人机桌椅设计

机电工程系工业设计教研室坐姿生理解剖基础坐椅设计的人机要求办公台设计工作台椅设计（一般工作场所座椅、办公室座椅）第3章桌椅设计机电工程系工业设计教研室第一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、椎间盘与骨盆结构人体骨胳共有206块，分为中轴骨和四肢两大部分。支撑头颅与全身的骨结构为脊柱、骨盆与下肢。脊柱分4个区段：7节椎骨组成的颈椎；12节椎骨组成胸椎；5节椎骨组成腰椎；骶尾骨。见图3—1机电工程系工业设计教研室图3-1脊柱的构造机电工程系工业设计教研室二、坐姿生理学1.正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。在良好的坐姿状态下，压力均匀地分布于各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷。机电工程系工业设计教研室2.当处于非自然坐姿时，椎间盘内压力分布不正常，形成的压力梯度，严重的会将椎间盘从腰椎之间挤出来，压迫中枢神,产生腰部酸痛、疲劳等不适感。机电工程系工业设计教研室躯干完全挺直的坐姿使脊椎严重弯曲，因椎间盘上压力不能正常分布，身体上部的负荷加在腰椎部，引起不适，因此90度角的靠背椅是不良的设计良好的坐姿：腰与大腿成135度，腰椎部有支撑躯干前倾的姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹，这种姿势因而也极不舒服，影响了胸椎和颈椎的正常弯曲，使颈、背部疲劳。FEDCBAG机电工程系工业设计教研室1、肌肉活动度脊椎骨依据其附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位正是借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力(拉或压)的作用，使肌肉活动度增加，招致疲劳酸痛。三、坐姿生物力学机电工程系工业设计教研室3组不同坐姿的2－3腰椎背棘直肌肌电图在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力。提供靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高，以桌面作为前倾时手臂的支承并不能降低活动度。机电工程系工业设计教研室C大于90度的靠背可防止骨盆的旋转，增加坐姿稳定性且使坐姿更接近自然状态根据矫形学原理和肌肉活动度分析可得出下列结论：A躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳B设置适当的靠背可使疲劳降低机电工程系工业设计教研室2、体压分布由人体解剖学可知，人体坐骨粗壮，与其周围的肌肉相比，能承受更大的压力。而大腿底部有大量血管和神经系统，压力过大会影响血液循环和神经传导而感到不适。所以座垫上的压力应按照臂部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减少，至大腿部位时压力降至最低值，这是座垫设计的压力分布不均匀原则。图3—2体压分布曲线机电工程系工业设计教研室3、股骨受力分析图3—3座面对股骨的影响图3—2（a）所示，坐骨结节下面的座面呈近似水平时，人体感到舒服。图3—2（b）所示，当坐面呈斗形时，引起不舒适感。所以在座椅设计中，斗形坐面是应该避免的。机电工程系工业设计教研室4、椎间盘受力分析图3—4（a）腰部无不舒适感。当人体处于前弯坐姿时，椎骨前端的间距发生改变，相邻两椎骨缩小，后端增大，引起腰部不舒适感，长期积累作用，可造成椎间盘病变，见（b）。（c）是汽车司机驾驶员舒适的姿势。从坐姿生物力学角度，应保证肢体免受异常力作用。图3—4不同坐姿时椎间盘受力分析机电工程系工业设计教研室四、坐姿的优点和缺点1、优点可免除站立时人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力，减少人体能耗，消除疲劳。坐姿比站立更有利于血液循环。有利于保持身体的稳定，这对精细作业更适合。在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于作业。机电工程系工业设计教研室缺点2、缺点：限制了人体活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的起坐交替也会导致疲劳。长期维持坐姿也会影响人体健康，招致腹肌松弛，脊椎非正常弯曲，以及对某些内脏器官造成损害，如消化器官与呼吸器官。坐姿太久也会造成下肢肿胀，静脉压力增加．大腿局部受到压力，增加血液回流阻力，引起不适感。机电工程系工业设计教研室第二节坐椅设计主要依据一、座姿舒适性的概念1、概述人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分体重。座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力最少。坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感。机电工程系工业设计教研室2、舒适座椅的探讨舒适座椅可分下列各部分来探讨：座椅的硬度及形状；背垫的硬度及形状；背垫与座垫的关系；身体支撑的舒适度和座面的舒适度；座椅的通气程度等。机电工程系工业设计教研室二、座椅的尺寸设计人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；上身应保持稳定；座位的高度应不使大腿肌肉受压；可以变换或调节坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽量减少身体的不舒适感。1、座椅尺寸设计应遵循以下原则：机电工程系工业设计教研室2、座椅的主要尺寸设计座高定义：座高是指地面至就坐后面上坐骨支承处的高度。合适的座高应使臀部受力符合要求。讨论：座位过高，则不能使体重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，而且上、下腿和背部肌肉都会紧张。座高过低，则会使背部肌肉紧张，久而久之会产生背痛。机电工程系工业设计教研室1.适当的座高应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放于地面。2.座面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时间这样坐着血液循环受阻，小腿麻木肿胀。因此，座高一般按低身材人群设计，建议座面前缘应比人体膝窝高度低3—5cm，且有半径为2.5—5cm的弧度。3.座面亦不能太低，否则腿长的人骨盆后倾，正常的腰椎曲线被拉直，致使腰酸不适。座高：休息用安乐椅38—45cm，工作椅43—50cm机电工程系工业设计教研室4、休息椅应使腿能向前方伸展，以放松肌肉，也有助于身体的稳定5、工作椅使人以较直立的姿势坐于其上，双脚平放于地面，故其座高比休息椅稍大6、当作业面固定时，椅高上限应根据身材较矮的作业者的要求来确定，因为工作椅的高度显然与作业面高度有关，工作椅最好高度可调，以适应不同作业者机电工程系工业设计教研室讨论：座深应使臀部得到全部的支撑，同时，要求座面的前沿不过分伸出，以防止挤压小腿，而且座面前沿应离开小腿一定的距离，以保证小腿的灵活性。座深定义：座深是指座面的前后距离。机电工程系工业设计教研室座深：休息用椅40—43cm，工作用椅35—40cm1、指椅面前缘至后缘的距离，该尺寸不能太大。正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位2、如座深大于身材矮小者的大腿长（臀部至膝窝距），座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线；否则，坐者必须向座缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持3、为适应绝大多数使用者，座深应按较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒适，身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。机电工程系工业设计教研室座宽座宽应满足臀部就坐所需要的尺度，使人能自如地调整坐姿，一般取400—500mm，，肩并肩坐的排座，座宽应能保证人能自由活动．机电工程系工业设计教研室座宽必须能容纳身材粗壮的人。对单人使用的座椅，参考尺寸是臀宽，以女性群体尺寸上限为设计根据，对成排相邻放置的座椅，如剧场观众椅，则座宽应以肘间距的群体上限位为设计基准，以避免拥挤压迫感。座宽亦不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有的支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。座宽：43—45cm机电工程系工业设计教研室靠背靠背应适当的支持腰凹，使腰关节能自由能自由运动，靠背压于腰部的面积愈宽愈好。因此，靠背的水平形状应适合于腰围，靠背的斜度因工作的不同而要求不同。机电工程系工业设计教研室靠背的高度与宽度因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，座椅设计要从座面与靠背之间的角度和适当的腰椎支持来尽力保证。成年人腰椎部中心位置约在座位上方23—26cm处，腰椎支点应略高于此尺度，以支持背部重量。机电工程系工业设计教研室靠背的最大高度可达48—63cm，最大宽度可达35—48cm。靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度(决定靠背高)和肩宽(决定靠背宽)有关，确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。靠背由肩靠和腰靠两部份构成，大部份工作场合，腰靠最主要。为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分，其高度至少为12.5—20cm机电工程系工业设计教研室靠背角度：103一112度指座面与靠背的夹角，其目的与座面角度相似从脊柱正常形态来看，该角为115度较为合适。实际应用中，建议取：阅读用椅101—l04度，休息椅105—108度机电工程系工业设计教研室扶手扶手高：座垫有效厚度以上21—22cm在不妨碍执行某些待定作业的情况下，一般座椅应考虑设置扶手。扶手的主要功用是使手臂有所依托，减轻手臂下垂重力对肩部的作用，使人体处于较稳定的状态。它也可以作为起身站立或变换坐姿的起点。扶手不能太高，否则迫使肘部抬高，肩部与颈部肌肉拉伸；但如过低则实际上使臂部得不到支撑，或者躯干必须偏斜，以寻求一侧的支承机电工程系工业设计教研室座面倾角座面倾角：休息椅19—20度，工作椅小于3度定义：座面倾角指座面与水平面所夹角度座面后倾的作用有两点：一是由于重力，躯干后移，使背部抵靠椅背，获得支持，可以降低背肌静压。二是防止坐者从座缘滑出座面。后者在振动颠簸的环境中尤为重要，如汽车鸳驶用座椅及长途汽车的乘客座椅。机电工程系工业设计教研室休息椅座面倾角大，有利于身心松弛，大座面倾角与靠背倾角构成近于平躺的休息姿势。对工作座椅而言，因作业空间一般在身体前侧，如座面过份后倾，脊椎因身体前屈作业而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，因此倾角不能太大，一般为3度以下。从座椅的功能来区分机电工程系工业设计教研室采用座面适当前倾设计的工作椅会更适合于工作，尤其是办公室工作，比如对写字和绘图用椅的设计，当要求座高较高时，对于倾斜式绘图桌用椅，前倾角应达到15度以上，如果背靠角为90。，则相当于座面与靠背夹角为l05度，这是坐姿的最小舒适角度，靠背对于脊椎部还能起适度的支持作用，肌肉紧张较小，背部压力在椎骨上分布也较均匀。研究还表明：机电工程系工业设计教研室椅垫人体在坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量的肌肉，人体重且的75％左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。测试研究表明，坐于座垫上的臀部压力值大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。椅垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，因为身体可以适应地陷入座垫。051015202530354045271810座面上的距离cm产生的压力kg正常的坐姿双腿交叉时机电工程系工业设计教研室第三节办公台设计注：本节以电子化办公台设计为主一、电子化办公台人体尺寸按照人机工程原理，电子化办公台尺寸应符合人体各部位尺寸。下图是依据人体尺寸确定的电子化办公台主要尺寸，该设计是依据的人体尺寸是从大量调查资料获得的平均值。二、电子化办公台可调性及组合性设计机电工程系工业设计教研室二、电子化办公台可调性及组合性设计机电工程系工业设计教研室机电工程系工业设计教研室可移动办公台机电工程系工业设计教研室曲线办公台一组机电工程系工业设计教研室机电工程系工业设计教研室家具与科技机电工程系工业设计教研室第三节座椅设计设计原则和分类设计细则机电工程系工业设计教研室一、设计原则和分类6.椅垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域1.座椅的形式与尺度及其功用有关2.座椅的尺度必须参照人体测量学数据确定3.身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担4.座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减小5.腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度机电工程系工业设计教研室当考虑坐姿动机时，座椅基本分