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1、座椅人机工程分析摘要 本文从人体坐姿生理学和生物力学的角度出发，分析了座椅对于人们身体的影响，同时介绍了现有的一些新式座椅，旨在让人们更加了解座椅对人们健康的影响，启发人们发挥想象力发明出更加健康舒适的座椅。 关键词 健康 座椅 新式 1、座椅与人体健康 1.1 座椅设计的主要依据 坐姿时人体比较自然的姿势，它有很多优点。当人站立时，人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力的作用，以维持静立状态；而人坐着时，可免除这些肌力，减少人体消耗，消除疲劳。坐姿比站姿更有利于血液循环，站立时血液和体液会向下肢积蓄；而坐着时，肌肉组织松弛，使腿部血管内血液静压降低，血液流回心脏的阻力减小。坐姿还有
2、利于保持身体的稳定，这对精细作业更加适合。在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于作业，因而坐姿时最常采用的工作姿势。 目前大多数办公室工作人员、脑力劳动者、部分体力劳动者都采用坐姿工作。随着技术的进步，愈来愈多的体力劳动者也将采用坐姿工作。 1.2 坐姿生理学 1.2.1脊柱结构 在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。脊柱位于人体背部中线处，有33块短圆柱状椎骨组成，包括7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎和下方的5块骶骨及四块尾骨组成，相互间由肌腱和软骨连接，腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿时身上大部分负荷，还要实现弯腰扭转等动作。对着及而言这两部分最为重要。 正常的
3、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，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组上承受均与的静载荷。当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，产生腰部酸痛、疲劳等不适感。 1.2.2腰曲弧线 脊柱侧面有四个胜利弯曲，颈曲、胸曲、腰曲、骶曲。其中与坐姿舒适性直接相关的是腰曲。人体正常的腰曲弧线是侧卧的曲线，躯干挺直坐姿和前弯时的腰弧曲线会使腰椎严重变形，要使坐姿能形成几乎正常的腰曲弧线，躯干与大腿之间必须有大于90度的角度，且在腰部有所支承，课件保证腰椎弧线的正常形状是获得舒适坐姿的关键。 1.2.3腰椎后凸和前凸 正常的腰弧曲线是微微前突。为使坐姿下的腰弧曲线变小，座椅应
4、在腰椎部提供所谓的两点支承。由于5、6胸椎高度相当于肩胛骨的高度，肩胛骨面积大，可承受较大压力所以第一支承应位于5、6胸椎之间，称其为肩靠。腰部支承设置在第4、5腰椎之间的高度上，称其为腰靠，和肩靠一起组成座椅的靠背。合理的腰靠应是使腰弧曲线处于正常的生理曲线。 坐姿生物力学 1.3生物力学 1.3 .1肌肉活动度 脊椎一卡附近的肌肉和肌腱连接，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的压力的作用，是肌肉活动度增加，招致疲劳酸痛。肌腱组织受力时，产生一种活动电势。根据肌电图记录可知，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
5、靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；当躯干前倾时，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。这些结果与坐姿生理学是相符合的。 1.3.2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精神系统传到而感到不适。所以坐垫上的压力应按照臀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，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低值，这是坐垫设计的压力分布不均匀原则。 股骨受力分析 人体的结构在骨盆下面有两块圆骨，成为坐骨结节。坐姿时这两块面积很小的坐骨结节能支承上身的大部分重量。坐骨
6、结节下面的座面呈近似水平时，可使两坐骨结节外侧的股骨出于正常的位置而不受过分的压迫，因而人体感到舒适。 1.3.3 当座面呈斗形时，会使股骨向上转动，这种状态除了使股骨出于受压迫位置而承受载荷外，还造成髋部肌肉承受反常压迫，并使肘部和肩部受力，从而引起不舒适感。所以在座椅设计中，斗形坐面是应该避免的。 椎间盘受力分析 当坐姿腰弧曲线正常时，椎间盘上受的压力均匀而轻微，几乎无推力作用于韧带，韧带不拉伸，要不无不舒适感。但是，当人体处于前弯坐姿时，椎骨之间的间距发生改变，相邻两椎骨前端间隙缩小，后端间隙增大，椎间盘在间隙缩小的前端受推挤和摩擦，迫使它向韧带作用一推力，从而引起腰部不适感，长期累积作
7、用，可造成椎间盘病变。 综合看来，从坐姿生理学角度，应保证腰弧曲线正常；从坐姿生物力学角度，应保证肢体免受异常力作用。依据两方面的要求，研究了人体作业的舒适坐姿。 2、 座椅设计 2.1设计要点 2.1.1工作座椅的结构形式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应，应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并恩给你进行准确地控制和操作。 2.1.2工作座椅座高和腰高必须是可调节的。座高调节范围360-480mm之间；工作座椅坐面高度的调节方式可以是无级的或者间隔20mm为一档的有级调节。工作座椅腰靠高度的调节方式为165-210mm间的无级调节。 2.1.3工作座椅可调节部分的结构构造，必须
8、易于调节，必须保证在椅子使用过程中不会改变已经调节好的位置并不松动。 2.1.4工作座椅各零件部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部位。 2.1.5无论操作者坐在座椅的前部、中部还是往后靠，工作座椅座面和腰靠结构均应使其感到安全、舒适。 2.1.6工作座椅一般不设扶手。需设扶手的座椅必须保证操作人员作业活动的安全性。 2.1.7工作座椅腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性。在座椅固定不动的情况下，腰靠承受250N的水平方向作用力时，腰靠倾角不得超过115。 2.1.8工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。坐垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防
9、滑、透气性好、吸汗的不导电的材料。 2.2座椅的主要参数 符参数 号 数值 测量要点 在座面上压以60kg，直径350mm半球座高 a 360-480mm 状重物时测量 370-420mm 在座椅转动轴与座面的交点处或座面深座宽 b 推荐值400mm 度方向二分之一处测量。 360-390mm 在腰靠高g=210mm处测量，测量时为座深 C 推荐值380mm 非受力状态 320-340mm 腰靠长 D 推荐值330mm 200-300mm 腰靠宽 E 推荐值250mm 30-50mm 腰靠上通过直径400mm半球状物，施以腰靠厚 F 推荐值40mm 250N力时测量 腰靠高 G 165-210
10、mm 腰靠圆R 400-700mm 弧半径 推荐值550mm 倾覆半r 径 195mm 座面倾 角 0-5 推荐值3-4 腰靠倾 角 95-115 推荐值110 注:表中各符号所列参数a、f、g、为操作者坐在座椅上后形成的尺寸、角度 3、座椅设计的新观念 近年来，人机工程学专家与设计师对于座椅设计有新的观念。一般的座椅设计仅是从座椅的固有形状与尺寸关系上进行调整设计，而近期的座椅设计则从座椅最根本的功能要求的角度着手，从设计观念上已有所突破与创新。 3.1动态座椅 所谓动态座椅，其设计特点是座椅能对坐者的动作与姿势做出自动响应。通常的座椅背靠与椅面夹角是固定的，座面除椅垫部分能吸收落座时的冲击
11、以外，没有其它吸收冲击的措施。座面下面配置的液压缸控制座椅角度在14范围内连续调整，液压缸的动作有坐者重心的移动来实现。这种自动调节可以使座椅适应不同使用者习惯的坐姿，使用者也可以再座椅上时常改变姿势，以防止久坐对身体的压力局部积累。调整后，座椅还可以子啊任意角度锁紧。该座椅上还涉及有座面提升机构，以吸收落座时的冲击。落座时，座面下陷一定高度，坐稳后，提升机构使之回复到原来的位置。 前倾式座椅 研究表明，采用座面适当前倾设计的工作椅会更适合工作，尤其是办公室工作，比如对写字和绘画用椅的设计。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以上，如果背靠角为90，则相当于座面与靠背夹角为
12、105，这是坐姿的最小舒适度角，靠背对于脊椎部还能起适度的支撑作用，肌肉紧张较小，背部压力在椎骨上分布也比较均匀。 3.2膝靠式座椅 为了适应办公室工作，如打字、书写的坐姿要求，座面设计成前倾式。但前倾式座面是坐者有从前缘滑落的趋势，为了维持坐姿，坐者不得不腿部用力抵住地面，防止前滑。为了解决这一问题，设计时从膝部支承考虑，提供一膝部下方至小腿中部的膝靠，这样座面前倾的时前滑的趋势呗膝靠阻挡，保持坐姿的稳定。 膝靠式座椅是一种打破传统座椅支承上体重量靠臀部的椅子。其设计特点是由坐骨与膝盖来分担大腿以上部位的重量，以减轻脊柱和臀部的承重负担。但，膝靠式座椅本身还有一些缺陷有待克服。主要问题在于进
13、出座椅不方便；坐者智能采用前倾作业姿势，如欲后仰休息，则膝部一下被膝盖所限制。 靠背可调座椅 在虚拟技术中，让人体模型坐在模型化的椅子上，人体具有柔软的表面组织，内置超声波传感器、压力传感器和倾斜计等，能检测出评价椅子所需要的各种参数和坐姿，能对坐姿感觉进行评价。 虚拟数值人体可模拟人体的真是形状，从而为变椅背座椅设计提供依据。使一般座椅靠背是固定的，当人体的坐姿改变后，靠背和人后背之间将产生空隙，使受力分布不均匀。 3.3多功能沙发椅 使用产品过程中，使用者总是自觉或被动地出于某种姿势。在产品设计中考虑产品操作姿势，将可避免使用者采用不良的操作姿势，增强产品的可用性，提高使用效率。 4、综上所述就是笔者对座椅人际工程讨论的全部内容，未来的座椅会向着在舒适健康的基础上追求环保、智能的高度上发展，人类将会在座椅中体会到更高的生活质量，获得更多的效率。
