人机工程与座椅设计

江南大学

《人机工程概论》课外大作业

课外大作业名称:人机工程学与座椅设计

学院：机械工程学院（君远）

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学号：**********（05）

专业：机械工程及其自动化（君远）

指导教师：***

摘要

座椅是我们日常生活中应用最为广泛的物件，是我们必不可少的生活用品，

然而，座椅的设计中也涉及到翗人机工程学原理，与人体的比例尺寸等有很重要

的关联。

座椅设计的合理性，直接影响到了我们的日常生活和工作，为此我们特地在

此依据人机工程学的理论基础，结合实际情况来对座椅进行有关的改良，希望通

过技术尺寸的改良来进一步改善我们的工作环境并且提高我们的工作质量。

本论文结合了目前座椅的设计实际情况，分析了必要的人机工程学要素，结

合了人机工程学、座椅设计等各个方面的科学理论依据，以国家和国际标准为准

则，对工作椅进行相关分析并作出相应的调整。

关键词：座椅设计人机工程学科学分析

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。

但坐姿仍然存在许多缺点。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废劳。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。这些都是我们研究过程中的困难。

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。

图一图二

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，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组上承受均与的静载荷（见图一）。当处于非自然姿时，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（见图二）。

1.2.2腰曲弧线

脊柱侧面有四个生理弯曲，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。

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。

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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。需要注意的几点是：躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳；设置适当的靠背可使疲劳降低；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。

2.座椅设计

坐姿改变了以脚支撑全身为以臀部支撑全身的状祝，有利于发挥脚的作用。当然，坐姿不正确、座椅设计不合理，会给身体带来严重损害。所以座椅设计要充分考虑对人的生理影响。

座椅可分为:工作椅，休闲椅，多功能椅等。本文仅就工作椅的设计进行探讨。

工作椅的设计包含着非常广阔的范围—从最简单的工作台或椅子到最精细、可调整的座椅。适当的座椅设计可以减少疲劳，提高生产效率和节省时间与劳力。反之，不良的座椅会使精神不振以及影响到设备操作的容易，使工作效率减低。

设计座椅应考虑以下各项原则:

①工作椅的设计，应提供操作人员在操作时的身体支撑。

②座椅的设计要使操作人员工作顺利，椅子要有适当的尺寸，其高度和位置可以调整到适合各种大小不一的人使用。

③座椅应能够适当地支撑住身体，以避免不良的姿势，同时身体的重量能够均衡地分布在椅面上。

④在不影响手的个别动作时，座椅应有扶手，同时也要有脚踏座，以维持较好的座椅到脚停止位置的距离。

3工作椅设计

3. 1几种设计合理的工作椅

人在取坐姿工作时，一般情祝下人的躯干向前倾斜。椅子座面如果向后倾斜，显然有悖于功能要求。“办公人员是职业的坐客”，舒适的座椅是必不可少的。目前国内大部分作用椅(包括餐椅)的座面一般呈水平状态，难以使工作人员达到最佳的坐姿和工作状态。下面是根据人体保持最有效或最舒适坐姿的工程学原理设计的几款不同功能的工作椅。