人机工程学结课论文

座椅的形态在人们心目中已经形成固定的形式：座面和座腿，一部分座椅还有靠背和扶手。

凳子经过不断改进已经出现了椅子，扶手椅，圈椅，高靠背椅，躺椅，沙发等，座椅的形式感似乎超越了其最基本的功能：舒适性。

当人站立时，人体的足裸、腰部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力作用，以维持直立状态，而坐时，可免除这些肌力，减少人体能耗，消除疲劳，坐姿态比站立更有利于血液循环，而且有利于保持身体的稳定。

目前，大多数办公室人员、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取坐姿工作，因而工作坐椅设计和相关的坐姿分析日益成为人机工程学工作者和设计师们关注的研究课题。

动态座椅一直是符合人因工程学原理的设计方向之一，它通过调节椅面高度，靠背与做面的夹角以及扶手的高度等，是不同的人在多种姿势下都能获得对腰部的支撑，尽可能保持脊椎的自然弯曲，从而减轻对背部肌肉和腰椎的压力。

因此，要设计出满足人的各种需要的工作椅就必须运用人体工程学的原理，考虑工作椅的各种功能，才能够真正满足人的生理与心理需求，达到最佳的工作状态。

1.人体解剖学机理为乐探讨座椅的舒适性，首先有必要对人体出于正直位坐姿时的人体解剖学特点进行分析。

所谓正直位坐姿，是指人端坐在椅子上，背部不考座椅靠背，躯干与大腿成90度，大腿水平，小腿垂直于地面，两脚平安踏地，两臂自然垂下。

正直位坐姿有利于人体体重的合理分布，有效的减轻了作业者的疲劳强度，提高作业者的劳动效率。

正直位坐姿有利于肌肉正常的发挥作用，保持正确的坐姿体位。

图6-12 脊柱的形状及组成，人在正直位坐姿时，人体脊柱处于非正常生理弯曲状态，此时，腰曲部位略向前倾，腰曲弧度减小，使椎间盘的前缘受压，后缘受拉，腰部的椎体与椎间盘向后推的力量使后纵韧带受压迫绷紧，容易引起腰酸等不适的感觉。

2．座椅设计的原则以及关键技术从以上分析可知，座椅设计要充分考虑对人的生理影响。

应尽可能的使脊柱处于正常生理弯曲的状态，各部分肌肉处于放松的状态，身体屈伸部位的角度以及受压部位要有利于人体保持正常的血液循环。

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，气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。

新颖的座椅从人因工程的角度出发设计各主要参数，避免了以前一般座椅存在的缺陷（当人坐上时，脊柱就得弯曲而拉紧，最终会导致腰背劳损）。

文章所提供的座椅由椅座、支撑杆及连在支撑杆上的底座构成。

为解决人在工作时的前倾状态的难以控制，把底座分成两部分以便于保持身体前倾，同时设置了膝靠凳。

在身体前倾时使用膝靠凳，解决了身体长时间倾斜时无法保持做到自然倾斜，也保证了人体脊柱与人在站立时的自然状态最接近，在臀部有支撑的同时，双膝也有支撑，人处于平衡稳定状态。

人体重量分布在坐骨支撑点和膝支撑点上，使背部、腹部、臀部肌肉群得到放松，而且这种前倾坐姿与休息时后靠的姿势完全不同，使人一坐在这种座椅上工作就处于兴奋状态，易于集中精力，从而大大提高工作效率。

考虑到人在工作时要劳逸结合，所以在座椅设计时将两种功能从分结合，在工作疲劳时可时调节靠背的角度作为休息用椅，同时更加大众化的设计，使靠背高度，座椅高度，膝靠高度，背靠与座面的角度都可以根据个人的自身条件调节。

同时膝靠凳上专门为休闲设计了脚蹬，可以更加舒适的环节疲劳。

3.参数的选择根据我国国内座椅设计现状，考虑人因工程学的要求，按照我国人体尺寸标准设计座椅的尺寸如下：3.1座面高度座面高度指地面至就坐后座面上坐骨支撑处的高度。

坐面太高以至双腿悬空，太低腹部肌肉不产生挤压，不能保证人的骶骨椎骨的适宜状态。

因此按照我国人体尺度，设计座高可调范围在380~ 480MM。

3.2座深座深指座面前后距离。

正确的设计应该使臀部得到全面的支撑，腰部得带靠背的支持，座面前缘与小腿间留有适当距离，保证小腿可自由活动。

就工作椅来说，座深应按350MM~400MM 来取，休息椅可取400MM~430MM。

这里为了适应两种功能以及我国95%人群的需要，取座深为400MM。

3.3座宽座宽应该满足臀部就坐所需要的尺度，使人能自如的调整坐姿。

坐面宽度过窄，除了拘谨，圣体两侧的肌肉均会有受到挤压的感觉；宽度过宽，双臂必然外张，使得背阔肌和肩部三角肌等肌键组织收到拉伸。

所以一般取370MM~420MM。

为适合我国95%人群的需要，取座宽为420MM。

3.4座面倾角座面与水平面夹角称为座面倾角。

工作座椅面倾角一般小于3°。

因为工作时身体前倾，若倾角过大，会因身体前倾而使脊椎拉直，破坏正常的腰椎曲线。

休息椅一般取14°-24°，有利于肌肉放松。

对于办公用椅，采取座面前倾，一般倾向为10°-15°。

本座椅充分实现了这两种倾斜角度，保证了人在各种情况下都有一定的舒适性。

3.5靠背的高和宽靠背可以分为腰靠和肩靠，从人因工程学的角度出发，靠背高度可以调节，靠背的最大可调范围为480MM~630MM。

最大宽度350MM~480MM。

3.6靠背与座面夹角靠背的座面夹角若小于90度，则腹部受压迫；夹角太大会降低人的警觉状态。

一般为115度比较合适。

实际设计中应视座椅用途不同采用不同值，工作椅可取95度~100度；休息椅可取105度~110度。

这里通过掀动手柄式座椅调角器进行调节。

充分实现两种座椅的舒适角度调节，也为不同人群的生理特征提供了充分的可调空间。

3.7座面硬度一般坐垫的高度是25mm.太软太高的坐垫，易造成身体不稳，反易产生疲劳。

根据实验，椅座衬垫下限量为1/2英寸，如果太软，周围的组织会受到压缩。

坐垫前部瀑布式的边缘也有助于减少压缩。

3.8扶手高度扶手不宜太高，以免引起肩部酸痛。

休息扶手高度一般取200MM~230MM,两扶手的间距可取500MM~600MM。

运输工具中两扶手间距一般取400~500MM。

3.9座面形状根据人体坐姿与座椅界面之间生物力学分析得出人体臀部轮廓曲线，（如图1）和体压分布曲线（如图2）。

依据该两条曲线合理设计座面与人体接触面的曲线形状，合理增加两坐骨节点坐垫厚度，可以有效防止由于长时间静坐而引起的臀部受伤和压疮。

4.座椅设计图图3 动态工作座椅的总体设计图根据上述分析分析和参数选择，本文所阐述的基于人因工程学动态工作座椅如图3所示。

总体设计图个别零部件说明：1掀动手柄式座位调角器，2椅座连接轴承，3椅座底面，4水平扶手支撑杆，5，倾斜扶手支撑杆，6靠背下调节杆，7靠背调节主杆，靠背上调节杆，9靠背支撑杆，10水平椅座，11座椅上紧固螺母，12座椅下紧固螺母，13膝靠登上紧固螺母，14膝靠下紧固螺母，15靠背连接杆，16水平扶手，17，支撑杆连接轴承，18倾斜扶手，19旋转轴承，20椅座上支撑杆，21椅座下支撑杆，22座椅底座，23座椅支撑杆调节器，24底座大半圆，25座椅底座分割线，26底座小半圆，27膝靠凳支撑杆调节器，28膝考凳，29休息脚蹬，30膝靠凳凳面，31膝靠凳下支撑杆，32膝靠凳底座，33橡胶垫，34膝靠凳上支撑杆。

图3中10为水平的座椅，12为靠背，10与12成钝角，14是扶手。

每边的扶手都有16和18构成，其中16为水平部分，18为向下倾斜部分，其角度与靠背和椅座的角度相同。

20为连在底座22上的圆柱形支撑杆，它支撑着椅座10，10的位置可通过螺纹调节部件23调节。

底座22是由金属圆盘制成的，它在25处折成两部分，其中24为较大的半圆盘，26为较小的半圆盘，大小圆盘成30°角，和扶手14与18角度相等。

膝靠凳28膝靠软垫凳面30，凳面通过旋转轴装在支撑杆28上，而支撑杆31由连接在圆盘底座32上。

本座椅可以保持两种角度，在正常位时，椅子是靠24支撑的，手臂放在16上。

此时16是水平的，在前倾位时，座椅以25为轴向前倾斜即可。

此时椅子的支撑部分为26，而椅子上的人则可靠在30上。

整体上椅子和膝靠凳均放在橡胶垫33上，以免相互滑动。

保持这种角度时18为水平，手臂可以舒适的放在其上，靠背12垂直，可以保证脊柱直立。

5．总结人机工程学是一门综合性边缘学科，主要是“人体科学”、“技术科学”和“环境科学”之间的有机融合。

它综合了上述相关学科的原理、成果、方法、数据，将人、机、环境构成有机联系的完整系统：以人为主体，研究该系统中人、机、环境之间相互协调、相互配合的规律，使得人—机—环境整体系统的最优化。

人机工程学的应用领域非常广泛，办公用品、家居设计、服装设计、各种手工工具和装备设计、交通和建筑行业相关设计，甚至有人参与的太空设备都有人机工程学的身影。

它极大丰富和方便生活，“人机”中的人是主体，在用人机工程学解决设计问题是，一定要考虑人的因素。

首先，人体测量得到相关数据，人体测量学(anthropometry)是人机工程学的一门分支学科，是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。

它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。

其次，需要人的感知和运动分析、心理状态、工作姿势分析。

在设计操作台和人机交互（仪表或显示器）时考虑坐姿和手臂活动范围，以及视觉最佳范围。

例如：仪表盘的人机工程学设计中，要考虑表盘的形状有圆盘、扇形、长条形、椭圆形；刻度的设计，什么样的刻度标识比较醒目，分度值要合理比如2或5的倍数。

表针设计，可以设计成传统的针形、三角形，力求简洁、明快、有明显的指示性形状，还可以在表针上涂银光粉，表针长度不要盖住刻度，也不要太短。

表盘的颜色也值得考虑，像有的手表表针。

仪表色彩是否合适，将影响认读速度和误读率。

颜色设计主要是刻度盘面，刻度线和数码、字符以及指针的颜色匹配问题，它对仪表的造型设计、仪表的认读有很大影响。

指针、刻度标记、数码的颜色应与刻度盘的颜色有明显的区别和对比，但指针与刻度标记，数码的颜色应尽可能协调。

在工业生产和生活工具设计过程中，应用人机工程学进行设计，将使产品体现以人为本的设计理念，使用更舒适。