测量，可以计算出人在活动时能量的大小和负荷。这些数据都是客观和科学的，但在具体动用这些数据时，还应进行分析与综合，才能得出一个正确全面的结果。

3坐姿时的生理特征

坐下来是人的自然姿势，从能耗来看，当站立时，关节，膝部和臀部都是依靠静态的肌肉活动保持姿势的，血和体液趋于积聚在腿中；而坐下时，肌肉施力停止，能耗降低，腿的血管的静压力降低，对血液回流至心脏的阻力减少，因此坐比站更有利于循环。坐的姿势可分为三种：向前坐、笔直端坐、向后靠。向前坐的姿势主要是工作的姿势，而向后靠是休息和放松的姿势。当人向前坐时，人体骨盆旋转成倾斜状态，骶骨也做相应移动，并趋向水平，使骶骨和腰椎变平，引起脊椎在腰部以上成为脊椎后凸，看起来象个驼背。当笔直端坐时，骨盆是竖直状态，骶骨的位置也较垂直，并在腰椎处形成脊椎的前凸。

由坐的姿势变形引起的脊椎病痛，近年来增加得很快。专家们认为脊柱的最终形成取决于在成长过程中，所有姿势影响的积累。长时

间的坐使身体失去了改变压力和放松的机会，结果使得脊椎变形日益加剧。研究人员曾测量了背部肌肉的电活动，结果表明，当人以一种过分挺直的姿势坐时，电活动增加，而采取向前坐的姿势后，电活动明显下降。被试者宁愿选择后者，因为体重在脊柱得到平衡，上部躯体的重量由骨骼、椎间盘和韧带承受，不需要静态的肌肉活动，但向前坐时脊椎弯曲，其结果是椎间盘上的压力分布不均匀，这是产生椎间盘疾病的一个原因。

如图：

这种椅子算是比较常见的，这种椅子比较大，笨重，不好搬运，在环境中比较占地方，尤其是在工作的时候，椅面和桌面之间所保留的空间较小，还有就是其椅面比较平滑，人长时间坐在椅子上，会在腿部留下比较明显的红印，尤其在夏天的时候。

所以，在椅子的改良和设计方面，要考虑的方方面面，即是在空间上的布局，以及在使用方面的舒适，安全，轻巧。

根据所提供的一下数据作为参考：

依据人体大尺寸设计：

最小功能尺寸=人体尺寸分位数+功能修正量

最佳功能尺寸=人体尺寸分位数+功能修正量+心里修正量

座椅的尺寸设计

根据当前国内座椅设计现状,考虑人机工程学的要求,推荐座椅尺寸设计如下:

座面高度座面高度指地面至就坐后座面上坐骨支承处的高度。座面高度按我国人体尺度,可取为380～450mm。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。调节范围为工作台下方240～300mm之间。

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350mm～400mm来取,休息用椅可取400mm～430mm。

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400～50mm。31214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14°～24°,有利于肌肉放松。对于办公用椅,采取座面前倾,一般倾向为10°～15°。

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480～630mm,最大宽度350～480mm。支撑腰部以下的骶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(70～80mm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。

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95°～105°;学习读书用可取95°～100°;休息椅可取105°～110°。

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。