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工业设计人机工程——桌椅设计第一节桌椅设计概述一：坐姿工作与座椅从生理学、解剖学等方面分析，坐姿有以下特点：①坐姿解除上身重量对两腿、足踝、膝、髋等关节的压力，减轻了全身及腿部肌肉的负荷，可降低体能量消耗。②腿部血管内静压降低，血液易于向心脏回流循环，能缓解疲劳。③有利于身体和情绪的安定，对脑力劳动、对非脑力型的精细操作、视觉作业更适宜。④使腿脚能参与操作，还能利用靠背发挥腿脚的蹬力。⑤不利方面：操作范围、动作幅度小，双臂操作力小于立姿，增加了人体对于环境振动的敏感性等。二、桌椅的历史与现状20世纪20年代，德国包豪斯学校的教师布劳耶突破木制家具的传统，设计出第一把钢管椅，首开家具新材料使用的先河。瑞典整形外科医生阿克布罗姆的《站与坐的姿势》一书1948年问世，奠定了用人体解剖学理论指导座椅功能设计的基础。他还于1954年发表了座椅靠背曲线设计，见图。1968年IEA召开了以座椅为主题的第一次国际学术研讨会，掀起了座椅研究的新高潮。日本1974年把原高度740mm的办公桌改为高700mm(男用或男女台用)，与高670mm(女用)的两种新标准规格。近年我国市场上的新型办公桌已经降到较为合适的高度。我国已发布了一批有关家具的技术标准。第二节坐姿生理解剖基础第二节坐姿生理解剖基础一、坐姿脊柱形态及其生理效应1、脊柱、椎间盘与骨盆结构在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚。脊柱位于人体背部中线处，由33块短圆柱状椎骨组成，包括颈椎、胸椎、腰椎、骶骨和尾骨，相互间由肌腱和软骨连接。正常坐姿下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。2、坐姿脊柱形态的变化及其生理效应脊柱的正常生理弯曲状态的特征是：颈椎为略向前凸的弧形，胸椎为略向后凸的弧形，腰椎是向前凸出的弧形，且曲度较大。2、坐姿脊柱形态的变化及其生理效应从脊柱侧面可看到有四个生理弯曲，即颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。其中与坐姿舒适性直接相关的是腰曲。图不同姿势下的腰曲弧线1、椅面上臀部与大腿的体压骨盆下两个坐骨粗大坚壮，局部皮肤厚实，由此处承受坐姿的大部分体压比均匀分布更加合理。但若压力过于集中，会阻碍微血管血液循环，局部神经末梢受压过重。影响椅面上体压的主要因素：椅面软硬、椅面高度、椅面倾角及坐姿等。第二节坐姿下的体压椅面软硬与椅面体压软硬适中座高与椅面体压图三种座高下椅面体压等压线图(102Pa)2、腘窝的压力腘窝是对压力敏感的部位，应避免受压。小腿在地面获得支承，可降低大腿的体压、背肌紧张，而且是轻松实现上身平衡稳定的条件。图造成腘窝受压的两种原因a)座面过高b)座面过深a图中座面成近似水平，可使两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置而不受过分的压迫，因而人体感到舒适。b图中，座面呈斗形，股骨向上转动，这种状态除了使股骨处于受压迫位置而承受载荷外，还造成髋骨肌肉承受反常压迫。2、肩部与扶手高度适宜的扶手高度是略低于坐姿肘高。3、小腿的支承与背肌小腿在地面上获得支承，对于降低大腿与椅面前缘之间的体压，对于降低背肌的紧张，都很重要。在需要前倾工作时，缓解背肌紧张的方法是让小腿获得支承，在其他情况下，让上身后仰倚靠在靠背上即可放松背肌。四、平衡调节理论座椅在理论上无论怎么“合理”，坐的时间长了，也会产生不舒适的感觉，需要活动一下身体，使各部分的体压状况有所变动、调节，使骨骼肌肉的状态有所转换、变更，这才更符合人体的自然要求。五、工作座椅的一般人类工效学要求1）结构型式应与坐姿工作操作活动相适应，使操作者保持身体舒适、稳定准确的操作。2）工作座椅的座高和腰靠高是可调节的。适宜的人体尺寸调节范围：从女子5百分位数到男子95百分位数，座高调节范围360～480mm之间；调节方式为无级的或间隔20mm有级调节。腰靠高度为165～210mm间的无级调节。3）零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边。4）工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。座垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材料制造。第三节座椅的功能尺寸一、椅面（前缘的）高度1、工作椅设计要点：a大腿基本水平，小腿垂直置放在地面上，使小腿重量获得支撑b腘窝不受压c臀部边缘及腘窝后部的大腿在椅面获得弹性支撑符合上述要求的工作座椅座高设计为：比坐姿人体尺寸中的小腿加足高低10~15mm根据数据计算，得出一个工作椅的基础数据，即中国男女通用工作椅座高尺寸的调节范围为350mm~460mm2、其他椅子大部分非工作椅为了坐姿的舒适，就座时小腿是往前伸出而不是垂直于地面的，因此座高均宜于比工作座椅低一些。特殊用途座椅应根据使用特性确定座高。如车辆驾驶室座椅的座高，以下面的计算式为基础进行设计：座高=(“小腿加足高”+穿鞋修正量)×sinαα——踩油门、刹车时小腿与地平线间的夹角图前倾工作时座面倾角与椅面体压的关系二、座面倾角1、工作座椅通常把前缘翘起的椅子的座面倾角a定义为正值，反之，为负值工作椅的合理座面倾角，与工作姿势即工作中上身的前倾程度密切相关。A.一般座面倾角可取a＝0°~5°，常推荐取a＝3°～4°B.主要用于前倾工作的座椅，适宜于椅面前缘低一点，即座面倾角略为负值。C.办公椅应提供前倾工作和后倚放松两种可能。2、休息椅休息椅多为椅面前缘翘起、a为正值。三、靠背的形式及倾角（一）不同座椅的靠背功能1、工作椅：维持脊柱的良好形态，主要在于避免腰椎的严重后凸。靠背主要是腰靠，以第三、四腰椎为中心的位置上。2、休息椅靠背功能主要为支承躯干的重量、放松背肌。躯干的重心大约在人体第八胸椎骨的高度，宜以此位置为中心提供倚靠。3、办公椅采用以支承躯干为主的靠背，若同时提供腰靠，效果较好。第三节座椅的功能尺寸三、靠背的形式及倾角1、不同座椅的靠背功能（重点）靠背形式功能位置工作椅腰靠维持脊柱良好形态，避免腰椎严重后突第三、四腰椎休息椅靠背支承躯干的体重、放松背肌第八胸椎骨办公椅靠背、腰靠（二）四种座椅靠背形式四、其他功能尺寸1、座深座深比坐姿尺寸中的3.9座深小一定数值，范围为360～390mm，推荐为380mm。2、座宽单人椅坐宽宜大于4.6坐姿臀宽。国标给出的座宽数值范围为370～420mm，推荐值为400mm。3、扶手工作椅一般不设扶手，扶手常用于办公椅和休息椅。座椅扶手高度宜略小于坐姿尺寸中的3.5坐姿肘高。扶手功能主要有：①用手臂支撑起座、调节体位，尤其对躺椅、安乐椅，②支承手臂重量，减轻肩部负担，③对座位相邻者形成身体和心理上的隔离。五、GB/T14774－1993《工作座椅一般人类工效学要求》的推荐值第四节坐垫与靠垫第四节坐垫与靠垫一、椅垫的生理学评价要素椅垫性能生理学评价的两方面要素：①椅垫的软硬性能(也就是力学性能或机械性能)，②椅垫材质对于体肤的生理舒适性。二、椅垫的软硬性能椅垫材质的生理舒适性a椅垫材质的皮肤触感触感应柔软、暖和、粗糙而不是硬挺、僵冷、光滑。b椅垫的微气候条件椅垫蒙面材料应该①透气性良好，能保持皮肤的干爽②保温性适当，不过强或过弱，⑧表面不过于光滑，触感好。如图是四种椅垫蒙面材料生理适宜性的实验结果。图蒙面材料与椅垫人体接触面上的湿度状况第五节办公桌的功能尺寸一、桌面高度桌高＝座高＋桌椅高度差大量测试研究表明，合理的桌椅高度差可依据坐姿人体尺寸中的3.1坐高来确定，例如：合适的桌椅高度差＝坐高/3－（20~30）mm办公桌：合适的桌椅高度差＝坐高/3国标规定的四个规格的桌高：700mm、720mm、740mm、760mm。二、中屉深度