【文章內(nèi)容簡介】 布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域。 電腦椅的設(shè)計(jì)方案 電腦椅的功能設(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(huì)影響人體的肌肉、韌帶和關(guān)節(jié)等組織，使人感到不安和 痙攣 ，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(cè)，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(huì)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(huì)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(huì)發(fā)脹而麻木。椅面過高相對(duì)桌降低，令人不得不把身體基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 11 向前俯斜，把全部力量壓在椅座前沿，只要坐上片刻便會(huì)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 鞋的高度，則高為 420430mm，考慮到小腿的活動(dòng)作地，一般采用 400410 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(huì)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(shì)，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(duì)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(shì)時(shí)有足夠的移動(dòng)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(cè)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(huì)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?，同時(shí)也便于上肢活動(dòng)；對(duì)工作用椅為全球上肢前后左右活動(dòng)，高度要低于腰椎骨基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 12 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(duì)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(huì)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 420440 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 。 我們從前人的研究基 礎(chǔ)上，可以得到很多的理論知識(shí)，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14～ 24 度（相對(duì)與水平面），以使臀部不向前移滑。靠背與坐面的夾角應(yīng)在 105～ 110 度?？勘撑c水平面的夾角應(yīng)在 110～ 130 度。靠背在相應(yīng)腰的地方要鼓起，它距坐面的垂直高度從 10～ 18 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)。 本次設(shè)計(jì)的電腦椅 可適合身高在 米 — 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 。 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 13 3 電腦椅的力學(xué)分析 電腦椅的受力分析 電腦椅的受力分析情況如圖 。靠近座板前邊有載 P作用，根據(jù)已知條件，可做如下受力分析。 圖 電腦椅的受力圖 分別在 A、 B點(diǎn)取距，前、后腿受力公式如下： )αc o s( 1= bfcsPsN A )αc o s( 1++= bcfPsN B 可得： s PbfcsN A = )αc os( 1 PsbfcsN B +++= 1αc os 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 14 分別取各桿件為研究對(duì)象，各鉸支點(diǎn)摩擦忽略不計(jì)，計(jì)算結(jié) 果如下： 根據(jù)座板受力情況，依 M點(diǎn)取距，有 PcfNN DYDY == 39。 DYACYCY NNNN +== 39。 = Ps bfcscf + )αc os( 1 依 C點(diǎn)取距可求出 )αc o sαs i n()(αc o s 211 =+ DYDXA NNPbaN Pas babfcscfN DX ++= )αs i n αc os)()αc os(αs i n αc os(11111 由圖 可知： 39。39。39。 CXCXMXMXDXDX NNNNNN ===== 圖 電腦椅座板受力圖 若 C點(diǎn)取距可有 Pc cfNN MYMY +== 39。 各結(jié)點(diǎn)受力的方向如圖 所示。 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 15 電腦椅強(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 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： 1αcos= AA NR 1m a x αc o s== AA NbADRM ZAZW WNbWM 1m a x αc osσ == 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： 圖 電腦椅支架的受力圖 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 16 電腦椅的 受力計(jì)算 已知電腦椅設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)： a=e=500mm。 b=d=150mm。 f=50mm。 c=200mm。s=600mm。 P=1960N 。 ? 21 == 根據(jù)上面所述，不難求出電腦椅的各組數(shù)據(jù)。 A點(diǎn)的桿件垂直力 : 1αcos= AA NR =196N 1m a x αc o s== AA NbADRM =98000N mm ZAZW WNbWM 1m a x αc osσ == = 后腿 AD 段受軸向力作用 : 1αsin= AY NP =449N APYY =σ= 39。39。 DYD NR = =490N MYM NR = =2450N PfcPcfcNM DY === 39。m a x =98000N mm ZZW WfPWM == m axσ = ANMXL =σ= 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 17 ANW fP MXZLW +=+= σσσ 總= 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： 239。239。39。 αc o sαs i n += CYCXe NNR ZW WMmaxσ = = mm 在 MC上軸向力為 239。239。 αc o sαs i n = CXCYL NNP = LW σσσ +=總 =362MPa 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 18 4 基于 Pro/E 的 電腦 椅實(shí)體設(shè)計(jì) 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。 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(dòng)，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(duì)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(hào)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(huì)自動(dòng)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 格式的彩色打印機(jī)。 Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer 軟件的其它?；?Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 19 塊或自行利用 C 語言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊 )具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力 (人工 )和工程制圖能力 (不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn) )，并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀 (HP， HPGL)和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。 Pro/Engineer 功能如下： 1． 特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）； 2． 參數(shù)化（參數(shù) =尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3． 通過零件的特征值之間，載荷 /邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4． 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì) (規(guī)則排列的系列組件，交替排列， Pro／ PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等 )。 5． 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 (任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng) )。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro／ ENGINEER 的基本功能。 各構(gòu)件的基于 Pro/E 的實(shí)體設(shè)計(jì) 電腦椅的零件尺寸及圖紙 (1)扶手高度 扶手的功能是使人坐在椅子上時(shí)手臂自然放在其上，減輕兩臂負(fù)擔(dān)，一般扶手高度在座面以上 200‐ 240 mm 左右，角度可隨座面角度而傾斜。在工作用椅中，有時(shí)鑒于活動(dòng)方便起見，扶手可設(shè)計(jì)的稍短些。 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計(jì) 20 圖 扶手實(shí)體圖及設(shè)計(jì)圖 (2)座高 椅子高度可以影響其本身性能及功用。通常工作用椅的座高設(shè)計(jì)得較高，休 息用椅則稍低。但無論是什么用途，其座位的高度均應(yīng)設(shè)計(jì)適宜。座位過高，兩腳懸空碰不到地面，則腿的重量壓迫大腿血管，妨礙血液循環(huán)，容易產(chǎn)生疲勞。若座高過低，小腿則需支持大腿的幣量，稍久會(huì)引起小腿酸軟不適，而日座高過低，還會(huì)導(dǎo)致上肢前傾，增加了背部肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度；另外重心過低也會(huì)造成起身時(shí)的不便，尤其對(duì)老年人來說更為明顯。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出，合適的坐高應(yīng)等于小腿窩高加上 25‐ 35mm 的鞋跟厚，再減去 10‐ 20mm 的活動(dòng)余地，即： H,(座高 )=小腿窩高 +鞋跟厚一適當(dāng)間隙 國標(biāo) GB332682 規(guī)定椅座高為： H,(座 高 )=400‐ 440mm； 尺寸級(jí)差△ S=20mm。 沙發(fā)座前高可以降低一些，使腿向前伸，靠背后傾