多功能办公椅的设计 王磊32[共20页]

常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别： 机电工程系 专 业： 数控机床/计算机应用 班 级： 数计068 学 生 姓 名： 王磊 学 生 学 号： 0604074832 设计（论文）题目： 多功能办公椅 指 导 教 师： 巢雨苍 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 2009.8.12009.8.30 毕业设计（论文）任务书专业 数控机床/计算机应用 班级 数计068 姓名 王磊 一、课题名称： 多功能办公椅的设计 二、课题应达到的要求：（一）、能正常办公用                            1、一般位置要求靠背与垂直面倾斜10度 椅下脚板向内倾斜15度 2、能任意调节靠背角度：  根据各人坐姿习惯的不同，可以任意调节靠背的角度。3、能调节头部枕靠上下位置： 根据各人身高不同，可以调节头部枕靠位置。 4、能调节头部枕靠前后位置    使头部枕靠装置前后移动至人体舒适的位置。 （二）、能仰躺和进行臂力锻炼 1、仰躺：脚板通过四连杆机构作相应的转动，以放置人体平躺时的腿部2、臂力锻炼： 两手握住手柄作扩胸运动来达到锻炼的目的（扩胸运动的作用力克服钮簧的反作用力）。（三）、按摩1、在作扩胸运动的同时，通过传动机构带动按摩头上下移动，按摩头装在人体躺下后颈部的位置，按摩头上装有两组按摩滚轮（木制）。在按摩头的支架部位要装有弹簧，以满足一定的压紧度，以达到按摩颈部、缓解疲劳的目的。2、按摩头的高度要能够根据各人的身高不同而进行上下调节，以保证按摩头能贴合在不同身高的人的颈部。（四）、注意事项：1、设计应符合人类工程学原则。2、多功能办公椅应力求安全舒适、轻捷美观、经济合理。3、零部件尽量实现标准化、系列化、通用化。 三、主要工作内容：1、确定多功能办公椅的各主要传动机构。2、确定多功能办公椅的零件、构件的主要性能参数。   3、绘制多功能办公椅总装配图。  4、确定零件的型号、规格。5、绘制多功能办公椅全套零件图 6、方案校验，分析计算所设计的系统是否满足各项性能指标的要求，能否达到预期效果。四、主要参考文献：1 陈榕林.机械设计应用手册M.科学技术文献出版社，19952 成大先.机械设计手册（单行本）M.化学工业出版社，20043 李国柱.机械设计与理论M.科学出版社，20044 范顺成.机械设计基础M.机械工业出版社，2001 学 生 （签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日常州信息职业技术学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文题目）多功能办公椅的设计一、选题的背景和意义：目前，越来越多的办公室人员及其他脑力、体力劳动者采用坐姿进行工作，并且随着技术的进步，坐姿还将成为我国未来劳动者主要的工作方式。因此，办公座椅设计和相关的坐姿分析日益得到人体工程研究者和设计师们的关注和研究。 二、课题研究的主要内容：本设计在一般座椅的基础上，增加了仰躺休息和进行臂力锻炼的设计，以及能进行颈椎按摩的设计。本设计主要解决以下问题，完成多功能办公椅的以下设计：（1）正常、舒适办公的结构设计（2）仰躺休息和进行臂力锻炼的结构设计（3）颈椎按摩机构的设计三、主要研究（设计）方法论述：多功能办公椅主要实现以下功能：能正常、舒适地办公；能仰躺休息和进行臂力锻炼；能进行颈椎按摩。其设计除保证实现上述主要功能，还根据使用者及办公室内环境的要求，确定满足人类生理和心理需求的沙发功能、尺寸、造型、用材及配色等设计要素，力求做到安全舒适、轻捷美观、经济合理。其中椅脚用无缝钢管镀铬、椅面和椅背用木板上覆海绵用皮革包裹、框架用钢板条焊接而成。 资料主要由指导老师提供及查阅参考书整理而成。四、设计（论文）进度安排：时 间工 作 内 容8.18.2选题，查找、分析资料8.38.4完成开题报告8.58.7工作原理、设计方案论证8.88.10相关理论计算8.118.13确定多功能办公椅的零件、构件的主要性能参数8.148.17确定零件的型号、规格。8.188.21绘制图纸8.228.25完成初稿，交指导老师审阅8.268.27完善初稿8.278.30完成设计并定稿，答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日多功能办公椅设计目 录0引言21新型办公椅概念的提出31.1 普通坐姿分析31.2 现代跪式座椅的出现31.3 人机工程原理坐姿转变41.4 可转变坐姿的新型办公椅52新型办公椅的结构和功能简介52.1 靠背设计52.2 扶手设计62.3 座面设计62.4 腿部支撑设计62.5 调节机构方便快捷63新型办公椅使用功能分析63.1 普通办公椅使用功能63.2 跪式坐姿使用功能73.3 躺姿使用功能74新型办公椅使用功能设计84.1 正常、舒适办公设计84.2 仰躺休息和进行臂力锻炼的结构设计94.3 颈椎按摩机构的设计115小结136 结束语14答谢辞14参考文献1414多功能办公椅的设计摘 要：在多功能办公椅的设计中，蕴含了许多创新设计理念，主要能实现正常、舒适地办公、仰躺休息和进行臂力锻炼、进行颈椎按摩等功能，满足了布局合理、结构紧凑、安全舒适、操作方便、符合人性化设计等要求，具有较高的实用价值。关键词：多功能办公椅；创新设计；功能Abstract:the multi-purpose office chair design contains many innovative design ideas,its design to achieve the aims of being satisfiedwith reasonable layout with characteristics of compact structure,security and comfort, convenient operation and conforms to the requests of the human nature design and so on.it has a high applied value.Key word:multi-purpose office chair;innovative design;function0 引言随着生活质量的不断提高， 健康已逐步被人们所重视。参加锻炼能减轻精神紧张， 提高心理适应能力，恢复大脑皮层兴奋和抑制过程之间的平衡，改善和加强对血管运动的调节作用， 明显提高大脑神经的工作能力，使机体的内分泌调节功能更完善，从而有效提高工作效率。虽然大多数在办公室从事脑力劳动的工作人员对锻炼的意义有较明确的认识，但由于工作紧、家务忙、场地不足、缺乏合适的健身器材等因素，参加健身锻炼的人数及效果都很不理想。而大多数在办公室从事脑力劳动的人员由于长期伏案工作，极易使颈、椎间盘疲劳受损而引发轻微的颈椎病；另一些使用电脑、打字机、复印机等办公设备的专职人员，由于长时间从事电脑数据输入、键盘打印以及其他需要手臂单调重复动作，极易引发以手、腕、臂功能性损伤为主要表现的“ 反复紧张性损伤症”的现代职业病。目前市场上常用的按摩椅只具有单一的按摩功能，健身器材又需要专用的房间安置，无论是普通按摩椅还是健身器材， 都不适宜直接放置于办公室使用，为此开发设计了“ 多功能办公椅”，以帮助长期在办公室工作的人员进行方便、适当的休息与锻炼。1新型办公椅概念的提出 1.1 普通坐姿分析 不同的坐姿，人体椎间盘内压力和肌肉的负荷之间是一对矛盾体。当直腰坐时，身体保持“S”型，脊椎保持人体站立时最自然的姿势，椎间盘内压力小，但是由于座椅“h”造型的局限，使人们的肌肉负荷增大。当弯腰坐时，虽然减少了肌肉负荷，但也增加了椎间盘的内压力，这种坐姿自然会使人的脊椎弯曲，腿部、腰部、臀部负担加重，久坐产生腰酸背痛，如图1。 1.2 现代跪式座椅的出现 1977年由挪威设计师彼得奥布斯威克从人体工程学的角度出发设计的“BALANS”系列椅，打破了人类几千年来的传统坐姿，将“席地而坐”和“垂足而坐”的坐姿集于一身，开始了现代跪式座椅的先河，如图2。 跪式坐姿时，人体躯干略微前倾，脊柱最接近于站立时人体脊柱的自然状态，从而有效地预防脊柱弯曲。又因身体重量均匀分布在臀部、大腿和膝盖上，血液循环与神经组织不过分受压，有助于人体血液循环和呼吸的改善，如图3。 但是，跪式座椅在可变性方面却不尽如人意。使用者在跪式椅上工作，始终保持一种前倾的姿势，而很难转变坐姿进行休息，长时间使用也会造成使用者的肌肉疲劳。 1.3 人机工程原理坐姿转变 经研究表明：当我们使用座椅时，由于生理和心理的特性，人体会产生舒适性的感知，随着坐姿持续时间的增加，那么人的感知也发生变化，并逐步产生疲劳感知。人体通过对这种个体主观状态的判断和反应，会自动地对坐姿状态进行无意识的调整，以减轻身体的疲劳。 简单的说，人即使坐在非常舒适的椅子上，经过一段时间也会引起肌肉疲劳。所以，座椅的设计必须有可能让人经常的改变自己的姿势和位置，以便减轻肌肉压力。 1.4 可转变坐姿的新型办公椅 通过对坐姿的研究，办公椅的设计可以突破传统。经过本人研究，并获得了国家实用新型专利，一种崭新形态的办公椅出现了可转变坐姿的办公椅。人坐在其上，可以轻松转变人体坐姿的三种状态：普通办公椅的使用状态、跪式椅使用状态和躺椅使用状态，如图4、5、6。坐姿的转变有利于最大限度地减少办公人员由于长时间工作而产生的腰部酸痛、颈、背部疲劳等不适症状。这种新型办公椅特别适合在电脑前长时间工作的工作者使用。 2 新型办公椅的结构和功能简介（图7） 2.1 靠背设计 此新型办公椅的靠背设计非常的新颖独特，它由两块独立的前独立靠背和底层靠背组成。前靠背造型接近人体肩胛骨，内置压缩弹簧与底层靠背连接，外部由记忆海绵包裹，在使用时可根据压力不同而独自转动，而且中间的空隙设计可减轻靠背对脊椎的压力。靠背可根据不同的坐姿进行角度调节，由跪姿实验结果和躺姿靠背角度分析，靠背调节范围在80°120°为宜。 2.2 扶手设计 此办公椅的扶手可通过调节高度及横向伸缩以改变扶手的长短来适应不同年龄的使用者，使其更符合人机工程学原理。 2.3 座面设计 此座椅的座面不仅在高度上可以调节，而且座面的角度可根据不同的坐姿而进行调节。根据跪姿实验结果和躺姿时座面角度分析，座面调节范围在15°-20°为宜。2.4 腿部支撑设计 此新型办公椅的腿部支撑的主要作用在于支撑腿部重量，增大人体重量的支撑面积，从而减小坐垫的压力，使人体压力分布过渡更趋均匀。腿部支撑杆由特制气杆组成，与座面和靠背的整体调节机构相连，可通过坐姿调节杆的变化而满足不同的坐姿需求：当普通办公坐姿使用时，支撑结构弹回，一点也不影响普通坐姿和座椅外观；当跪式坐姿使用时，支撑杆弹出，根据人体姿势调节距离和角度，达到最舒适效果；在躺姿使用时，腿部支撑弹出并旋转，充当脚撑作用，便于使用者休息。2.5 调节机构方便快捷 此新型办公椅采用一杆多功能方式，由三种坐姿实验数据得出最佳的使用角度，通过一杆使三种坐姿功能轻松转变，避免了由于功能太多而引起的调节杆过多，调节复杂等现象。 3新型办公椅使用功能分析 3.1 普通办公椅使用功能 当新型办公椅腿部支撑弹回到座面底部就成为我们平时使用的普通办公椅状态，此时的腿部支撑既不影响普通坐姿，又不失美观，如图8所示。 3.2 跪式坐姿使用功能 通过坐姿调节杆使座椅转变到跪式椅的使用状态，此时腿部支撑弹出，座面下倾，靠背前倾，使人体身体重心前移，座面下部的腿部支撑托住人体两膝，大腿与腰部形成理想的张开角度，减少躯干压迫内脏而对呼吸和血液循环的影响，大大减轻臀部的压力，足踝也得以自由舒展。此状态最大优点是使脊椎挺直，骨节间平均受压，避免脊椎的变形受压，使人的躯干自动挺直，从而形成肌肉放松的最佳状态，如图9所示。 3.3 躺姿使用功能 通过坐姿调节杆使座椅转变到躺椅的使用状态，此时腿部支撑弹出并旋转，靠背后仰与座面后倾，人体重心后移，人体处于放松休息状态。此坐姿便于现代办公人员中午在办公室里午休，如图10所示。 4 多功能办公椅的功能设计 多功能办公椅主要实现以下功能：能正常、舒适地办公；能仰躺休息和进行臂力锻炼；能进行颈椎按摩。其设计除保证实现上述主要功能，还根据使用者及办公室内环境的要求，确定满足人类生理和心理需求的沙发功能、尺寸、造型、用材及配色等设计要素，力求做到安全舒适、轻捷美观、经济合理。其中椅脚用无缝钢管镀铬、椅面和椅背用木板上覆海绵并用皮革包裹、框架用钢板条焊接而成。图1是“多功能办公椅”的总图( 除去海绵和皮面包裹部 分)。41 正常、舒适办公的结构设计( 1 )任意调节靠背角度的结构设计根据各人坐姿习惯的不同，可以任意调节靠背的倾斜角度。板动手柄 A ( 见图 11 ) ，使靠背与坐椅板面的锁紧装置脱开，人体向后仰躺用背部作用力克服扭簧的反作用力， 调节靠背至人体感觉舒适的角度后松开手柄A，使靠背和坐椅板面重新锁紧( 调节装置可借用汽车坐椅上的调节装置)。( 2 )头部枕靠上下位置和前后位置调节的结构设计根据各人身高不同，可以调节头部枕靠的上下位置：按下弹簧卡头按钮B，使头部枕靠装置与固定在椅背上的套管脱开，上下拉动头部枕靠至合适的高度后松开按钮 B ， 使头部枕靠装置与椅背上套管重新锁紧， 调节范围为2 0 0mm左右。根据各人坐姿习惯的不同，可以调节头部枕靠装置的前后位置( 移动距离在 4 0 5 0 mm)。旋转手柄c，通过内部的齿轮、齿条机构使头部枕靠装置前后移动至感觉舒适的位置， 齿轮、齿条装置具有自锁性能。部件中的U型管用无缝钢管镀铬，调节部分均为塑料件。( 见图12 )4 2 仰躺休息和进行臂力锻炼的结构设计( 1 )仰躺休息装置的设计 为了帮助长期因坐姿而疲惫的工作人员能得到合理适当的休息， 在设计中充分考虑人体仰躺姿态的生理特征，为让其躺得更舒适，在椅子前端的下部设计了一椅下脚板，用于人体仰躺时支撑起人的两小腿，更有利于人体全身心放松，提高休息效率， 增加舒适度。扳动手柄 A，调节靠背至接近水平( 人体平躺感觉舒适的位置) ，见图11 。在人体向后仰躺带动靠背旋转时，靠背通过连杆机构使脚板旋转伸出。连杆机构设计为铰链平面四连杆机构，椅子面为连杆机构中的机架、椅背为原动件、脚板为从动件。人体坐起时，板动手柄A，使靠背与坐椅板面的锁紧装置脱开，通过靠背与坐椅板面之间两组扭簧的作用力，把人体向上抬起，至合适的坐姿位置时，松开手柄 A即可。图13为仰躺四连杆机构的运动简图。臂力锻炼装置结构的设计：要进行臂力锻炼时，两手从手柄 D中抽出加长杆，旋转头部把手 9 0度至垂直位置( 如图14 ) ， 然后把扶手向前推， 达到适合自己的手臂长度后两手握住把手作扩胸运动， 扩胸运动时手柄围绕旋转轴在约4 5度范围内转动，通过克服扭转弹簧的阻力来达到锻炼的目的。臂力锻炼扭转弹簧的设计计算：在“多功能办公椅”的设计计算中，臂力锻炼机构中扭簧的计算是一个重要环节。 4 3 颈椎按摩机构的设计 ( 1 )按摩机构的传动部件设计 在双手作扩胸运动的同时，通过手柄的旋转带动主动轴转动，主动轴上的锥齿轮和横向轴上的锥齿轮啮合，再通过横向轴上的直齿轮、过渡齿轮传动到齿条，使齿条上下运动，带动齿条上的按摩头作上下按摩运动。)，传动机构见图15。( 2 )按摩头结构的设计 在齿条的上部装有一个按摩头( 位于人体躺下后颈部的位置) ，按摩头上装有两组木质按摩滚轮。在按摩头的支架部位装有弹簧，以满足一定的压紧度，齿条上下移动的过程中带动按摩头在人体颈部上下按摩，以达到按摩颈部、缓解疲劳的目的。按摩头结构见图16。( 3 )按摩头上下位置调节机构的设计 由于各人身高不同，按摩头的高度位置必须要能够调节。拉出手柄E并旋转一定角度，让过渡齿轮转过一定角度从而使其与齿条脱开，拉动按摩头(与齿条一起)上下移动至合适的高度后让手柄 E重新回复到原来的位置定位，使过渡齿轮与齿条、主动齿轮重新处于啮合状态。其调节机构见图17。5小结 此新型办公椅已申请国家实用新型和外观设计两项专利，其中新型办公椅实用新型专利已于2008年8月获国家知识产权局授权。 此新型办公椅的方案设计还对座椅其他方面做了考虑，如扶手的表面肌理、转轴的静音减震性、导轨的平滑耐磨性、座椅与地面的止滑性、腿部支撑的强度要求等方面，尽量达到使用功能上的合理性。 此设计方案做到了由内而外的新颖性，没有孤立地强调它的审美价值，而是努力寻找真正意义上的合理，体现人性化的理念，满足使用者生理与心理需求，达到最佳的工作状态。对其设计所存在的不足，正在加以继续改进、完善，使其具有更强的实用性和可靠性。6. 结束语从已生产的多功能办公椅的使用情况来看，基本满足了布局合理、结构紧凑、安全舒适、操作和维护方便等要求，实现了办公、休闲、按摩和锻炼等多功能的目的。由于多功能办公椅选用的材料均为普通用材，零件的加工精度要求不高，头部枕靠和椅背调节装置可借用轿车座椅上的部件，如果形成批量生产，成本比普通的办公椅要高些，但比按摩椅要低许多，综合生产成本考虑，多功能办公椅应具有较高的实用价值，值得推广使用。答谢辞感谢我的导师巢雨苍教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢我的老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的完成的毕业设计。感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。相处的时间里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起嘻嘻哈哈，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！参考文献1 陈榕林.机械设计应用手册M.科学技术文献出版社，19952 成大先.机械设计手册（单行本）M.化学工业出版社，20043 李国柱.机械设计与理论M.科学出版社，20044 范顺成.机械设计基础M.机械工业出版社，2001毕业设计（论文）成绩评定表一、指导教师评分表（总分为70分）序 号考 核 项 目满 分评 分1工作态度与纪律102调研论证103外文翻译54设计（论文）报告文字质量105技术水平与实际能力156基础理论、专业知识与成果价值157思想与方法创新5指导教师综合评语： 指导教师签名： 年 月 日 二、答辩小组评分表（总分为30分）序 号考 核 项 目满 分评 分1技术水平与实际能力52基础理论、专业知识与成果价值53设计思想与实验方法创新54设计（论文）报告内容的讲述55回答问题的正确性10答辩小组评价意见（建议等第）： 答辩小组组长教师签名： 年 月 日1 审定意见2审定成绩（等第）_ 系主任签字： 年 月 日三、系答辩委员会审定表