機械創(chuàng)新設(shè)計----多功能學(xué)生專用座椅

1、機械創(chuàng)新設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計題目：多工能學(xué)生專用座椅 專    業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化                班    號：    KT1013-4               姓

2、名學(xué)號： 黨智博 20109130502江 帥 20109130504楊 璐 20109130516 邵 檬 20109130431成績評定：                         指導(dǎo)教師：             &

3、#160;   設(shè)計起止日期：2013年   12月7    日12   月 26  日目   錄  摘  要 . 第一章 緒論 .1.1 研究背景及意義.2.2主要功能和性能指標(biāo) . 第二章 設(shè)計方案 . 2.1重力平衡控制 . 2.2定滑輪連接控制 .&#

4、160; 第三章  理論設(shè)計計算.3.3椅子的尺寸設(shè)計.  3.2 重力平衡裝置的尺寸確定及理論分析.第四章 工作原理及性能分析 第五章 創(chuàng)新點及應(yīng)用 第六章 成品展示第七章心得體會與設(shè)計總結(jié)7.1 心得體會:.7.2設(shè)計總結(jié)： .  參考文獻(xiàn) . 錯誤！未定義書簽。摘要文章首先介紹了重力平衡裝置的控制原理，通過在座椅上安裝重力平衡裝置，對其進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)節(jié)，使其不僅具有傳統(tǒng)座椅的優(yōu)點，而且能夠及時提醒你上課中的睡覺行為。多功能學(xué)生專用座椅大幅度提高課堂紀(jì)律，使“學(xué)風(fēng)”、“教風(fēng)”

5、從本質(zhì)上提高。文章中著重介紹了多功能學(xué)生專用座椅座椅的設(shè)計構(gòu)造，主要功能和性能說明以及市場分析等。多功能學(xué)生專用座椅從靜態(tài)物體實現(xiàn)多功能智能化，不僅滿足學(xué)生的心理需求，而且從本質(zhì)上提高學(xué)生的主觀能動性，并應(yīng)用人類工程學(xué)原理，增列了靠背點高和桌下凈空等多項功能尺寸。第一章 緒論1 研究背景及意義椅子是我們生活中最常用的教具之一，幾乎每天都要與我們親密接觸。同時,經(jīng)濟全球化和信息網(wǎng)絡(luò)化也對人們的價值觀形成了很大的沖擊。當(dāng)代大學(xué)生受到了市場經(jīng)濟和金錢價值觀的影響,有些學(xué)生過多考慮個人利益,在學(xué)習(xí)上表現(xiàn)為學(xué)習(xí)目的不正確,學(xué)習(xí)態(tài)度功利化, 上課不是睡覺就是玩手機。在這種情況下，只有通過加強學(xué)風(fēng)建設(shè),才能

6、使大學(xué)生確立正確的學(xué)習(xí)目的和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度,培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,自覺形成優(yōu)良的學(xué)習(xí)行為?；谶@種現(xiàn)象的嚴(yán)重性，多功能學(xué)生專用座椅從本質(zhì)上達(dá)到改善學(xué)風(fēng),達(dá)到營造良好學(xué)習(xí)環(huán)境的氛圍的目的。椅子是我們生活中最常用的教具之一，幾乎每天都要與我們親密接觸。同時，椅子也是最重要的日常教具之一，在教具設(shè)計中占有重要的地位，一直備受設(shè)計師的重視。芬蘭著名的現(xiàn)代設(shè)計大師伊馬理塔佩瓦拉曾經(jīng)說過“椅子設(shè)計是任何室內(nèi)設(shè)計的開端”。可見，椅子在室內(nèi)設(shè)計中居首要位置。正因為椅子在室內(nèi)設(shè)計中的重要地位，歷史上很多建筑家、設(shè)計家為自己設(shè)計過椅子，如英國工藝美術(shù)運動的先驅(qū)莫里斯為自己的新居“紅房子”設(shè)計了整套家具，其中就包

7、括椅子。不但如此，一些先鋒派家具設(shè)計師積極從材料和技術(shù)方面對現(xiàn)代椅子設(shè)計進(jìn)行探索，尋求新的表現(xiàn)形式、探索新的設(shè)計風(fēng)格和探究新的審美價值。 以及更好的符合人們的身體需要，和舒適感的滿足。從人們的根本需求出發(fā)，做到人機合一。隨著我國經(jīng)濟體制改革的深入,社會各方面得到了迅速發(fā)展。同時,經(jīng)濟全球化和信息網(wǎng)絡(luò)化也對人們的價值觀形成了很大的沖擊。當(dāng)代大學(xué)生受到了市場經(jīng)濟和金錢價值觀的影響,有些學(xué)生過多考慮個人利益,在學(xué)習(xí)上表現(xiàn)為學(xué)習(xí)目的不正確,學(xué)習(xí)態(tài)度功利化, 上課不是睡覺就是玩手機。在這種情況下，只有通過加強學(xué)風(fēng)建設(shè),才能使大學(xué)生確立正確的學(xué)習(xí)目的和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度,培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,自覺形成優(yōu)良的

8、學(xué)習(xí)行為?；谶@種現(xiàn)象的嚴(yán)重性，多功能學(xué)生專用座椅從本質(zhì)上達(dá)到改善學(xué)風(fēng),達(dá)到營造良好學(xué)習(xí)環(huán)境的氛圍的目的。2主要功能和性能指標(biāo)（1）座椅重力平衡的調(diào)節(jié)功能：是由重力自平衡裝置機構(gòu)來完成的：重力平衡裝置連接一個定滑輪機構(gòu)來實現(xiàn)自動提醒功能。通過力的改變，使座椅平衡度改變。這種改變僅僅限于個人，而不影響他人，反應(yīng)靈敏迅速，能多快好省的讓你進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài) ，可以說是你學(xué)習(xí)的好幫手。（2）座椅“趣味拳擊”功能：這個裝置是由一精致小盒連接定滑輪而成，內(nèi)設(shè)一海綿制拳擊手套，靠彈簧來控制。當(dāng)力改變時，小盒被拉開，拳擊手套自動彈出，達(dá)到提醒你上課的目的。該裝置生動有趣，充分提高上課效率，能夠以另一種方式達(dá)到管理

9、的目的。(3)座椅矯正功能 ：座椅的高度調(diào)節(jié)根據(jù)人體工程學(xué)來確定，當(dāng)重力失去平衡時，及時調(diào)整坐姿，達(dá)到矯正坐姿的目的。(4)座椅安全性功能：座椅上的重力自平衡裝置和定滑輪的連接裝置安全固定，另外他們之間的連接線采用硬制鋁絲，使其不易被破壞。第二章 設(shè)計方案2.1 重力平衡控制 用重力平衡裝置來實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)是由雙兒底座1的后支耳上端通過銷軸2與推桿3的一端鉸接，雙兒底座1的前支耳上端通過銷軸10與平衡曲臂6的前端鉸接，推桿3的另一端通過銷軸4與平衡曲臂6的下端鉸接，平衡曲臂6的上端通過通過銷軸5與主力壁7的后端鉸接，平衡曲臂6的平行桿前部通過銷軸11與支柱9的后端鉸接，支柱9的前端通過

10、銷軸8與主力壁7鉸接。其結(jié)構(gòu)如圖所示：圖 12.2 定滑輪連接控制定滑輪根據(jù)座椅的扶手高度設(shè)計定滑輪的大小，定滑輪一端跟平衡裝置8相連，另一端跟座椅后背的小方盒相連。當(dāng)重力失去平衡的時候，即角等于0度時，滑輪帶動小方盒的盒蓋，盒內(nèi)的東西自然彈出。2.3 小方盒設(shè)置 小方盒使用木質(zhì)材料，內(nèi)設(shè)輕質(zhì)彈簧， 彈簧上鏈一海綿質(zhì)拳擊手套，整個裝置精致美觀，趣味生動。2.4 座椅高度控制 根據(jù)人體工程學(xué)原理設(shè)計座椅高度，扶手高度，以減輕腿部肌肉的負(fù)擔(dān)，防止不自然的彎曲姿勢，降低血液循環(huán)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。座椅的高度是很重要的，應(yīng)該根據(jù)工作面高度決定座椅高度，常常出現(xiàn)的錯誤是從地面起量座椅的高度。決定座椅高度最重要的

11、因素是造成人的肘部離工作面之間有一個合適距離，距離是275±25mm,在這個范圍內(nèi)，大腿的厚度占了一定高度。95男性和女性的大腿厚度是175mm。當(dāng)上半身有了好的位置后，再注意到下肢。舒服的坐姿是大腿近乎水平以及兩腳被地面所支持。為了避免大腿下有過高的壓力(一般發(fā)生在大腿的前部)，座位前沿到地面的高度不能大于腳底到大腿彎的距離。 2.5 座椅材料選取椅子表面的材料采用纖維材料，即可透氣，又可減少身體下滑。不采用塑膜面，塑膜面不透氣，表面太滑， 尤其在夏天容易黏在椅子表面。第三章 理論設(shè)計計算3.1椅子的尺寸設(shè)計3.1.1座面高度座面高度是指地面至就坐后座面上坐骨支撐處的高度。座面高度

12、按我國尺寸度，可取為380-450mm。適宜的椅面高度應(yīng)使就坐者大腿近于水平，小腿自然垂直，腳掌平放于地面。座面過高，身材矮小者小腿懸空時，使大腿受椅面前緣壓迫，坐著感到不適，長時間這樣坐，則使小腿血液循環(huán)受阻，產(chǎn)生麻木腫脹感。如座面過低，則高身材的坐時骨盆傾斜，正常腰椎曲線被拉直，增加背部肌肉負(fù)荷，易產(chǎn)生腰酸背痛感。所以椅面的高度以矮身材的人的小腿加足高的樹枝來設(shè)計。此高度為380-400mm為宜。對于學(xué)生學(xué)習(xí)用椅來說，人體通常需要較直立式姿勢且腳平方與地面，其高宜比休息用椅稍高。許多研究以為，工作用椅的坐高宜用可調(diào)式，以適應(yīng)大多數(shù)人使用。所以我們將教室的椅子高度進(jìn)行了高度調(diào)整，因為產(chǎn)生了腰

13、酸背痛感，是由于座面過低，高身材的人坐時骨盆后傾，正常腰椎曲線被拉直，增加了北部肌肉負(fù)荷，易產(chǎn)生腰酸背痛感。將原來椅子的高度增加為443mm，來符合人同學(xué)們的要求。3.1.2 椅面寬度 椅面的寬度必須能容納身材粗壯的人，原教室座椅的寬度為430mm，根據(jù)調(diào)查，分析出百分之九十五的數(shù)值為440mm，并考慮了冬季著裝的修正量，最終將座椅的寬度調(diào)整為460mm，真正滿足我校學(xué)生的生理需求，達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)。3.1.3座面深度椅面深度是指椅面的前后距離，其尺寸應(yīng)滿足三個條件：使臀部得到充分的支持，腰部得到靠背的支持，椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)?shù)木嚯x，以保持大腿肌肉不受擠壓，小腿可以自由活動。如果座深

14、大于身材矮小的學(xué)生大腿長，則座面前緣將壓迫膝窩處壓力敏感部位，這樣坐的時間久了會不舒服。因此，座深的設(shè)計應(yīng)以座深的第五百分為設(shè)計，這樣身材矮小的學(xué)生坐著舒服，而身材高達(dá)的學(xué)生只要臀部得到支持，也不會在大腿部位引起疲勞。綜上所述，椅面的深度應(yīng)以400mm左右為宜。3.1.4座面角度經(jīng)查有關(guān)資料休息用椅為15-20度，工作用椅小于5度，座墊向后傾斜有兩種作用，首先由于重心力，軀干會向靠背后移，使背部有所支撐。其次，在長期的坐姿下，座墊向后傾斜以防止臀部逐漸滑出座面。對坐于各種不同靠背角的座椅的人體，采用肌電圖測量其背部肌肉所引變的活動力，其結(jié)果顯示出具有與正中垂線成20的靠背傾斜線，即可獲得良好的

15、背部支撐。就座椅功能和坐的動機而言，休息用椅后傾斜墊面有助于維持最佳的松弛狀態(tài)。但是根據(jù)對實際教室的測量，考慮座椅的功能，新設(shè)計座椅其座面角為0度，水平最適合同學(xué)學(xué)習(xí)。3.1.5靠背的高度 座椅的設(shè)計必須提供正確的腰部曲線，使脊椎處于自然均衡狀態(tài)。成年人腰部前彎曲率厚度為1.52.5cm，縱向弧度約為25cm半徑，中心位置均為左面上方2326cm處，而腰椎的支撐點位置則應(yīng)稍高一點，以達(dá)到支撐人體背部重量的目的。靠背的尺寸與臀部、地面到肩部的高度及肩寬有關(guān)。其高度尺寸值如有座墊面時，必須取自人體坐定受壓后的座面。高靠背對于某些工作（例如打字），可能會妨礙到手臂及肩部的動作，此時則應(yīng)采用支撐腰部區(qū)

16、域的低矮式靠背。因此，必須根據(jù)適用場合不同采用不同的靠背高度，靠背高度的范圍為46cm-61cm。實際教室靠背的高度保持不變，仍520mm，并且在460mm610mm之間，符合人機設(shè)計要求。對靠背腰部支持的設(shè)計，因為是學(xué)習(xí)用椅，并非休息用椅，我們忽略其設(shè)計（弧形狀），但仍使靠背與人相貼合。 3.1.6 靠背的寬靠背的寬應(yīng)采用人體數(shù)據(jù)的第九十五百分位肩寬為宜。這樣有利于背部肌肉緊張。通過計算和查閱，得出數(shù)據(jù)為437mm，加上衣服的修正量為13mm，所以新設(shè)計的靠背寬度為450mm，更加符合人體生理需求。同時，在設(shè)計靠背時，為了配合落座時人體向后突出的骶骨和臀部柔軟的需要。同時又要使腰部能堅實地配

17、合在靠背上，個人建議，在座墊正上方的靠背必須有一個開口區(qū)域，或向后傾斜退縮，其高度空間至少為7080mm。 3.1.7靠背角度 與座墊角度一樣，靠背角度也具有兩種目的，防止坐姿的人體向前滑動和引導(dǎo)腰彎部位依靠在靠背上。針對用于不同場合的座椅其角度設(shè)定也不同，學(xué)習(xí)讀書用可取95度100度，若靠背與座面夾角小于90度，則腹部受壓迫，而夾角太大會降低人的警覺狀態(tài)。因此，我新設(shè)計的座椅靠背角度為98度，符合人體生理需求。3.18數(shù)據(jù)整理設(shè)計前座椅尺寸尺寸名稱現(xiàn)狀數(shù)據(jù)椅面高度390mm椅面寬度430mm椅面深度360mm靠背高度480mm背下緣距座面高度50mm靠背寬度450mm設(shè)計后座椅尺寸尺寸名稱設(shè)

18、計后數(shù)據(jù)座面高度 443mm椅面寬度460mm座面深度400mm座面角度0mm靠背的高度520mm靠背的寬度80mm靠背角度8度3.2 重力平衡裝置的尺寸確定及理論分析3.21 耳座的尺寸計算由于耳座需支撐整個座椅的平衡，所以對其進(jìn)行載荷分析：對座椅的重量值，必須嚴(yán)格按照人體工程學(xué)額定載重量的要求配置，其重量可由下列公式來計算： W = G + KQ圖 2 式中 W 人對椅總重量（千克）G-座椅自重（千克）K平衡系數(shù)（數(shù)值一般為0.450.55）Q人的體重（千克）3.22 重力平衡裝置的受力分析整個裝置處于平衡環(huán)境中，在垂直方向上受重力作用，其計算式為：0WW÷Sin當(dāng)人體彎曲時，其

19、減小時，sin減小，則整個受力增大，座椅失去平衡。4.23 重力平衡機構(gòu)自由度計算：該機構(gòu)無虛約束和局部自由度，由n=6,Pl=7,得自由度為F=3n2Pl=3×62×8=2第四章 工作原理及性能分析整套座椅靠重力平衡系統(tǒng)來協(xié)調(diào)，當(dāng)坐姿不正確時獲者大幅度趴在桌子上睡覺獲者玩別的東西時，椅面失去平衡，角度變小，由主力壁7連接的定滑輪移動，從而拉動小方盒盒蓋。另外座椅運用人機工程學(xué)的基本原理和理論, 以“安全、舒適、高效、健康”的原則，結(jié)合國內(nèi)多數(shù)大生課桌椅的設(shè)計現(xiàn)狀, 通過對本校學(xué)生課桌椅其它使用情況的詳細(xì)的調(diào)查分析，再對照學(xué)生課桌椅國家標(biāo)準(zhǔn)，利用我國大學(xué)生的人體基本尺寸，對

20、學(xué)生課桌椅進(jìn)行人機工程學(xué)的評析，充分滿足廣大同學(xué)的心理需求。如圖所示：圖 3第五章 創(chuàng)新點及應(yīng)用一：新增重力平衡控制，該裝置是基于高校教學(xué)管理方面，通過人機結(jié)合，從本質(zhì)上改變教學(xué)現(xiàn)狀，改變以往人人的管理方式，提高學(xué)風(fēng)管理建設(shè)。二：座椅的高度根據(jù)人體工程學(xué)原理，能矯正坐姿，且舒適度也提高，防止近視及駝背。三：安全有趣，能形象生動的提醒同學(xué)上課時的不良行為。第六章 成品展示圖 4 改進(jìn)前椅子簡易圖圖5 改進(jìn)前椅子簡易圖圖 6 改進(jìn)后機構(gòu)安裝簡易裝置圖圖 7 重力平衡機構(gòu)第七章 設(shè)計心得與總結(jié)7.1設(shè)計心得： 這次設(shè)計思想來源于大學(xué)的生活，所以所具有的功能也是為大學(xué)教室學(xué)習(xí)的方便而設(shè)置的。

21、因此就產(chǎn)生了制作多功能學(xué)生專用座椅的想法。首先是和幾個同學(xué)一起商討了該方案的可行性，最后得到了一致的肯定。但是在很多課程的安排下，時間比較緊湊，所以比較多的方面缺少詳細(xì)的思考和信息，但是我還是能夠克服重重困難，大體上完成了這次的設(shè)計。至于所遇上的問題，例如重力平衡機構(gòu)，這是一個大難題，請教了很多同學(xué)都沒有得到幫助.在出圖的時候也遇到問題，電腦出了問題，所以用cad出不了二維圖，缺少了一部分的線條，只能說這不是辦法中的辦法。但是通過這次的創(chuàng)新設(shè)計，真的學(xué)會了很多知識，還加深了對一些制圖軟件的了解，并得到一定的提升。而這些都不重要，重要的是讓我們明白，創(chuàng)新就在我們生活的周邊，無處不在，只是我們沒有用心去發(fā)現(xiàn)，用去探討。因此我就想，21世紀(jì)正是一個講求科技創(chuàng)新的世紀(jì)中華民族的崛起渴望著擁有創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的人才。雖然說，人才的培養(yǎng)重要的還是個人的努力，但是毋庸置疑的是