【文章內(nèi)容簡介】 布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域。 電腦椅的設(shè)計方案 電腦椅的功能設(shè)計 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格的依據(jù)，如果稍有差錯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，這個高度決定了椅子的舒適程度。根據(jù)人體工程學的理論，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)，這是因為人坐在椅子上的時候，身體質(zhì)量由脊骨至坐骨，盡管坐骨結(jié)節(jié)點承受了最大壓力，但因骨盆拱骨 的尖端力學作用，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，通過以小腿高為標準的坐高與高于小腿高度的坐面實測，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，令人不得不把身體基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計 11 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，按照人體工學的基本原理，坐高應(yīng)小于人體坐姿態(tài)時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，使腰部的支撐點懸空，上身一部分質(zhì)量要靠頸項來支持，同時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)，同時分擔部分人體質(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?shù)男菹?，同時也便于上肢活動；對工作用椅為全球上肢前后左右活動，高度要低于腰椎骨基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計 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)點到自然垂下的肘部下端的垂直距離相近，通常認為距坐面高 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 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，從人類功效學數(shù)據(jù)可以看到一些有關(guān)設(shè)計椅子的原理，椅子的坐面應(yīng)向后傾斜14～ 24 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 105～ 110 度。靠背與水平面的夾角應(yīng)在 110～ 130 度?？勘吃谙鄳?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 13 3 電腦椅的力學分析 電腦椅的受力分析 電腦椅的受力分析情況如圖 ?？拷迩斑呌休d 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 14 分別取各桿件為研究對象，各鉸支點摩擦忽略不計，計算結(jié) 果如下： 根據(jù)座板受力情況，依 M點取距，有 PcfNN DYDY == 39。 DYACYCY NNNN +== 39。 = Ps bfcscf + )αc os( 1 依 C點取距可求出 )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點取距可有 Pc cfNN MYMY +== 39。 各結(jié)點受力的方向如圖 所示。 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計 15 電腦椅強度條 件的建立 前、后腿和座板的強度條件 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 的危險點為 D，將各支點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 16 電腦椅的 受力計算 已知電腦椅設(shè)計的數(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 17 ANW fP MXZLW +=+= σσσ 總= 由于前腿 BC的危險點在 M 處，前腿在結(jié)點 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 18 4 基于 Pro/E 的 電腦 椅實體設(shè)計 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，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件之一。 1． 參數(shù)化設(shè)計和特征功能 Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計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)計者提供了在設(shè)計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、實體零件及組裝造型，三維上色實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 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(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，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript 格式的彩色打印機。 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，這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer 軟件的其它?；?Pro/E 的電腦椅設(shè)計 19 塊或自行利用 C 語言編程，以增強軟件的功能。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)計能力，組裝能力 (人工 )和工程制圖能力 (不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標準 )，并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀 (HP， HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。 Pro/Engineer 功能如下： 1． 特征驅(qū)動（例如：凸臺、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)系來進行設(shè)計。 4． 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計 (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 (任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動 )。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro／ ENGINEER 的基本功能。 各構(gòu)件的基于 Pro/E 的實體設(shè)計 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手臂自然放在其上，減輕兩臂負擔，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，有時鑒于活動方便起見，扶手可設(shè)計的稍短些。 基于 Pro/E 的電腦椅設(shè)計 20 圖 扶手實體圖及設(shè)計圖 (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，稍久會引起小腿酸軟不適，而日座高過低，還會導致上肢前傾，增加了背部肌肉的活動強度；另外重心過低也會造成起身時的不便，尤其對老年人來說更為明顯。 根據(jù)實驗得出，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 的活動余地，即： H,(座高 )=小腿窩高 +鞋跟厚一適當間隙 國標 GB332682 規(guī)定椅座高為： H,(座 高 )=400‐ 440mm； 尺寸級差△ S=20mm。 沙發(fā)座前高可以降低一些，使腿向前伸，靠背后傾