畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-可調(diào)節(jié)辦公椅分析與設(shè)計(jì)

PAGE原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文中不含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的相應(yīng)責(zé)任。學(xué)位論文作者簽名：日期指導(dǎo)教師簽名：日期XX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE4摘要本文首先針對市場上的可調(diào)節(jié)辦公椅整理分類與分析，發(fā)現(xiàn)目前絕大數(shù)的辦公椅的調(diào)節(jié)功能集中在座椅的垂直升降，缺少其它的調(diào)節(jié)功能，且存在操作復(fù)雜，機(jī)構(gòu)過大等一些缺點(diǎn)。如此一來就會造成使用不便，也使調(diào)節(jié)椅的成本增加。因此，如何使可調(diào)節(jié)式辦公椅使用起來更加舒適方便，同時(shí)滿足一定的經(jīng)濟(jì)性，成為我們面臨的一大問題。本文總結(jié)市場上調(diào)節(jié)椅的優(yōu)缺點(diǎn)，取長補(bǔ)短，提出一種新的調(diào)節(jié)椅設(shè)計(jì)方案。同時(shí)利用Pro/EngineerWildfire5.0完成3D模型的建立，設(shè)計(jì)了椅背調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，主要內(nèi)容包括角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、自動復(fù)位機(jī)構(gòu)三部分；并設(shè)計(jì)了椅座椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，主要包括椅座調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分。本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)椅背、椅座和椅腿三部分的調(diào)節(jié)，以滿足使用者的不同使用需求。關(guān)鍵詞：可調(diào)節(jié)式辦公椅；調(diào)節(jié)功能；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；3D模型AbstractFirstly,onthemarketforanadjustableofficechairfinishingclassificationandanalysis,foundthatthevastmajorityofthecurrentregulatoryfunctionsoftheofficechairseatverticallyfocusedonthelackofotherregulatoryfunctions,andthereiscomplicated,andsomeotherlargeinstitutionsshortcomings.Inthiswayitwillcauseinconvenienttouse,butalsotoincreasethecostofadjustingchair.Therefore,howtomakeadjustableofficechairsmorecomfortableandconvenienttouse,whilemeetingsomeoftheeconomy,aswefaceabigproblem.Thisarticlesummarizestheadvantagesanddisadvantagesofmarketregulationchairfromeachother,presentsanewadjustingchairdesign.WhileusingPro/EngineerWildfire5.0complete3Dmodel,designedthebackadjustingmechanism,themaincontentsincludeangleadjustmentmechanism,thecontrolmechanism,automaticresetmechanismofthreeparts;anddesignedachairseatlegregulatoryagencies,includingthechairseatadjustmentmechanism,chairlegsadjustmentmechanismintwoparts.Theproductstructureissimple,easytooperate,enablingtheback,seatandchairlegsthree-partadjustabletomeettheusers'differentneeds.Keywords:adjustableofficechairs;adjustmentfunction;adjustingmechanism;3Dmodel目錄前言 11.研究背景 22.調(diào)節(jié)椅分類 32.1依椅座調(diào)節(jié)運(yùn)動型式的分類 32.1.1垂直升降 32.1.2前后滑移 42.1.3傾斜翻轉(zhuǎn) 52.2依椅背調(diào)節(jié)運(yùn)動型式的分類 62.2.1前后仰躺 62.2.2相對滑移 72.2.3圓弧軌跡 83.可調(diào)節(jié)辦公椅總體設(shè)計(jì) 103.1設(shè)計(jì)說明 103.2可調(diào)節(jié)辦公椅的3D建模 114.椅背調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 134.1椅背調(diào)節(jié)概述 134.2角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 134.2.1調(diào)節(jié)方案的選擇 134.2.2棘輪及齒輪的選擇 144.2.3棘輪及齒輪的連接方式 154.2.4角度的固定 164.3控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 174.4自動復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 185.椅座椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 205.1椅座調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 205.1.1椅座調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)概述 205.1.2伸長板的設(shè)計(jì) 205.1.3傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 205.2.椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21結(jié)論 23參考文獻(xiàn) 24致謝 25附錄 26PAGE1可調(diào)節(jié)辦公椅分析與設(shè)計(jì)前言座椅在日常生活中是一種非常普遍的必需品，現(xiàn)在不少國家中超過50%的職員都在辦公室中工作。座椅首先必須舒適，能滿足不同使用者的需求，且經(jīng)濟(jì)適用，對于可調(diào)節(jié)辦公椅要求結(jié)構(gòu)盡量簡單，操作方便，符合人體工藝學(xué)，并配合不同的工作需要。這不僅與工作效率有關(guān)，而且與人的健康有著密切的關(guān)系，因此座椅的研究設(shè)計(jì)受到了廣泛的重視。從以前的傳統(tǒng)座椅演變成現(xiàn)在的多功能調(diào)節(jié)椅，就是要讓使用者在不同情況下都能滿足其舒適度。而不同的使用者，其對座椅的需求也不盡相同，因此需具有多功能的調(diào)節(jié)椅，才不會導(dǎo)致使用者因長期使用而影響健康[1]。本研究通過對市場上的可調(diào)節(jié)時(shí)辦公椅比較研究，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，取長補(bǔ)短，提出一種新的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)一種以椅背調(diào)節(jié)為主，同時(shí)滿足椅座調(diào)節(jié)、椅腿調(diào)節(jié)的新型調(diào)節(jié)椅。使用者通過操作扶手處的控制器，向后依靠椅背，以重力使椅背向后傾斜，可實(shí)現(xiàn)椅背垂直于椅座到椅背水平6級調(diào)節(jié)，基本滿足使用者對椅背傾斜的需求。同時(shí)椅座前部會隨著椅背傾斜角度的增大自動翻轉(zhuǎn)出伸長板，可以讓使用者更舒適的躺在辦公椅上休息。可調(diào)節(jié)辦公椅的總體技術(shù)性能如下：（1）外形尺寸：坐高410mm，坐深497.5mm，坐寬425mm，椅背高度755mm，椅背寬度（2）調(diào)節(jié)功能：椅背從垂直于椅座到水平位置之間6級調(diào)節(jié)；伸長板通過平面四桿機(jī)構(gòu)與椅背連接，隨椅背運(yùn)動自動調(diào)節(jié)，且當(dāng)椅背水平時(shí)，伸長板亦翻至水平位置；椅腿前后長度可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍150mm，以防止辦公椅平躺用時(shí)因重心移動發(fā)生反轉(zhuǎn)。1.研究背景近年來，家具產(chǎn)業(yè)，尤其是強(qiáng)調(diào)低成本的家具廠商，開始專注降低生產(chǎn)成本，已達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)規(guī)模來獲得更多的利益。然而在低價(jià)產(chǎn)品上，所賺取的產(chǎn)品附加值就相對的有限，往往忽略了最重要的產(chǎn)品的實(shí)用性，于是部分家具廠商選擇生產(chǎn)設(shè)計(jì)具有高附加值的產(chǎn)品，例如：開發(fā)可調(diào)節(jié)式辦公椅、組合式的家具、系統(tǒng)辦公室設(shè)計(jì)等，以應(yīng)對市場需求，開發(fā)少量多樣及高附加值的產(chǎn)品，與低價(jià)家具制品市場進(jìn)行區(qū)分。而在家具的領(lǐng)域中，又以座椅與人的關(guān)系最為密切。由經(jīng)驗(yàn)可知，座椅必須舒適，并配合不同的工作需要，這不僅與工作效率有關(guān)，而且與人的健康有著密切的關(guān)系，因此座椅的研究設(shè)計(jì)受到了廣泛的重視。座椅在日常生活中是一種非常普遍的必需品，而且使用的時(shí)間日益拉長，所以不管是辦公用椅或是休閑用椅，都需要更加的要求其舒適與合用性。由于現(xiàn)代社會的進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)在不少國家中超過50%的職員都在辦公室中工作，他們都需要有合適的辦公椅，以致辦公椅市場迅速成為一個(gè)獨(dú)立且非常重要的椅子設(shè)計(jì)領(lǐng)域。從以前的傳統(tǒng)座椅演變成現(xiàn)在的多功能調(diào)節(jié)椅，就是要讓使用者在不同的情況下都能夠滿足其舒適度。而對于不同身材的使用者，其對座椅的需求也不盡相同，因此需具有多功能的調(diào)節(jié)椅，才不會導(dǎo)致使用者長期使用而影響健康。然而在對現(xiàn)在市場上銷售的調(diào)節(jié)椅相關(guān)產(chǎn)品研究分析后發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)調(diào)節(jié)椅都只能調(diào)節(jié)座椅的高度，有少數(shù)的產(chǎn)品具有調(diào)節(jié)椅背的功能，但是此類的產(chǎn)品價(jià)格也都普遍的偏高，而且體積也由于調(diào)節(jié)的功能過多而相對較大，有的操作起來繁瑣不便，因此造成市場占有率始終無法普及。故本次研究設(shè)計(jì)的新型可調(diào)節(jié)式辦公椅，不僅具有椅背、椅座的調(diào)節(jié)功能，而且其調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)就在扶手處，使用者可以在坐在辦公椅上時(shí)方便的對椅背角度進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，或是讓椅背完全水平。2.調(diào)節(jié)椅分類本文在廣泛收集與調(diào)節(jié)椅相關(guān)的各種文獻(xiàn)，包括論文、學(xué)術(shù)期刊及專利公報(bào)等后，觀察到椅座和椅背的調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)椅最普遍的功能，所以將椅座和椅背兩種運(yùn)動型式分別分類探討，充分了解市面上調(diào)節(jié)椅的趨勢與功能[1、2]。以下針對椅座運(yùn)動型式、椅背運(yùn)動型式兩種類型，將其加以分類，進(jìn)而充分的了解市面上調(diào)節(jié)椅的優(yōu)缺點(diǎn)，盡可能綜合其優(yōu)點(diǎn)排除缺點(diǎn)，再加以改進(jìn)后設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。2.1依椅座調(diào)節(jié)運(yùn)動型式的分類根據(jù)椅座調(diào)節(jié)的運(yùn)動型式，大致可以將座椅分為垂直升降、前后滑移及傾斜翻轉(zhuǎn)三種類型：垂直升降類型主要是以氣壓棒或螺桿等機(jī)構(gòu)帶動，使椅座能夠升降調(diào)節(jié)，讓使用者可以任意調(diào)節(jié)座椅高度，不僅能符合自己的身高，又能適應(yīng)不同高度的桌子。前后滑移類型主要是用來調(diào)節(jié)使用者的椅座深度，因?yàn)椴煌褂谜咚枰囊巫疃纫膊幌嗤?，所以調(diào)節(jié)椅有此功能，更能讓使用者得到舒適的坐姿。除了椅座高度及深度外，椅座與地面高度也不能忽視，所以傾斜翻轉(zhuǎn)類型主要就是以改變調(diào)節(jié)椅的椅座角度，來讓使用者達(dá)到最符合人體工學(xué)的坐姿。以下就針對不同調(diào)節(jié)椅座的運(yùn)動型式加以詳細(xì)分類與分析。2.1.1垂直升降現(xiàn)在一般市售的產(chǎn)品都會有椅座調(diào)節(jié)功能，而垂直升降類型更是占了大部分，由此可見椅座的高度調(diào)節(jié)方面是大部分使用者的主要需求。垂直升降型式主要是以氣壓棒或螺桿安置在坐墊下方，改變椅座與地面的高度，使之能適應(yīng)不同的使用者。下面以一螺桿型式的調(diào)節(jié)椅為例加以說明。如圖2-1所示，安置以導(dǎo)螺桿與旋轉(zhuǎn)螺帽在椅座下方，利用將旋轉(zhuǎn)螺帽做順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)達(dá)到椅座的高度調(diào)節(jié)。此類型在市面上也常見，雖然無法達(dá)到氣壓棒型式的調(diào)節(jié)速度，不過相對也有較為精準(zhǔn)穩(wěn)固的優(yōu)點(diǎn)。圖2-1椅座升降調(diào)節(jié)圖2.1.2前后滑移一般市面上的座椅做前后方向移動的產(chǎn)品較為少見。前后滑移型式主要是用來調(diào)節(jié)椅座的前后方向位置，其主要功能主要是讓使用者能輕松的調(diào)節(jié)座椅深度，能適應(yīng)不同身高和年齡層的使用者。下面將一個(gè)典型的前后滑移式調(diào)節(jié)椅加以說明：如圖2-2所示，跟一般垂直升降類型相同是利用氣壓棒來驅(qū)動，差異是在椅座下安置一橫躺的氣壓棒，氣壓棒一端固定在椅座上，另一端則直接與椅座連接，利用改變氣壓棒的伸縮達(dá)到椅座的前后滑移，進(jìn)而改變使用者的椅座深度。圖2-2椅座滑移調(diào)節(jié)圖2.1.3傾斜翻轉(zhuǎn)椅座除了高低及前后調(diào)節(jié)之外，椅座與地面夾角調(diào)節(jié)功能不能忽略，傾斜翻轉(zhuǎn)型式就是改變椅座的角度傾斜，主要功能是要讓使用者不管在工作或是休息狀態(tài)都能得到合適的椅座角度，達(dá)到符合人體工學(xué)的狀態(tài)。以下就一典型的傾斜翻轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)椅來加以說明：如圖2-3所示，此椅座及椅背夾角為固定不變，但本節(jié)只探討椅座的運(yùn)動型式，是由一旋轉(zhuǎn)對與滑槽組合而成的，將椅座(4)以一旋轉(zhuǎn)對（8）連接在底座上，再利用凸點(diǎn)（9）在滑槽（11）中滑動，達(dá)到椅座的角度變化。圖2-3椅座翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)圖2.2依椅背調(diào)節(jié)運(yùn)動型式的分類根據(jù)椅座調(diào)節(jié)的運(yùn)動型式分類，可將調(diào)節(jié)椅分為前后仰躺、相對滑移及圓弧軌跡三種類型：前后仰躺主要是改變椅背與椅座的角度，能滿足使用者在不同狀態(tài)下的使用，兼具有辦公與休息的功能，現(xiàn)在大客車上的座椅都有此功能。相對滑移主要是改變椅背的離地高度，讓不同高度的使用者都能得到適當(dāng)?shù)谋巢恳劳?，也有少?shù)的相對滑移是前后方向，尤其是在成長中的兒童，其成長速度較快，所需的椅背高度及椅座深度變化甚快，所以此功能有其重要性，不僅能適用于不同的使用者，也能讓成長中的兒童擁有較適當(dāng)?shù)淖?，不會影響到其學(xué)習(xí)狀態(tài)與健康。最后一種類型是比較特別的圓弧軌跡的類型，此類型主要是以連桿來帶動椅背做圓弧軌跡的移動，其所作的調(diào)節(jié)并不僅是椅背的高度，椅座的深度也同時(shí)得到調(diào)節(jié)，即為經(jīng)一次調(diào)節(jié)動作同時(shí)改變兩個(gè)參數(shù)。2.2.1前后仰躺前后仰躺型式是一般市場上最常見的椅背調(diào)節(jié)的運(yùn)動型式，其主要功能是以機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)椅背仰躺的角度，讓使用者不管是在工作或是休息都能自由調(diào)節(jié)椅背的仰躺角度，達(dá)到最舒適的狀態(tài)。以下以一典型前后仰躺式調(diào)節(jié)椅來加以說明：如圖2-4所示，此產(chǎn)品為兩個(gè)自由度的椅背調(diào)節(jié)，其一以氣壓棒來帶動，扳動桿件（51）觸動氣壓棒（6），帶動與氣壓棒（6）另一端連接的桿件（31），而桿件（31）擺動引起與之連接的椅背（2）前后仰躺。另一自由度是椅背兩側(cè)設(shè)有扇形凹槽（33）的固定座，并在凹槽兩端裝設(shè)彈性元件（73）、（74），另在凹槽內(nèi)裝置扇形凸塊，并以彈性元件將其壓緊，進(jìn)而令椅背具有彈性旋轉(zhuǎn)及自動復(fù)位的功能。圖2-4椅背仰躺調(diào)節(jié)圖2.2.2相對滑移相對滑移型式主要功能是調(diào)節(jié)椅背的高度位置，是為了使不同身高的使用者，都能使背部得到適當(dāng)?shù)母叨纫劳?。也有少部分產(chǎn)品是調(diào)節(jié)椅背前后位置來達(dá)到椅座深度的改變，甚至有少數(shù)專利文獻(xiàn)能夠經(jīng)由一次調(diào)節(jié)即能達(dá)到多個(gè)參數(shù)變化的產(chǎn)品。下面以一相對滑移式調(diào)節(jié)椅加以說明：如圖2-5所示，此產(chǎn)品是以一旋鈕（12）來控制椅背（51）的高度，不過由于其椅背伸縮的內(nèi)外管（52）、（11）為向后方傾斜狀，所以調(diào)節(jié)椅背不僅只有做高度位置的調(diào)節(jié)，同時(shí)也能調(diào)節(jié)椅座（30）的深度，此類的產(chǎn)品較符合人體工學(xué)，能讓使用者得到較適當(dāng)?shù)淖?。圖2-5椅背滑移調(diào)節(jié)圖2.2.3圓弧軌跡圓弧軌跡型式是較為特別的調(diào)節(jié)型式，主要功能是以連桿機(jī)構(gòu)讓椅背呈現(xiàn)圓弧的運(yùn)動軌跡調(diào)節(jié)，可同時(shí)調(diào)節(jié)椅座深度及椅背高度，即為經(jīng)過一次調(diào)節(jié)動作同時(shí)達(dá)到改變兩個(gè)參數(shù)。下面以一個(gè)圓弧軌跡式調(diào)節(jié)椅加以說明：如圖2-6所示，利用椅座（10）底后端的支架（20）并且在支架頂端與椅背（40）背后之間，由桿件（31）與桿件（32）相互連接，以桿件（31）上端與椅背連接，而桿件（32）上端與椅背的連接呈45度角，且兩桿件底端與支架的連接也是45度角，即為四連桿組機(jī)構(gòu)運(yùn)用，以便調(diào)節(jié)椅背座任何角度變化時(shí)，可令椅背保持垂直狀態(tài)。圖2-6椅背圓弧軌跡圖3.可調(diào)節(jié)辦公椅總體設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)說明本辦公椅的設(shè)計(jì)主要是要實(shí)現(xiàn)椅背及椅座前部伸長同步調(diào)節(jié)，并由扶手處的控制機(jī)構(gòu)方便調(diào)節(jié)。同時(shí)配合以椅腿的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括椅背角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、椅座伸長機(jī)構(gòu)、椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三大部分。表3-1辦公椅尺寸標(biāo)準(zhǔn)[3]參數(shù)名稱男女參數(shù)名稱男女坐高410～430390～410靠背高度410～420390～400坐深400～420380～400靠背寬度400～420400～420坐面前寬400～420400～420靠背傾斜度98～102°98～102°坐面后寬380～400380～400可調(diào)節(jié)辦公椅結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：圖3-1可調(diào)節(jié)辦公椅三維結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)說明：（1）座椅角度的調(diào)節(jié)主要是由一組差速齒輪和棘輪、氣彈簧實(shí)現(xiàn)，通過控制棘爪與棘輪的結(jié)合、分離控制椅背角度的固定和調(diào)節(jié)。（2）椅座下面通過平面四桿機(jī)構(gòu)將椅背與椅座伸長板連接，使椅背的運(yùn)動能傳遞到伸長板。（3）為防止椅背大角度調(diào)節(jié)時(shí)中心不穩(wěn)，椅腿設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)式，配合椅背調(diào)節(jié)作前后滑移。3.2可調(diào)節(jié)辦公椅的3D建模將所設(shè)計(jì)各調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝配到座椅各部位，并將齒輪罩、座墊、靠背、椅腿腳墊等裝配上去。利用3D繪圖軟件Pro/E對辦公椅進(jìn)行3D建模[4、5]。圖3-2可調(diào)節(jié)辦公椅三維總裝圖圖3-3可調(diào)節(jié)辦公椅調(diào)節(jié)效果圖可調(diào)節(jié)辦公椅三視圖如圖3-4所示：主視圖左視圖俯視圖圖3-4可調(diào)節(jié)辦公椅三視圖4.椅背調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1椅背調(diào)節(jié)概述由第三章分析得，市場上座椅依椅背調(diào)節(jié)方式一般可分為前后仰躺、相對滑移及圓弧軌跡三種類型。本次設(shè)計(jì)屬于前后仰躺，主要是改變椅背與椅座之間的角度，使之能符合使用者在不同狀態(tài)下的使用要求，兼具辦公與休息兩種功能。本座椅的椅背與椅座之間通過一組差速齒輪和雙向棘輪的連接，可實(shí)現(xiàn)90度到180度之間6級調(diào)節(jié)，即，椅背從垂直于椅座到平躺，以15度為單位任意調(diào)節(jié)，可滿足大多數(shù)人的需要。同時(shí)角度調(diào)節(jié)好后，用止回棘爪將椅背固定。待再次想調(diào)節(jié)角度時(shí)，扳動控制機(jī)構(gòu)，使止動棘爪縮回。在使用者后背重力作用下，向下調(diào)節(jié)椅背，或在氣彈簧彈力作用下使椅背自動復(fù)位到90度。4.2角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1調(diào)節(jié)方案的選擇機(jī)械機(jī)構(gòu)主要有平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系、間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)等。分析得到，要想實(shí)現(xiàn)角度可以調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)到一定角度后可停止固定，則需要一個(gè)調(diào)教機(jī)構(gòu)和一個(gè)鎖止機(jī)構(gòu)，常用的連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)角度鎖止功能，但是間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)中的棘輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)和鎖止，輪系也可以調(diào)節(jié)角度。又經(jīng)查閱資料，總結(jié)得，實(shí)現(xiàn)椅背角度調(diào)節(jié)可以通過以下兩種方式：第一種是利用旋轉(zhuǎn)手柄式調(diào)角器，如圖4-1所示。它的工作原理是通過旋轉(zhuǎn)手柄帶動手柄輪旋轉(zhuǎn)，手柄輪的偏心轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸轉(zhuǎn)輪做周轉(zhuǎn)運(yùn)動，制動板與椅座固定連接，調(diào)節(jié)臂與椅背相連，旋轉(zhuǎn)手柄則使調(diào)角器椅背角度發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)椅背角度的目的。1.止動板2、3偏心輪4.調(diào)節(jié)臂圖4-1旋轉(zhuǎn)手柄式調(diào)角器工作原理圖第二種是采用掀動手柄式調(diào)角器，它主要是由棘輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成，通過手柄操縱鎖止棘爪，使棘爪與棘輪分開，此時(shí)調(diào)節(jié)角度。松開手柄后，棘爪在回位彈簧的作用下回復(fù)，與棘輪結(jié)合，棘輪鎖止，從而達(dá)到椅背角度調(diào)節(jié)及鎖止的目的。經(jīng)分析比較，第一種方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，且大角度調(diào)節(jié)時(shí)速度慢，使用不方便。而第二種方案結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)角方便，克服了第一種方案的缺點(diǎn)。因此選擇第二種方案作為角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。4.2.2棘輪及齒輪的選擇在在角度調(diào)節(jié)固定后，既要防止椅背向下運(yùn)動，又要防止椅背在彈力作用下的向上運(yùn)動。因此這里選用雙向棘輪。棘輪齒數(shù)z一般由棘輪機(jī)構(gòu)的使用條件和運(yùn)動要求選定。對于一般進(jìn)給和分度所用的棘輪機(jī)構(gòu)，可根據(jù)所要求的棘輪的最小轉(zhuǎn)角來確定棘輪的齒數(shù)(z≤250，一般取z=8～30)，然后選定模數(shù)。因?yàn)橐伪承璩惺茌^大的力，相應(yīng)的棘輪受力也較大，若齒數(shù)太多，則齒易折斷，故選擇齒數(shù)z=12，棘輪的3D模型如圖4-2。又因椅背角度調(diào)節(jié)行程為90度至180度，共90度。如果直接用棘輪連接椅背和椅座，則椅背調(diào)節(jié)角度只有90度、120度、150度和180度共4個(gè)角度，不能滿足一般使用者的需要。故使用兩個(gè)相互嚙合的傳動比為1:2的齒輪用于椅背與椅座之間的連接。這樣椅背90度的轉(zhuǎn)角，體現(xiàn)在齒輪2上就有180度。于是，當(dāng)椅背調(diào)節(jié)90度時(shí)，棘輪轉(zhuǎn)過180度，以15度為單位可實(shí)現(xiàn)6級調(diào)節(jié)[6~12]。圖4-2雙向棘輪三維實(shí)體圖4.2.3棘輪及齒輪的連接方式齒輪1安裝在椅背下面的軸3上，與椅背固連，隨椅背角度變化而旋轉(zhuǎn)。與齒輪1嚙合的齒輪2安裝在椅座下的軸4上，可以自由旋轉(zhuǎn)。棘輪也安裝在軸4上與齒輪一同旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-3：(a)(b)圖4-3齒輪、棘輪三維裝配圖4.2.4角度的固定當(dāng)椅背調(diào)到合適的角度后需要將椅背固定住，既要防止椅背向下移動，又要防止椅背在復(fù)位機(jī)構(gòu)的彈力下自動復(fù)位。于是就需要一個(gè)穩(wěn)定的角度固定機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)是利用上節(jié)的棘輪和一個(gè)棘爪及回位彈簧所成。棘爪如圖4-4。圖4-4棘爪三維實(shí)體圖當(dāng)需要調(diào)節(jié)椅背角度時(shí)，操作控制機(jī)構(gòu)經(jīng)過控制閘線使棘爪縮回，此時(shí)棘輪可以隨著齒輪1、2轉(zhuǎn)動，椅背即可調(diào)節(jié)角度。調(diào)節(jié)完畢，松開控制機(jī)構(gòu)，棘爪在回位彈簧的作用力下自動彈出，制動棘輪，齒輪1、2和椅背也同時(shí)停止固定。4.3控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為讓使用者在坐躺狀態(tài)下方便調(diào)節(jié)辦公椅椅背角度，將控制機(jī)構(gòu)安裝在扶手前端。本設(shè)計(jì)的靈感來自自行車車閘，用控制閘線與棘爪相連，通過操作控制扳手，可以拉出棘爪以調(diào)節(jié)角度，如圖4-5、4-6所示。圖4-5控制器三維實(shí)體圖圖4-6控制機(jī)構(gòu)三維裝配圖4.4自動復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)自動復(fù)位，即是當(dāng)通過控制器使棘爪與棘輪分開后，椅背能自動回到垂直的位置，于是就需要給椅背一個(gè)使之有回復(fù)趨勢的彈力。這里選用氣彈簧來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。氣彈簧的原理是，在密閉的壓力缸內(nèi)充入惰性氣體或是油氣混合物，使腔體內(nèi)的壓力高于大氣壓的幾倍或是幾十倍，利用活塞桿的橫截面積小于活塞的橫截面積從而產(chǎn)生的壓力差來實(shí)現(xiàn)活塞桿的運(yùn)動。由于原理上的根本不同，氣彈簧比普通彈簧有著很顯著的優(yōu)點(diǎn)：速度相對緩慢、動態(tài)力變化不大（一般在1：1.2以內(nèi)）、容易控制，與機(jī)械彈簧相比，氣彈簧具有近乎線性的彈性曲線。利用這些特點(diǎn)，可以使椅背復(fù)位時(shí)，速度適中，且彈力變化很小，從而避免了過大的彈力對使用者可能造成的傷害。氣彈簧根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能分類，有自由式氣彈簧、自鎖式氣彈簧、牽引式氣彈簧、隨意停氣彈簧等幾種。這里使用自由式氣彈簧就能實(shí)現(xiàn)需要的功能，且較經(jīng)濟(jì)[13]。氣彈簧如圖4-7所示。圖4-7氣彈簧三維實(shí)體圖圖4-8自動復(fù)位機(jī)構(gòu)三維裝配圖5.椅座椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1椅座調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1.1椅座調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)概述目前市場上調(diào)節(jié)椅的椅座調(diào)節(jié)運(yùn)動型式主要有垂直升降，前后滑移，傾斜翻轉(zhuǎn)三種類型。前后滑移主要是用來調(diào)節(jié)椅座的前后方向的深度，以滿足不同身高、年齡層的使用者。本次設(shè)計(jì)的辦公椅要實(shí)現(xiàn)的椅座調(diào)節(jié)是隨椅背向后仰躺的角度的加大，椅座前部自動翻出伸長板。直至椅背水平時(shí)，伸長板也翻轉(zhuǎn)到水平位置。要實(shí)現(xiàn)這種功能，就需要一種機(jī)構(gòu)將椅背和伸長板連接起來。5.1.2伸長板的設(shè)計(jì)伸長板鉸接在椅座前橫梁上，可繞其旋轉(zhuǎn)。當(dāng)椅背垂直于椅座，或是做小角度調(diào)節(jié)時(shí)，伸長板處在椅座下面。當(dāng)椅背大角度調(diào)節(jié)，直至水平時(shí)，伸長板隨椅背運(yùn)動而自動翻轉(zhuǎn)出來，極限位置為與椅背同處于水平位置。伸長板結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1伸長板三維結(jié)構(gòu)圖5.1.3傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如上節(jié)所述，椅背（原動件）的運(yùn)動要經(jīng)過一個(gè)不與椅座（機(jī)架）直接相連的中間構(gòu)件（連桿）傳動到伸長板(從動件)，這即是連桿機(jī)構(gòu)的定義。于是此功能就可以用平面四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。平面四桿機(jī)構(gòu)主要有三種基本類型：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)，在機(jī)械中還廣泛地采用由基本型式演化的其他型式的四桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)的桿長條件為：最短桿長度+最長桿長度≤其余兩桿長度之和。當(dāng)最短桿為連架桿時(shí)，機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為連桿時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)[6、14]。圖5-2平面四桿機(jī)構(gòu)簡圖圖5-3椅座伸長機(jī)構(gòu)三維裝配圖5.2.椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由于本次所設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)椅不做椅座垂直升降調(diào)節(jié)，故只需安裝普通的四條椅腿型式即可。但當(dāng)椅背大角度調(diào)節(jié)，或調(diào)到到水平位置時(shí)，躺在上面的使用者重心就會后移，若使用普通的椅腿，則可能因重心移動而發(fā)生座椅向后翻轉(zhuǎn)，甚至危及使用者的安全。而如果將椅腿前后距離加大，后移，又會影響座椅的美觀?？紤]到以上各因素，將椅腿設(shè)計(jì)成可以在前后方向滑移的型式。如圖5-4所示，座椅兩條前腿固定在椅座下面，兩條后腿不與椅座直接相連，可在滑槽內(nèi)前后滑移，滑移行程為150mm。當(dāng)椅背只在小角度內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，椅腿只在初始位置（后腿滑移距離為0）即可；當(dāng)大角度調(diào)節(jié)或躺下休息時(shí)，可根據(jù)具體情況將后腿向后滑移適當(dāng)距離[10、15]。圖5-4椅腿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三維裝配圖結(jié)論本論文設(shè)計(jì)了一款可調(diào)節(jié)辦公椅，主要工作如下:（1）對市場