座椅人体工程学(振动)

座椅人体工程学(振动)（精选4篇）

1.座椅人体工程学(振动) 篇一

人机工程学的车内座椅设计

题 目： 基于人机工程学的车内座椅设计 班 级： 09铁道车辆2班 姓 名： 屈难平学 号: 20097831 基于人机工程学的驾驶室座椅设计

摘 要

以人机工程学的理论为基础,介绍了座椅设计中座高、座宽、座深、座面倾角、靠背高度靠背倾角等座椅静态参数的选取原则,以某轻卡座椅为例,用Pro/E建立座椅的模型,导入Man-neQuinPRO10。2中进行人机分析,并结合实例对座椅的各静态参数进行选取。

关 键 词:人机工程学;轻卡座椅;舒适坐姿;建模分析

人机工程学是一门边缘学科,主要研究工程技术如何与人体尺寸、生理及心理特征相适应。在

轻卡驾驶室座椅的设计中,主要研究如何使座椅符合人体尺寸的需求,给驾驶员带来舒适感,降低驾驶疲劳度,提高驾驶的安全性,同时也能大大防止驾驶员由于不正确的驾驶姿势而导致的脊椎变形,以及由此引发腰痛、腰肌劳损等职业病。1.舒适坐姿的生理特征

图1所示为人体在各种不同姿势下腰椎的弯曲形状。曲线B表示人体松弛侧卧时,脊柱呈自然弯曲状态;曲线C是最接近人体脊柱自然弯曲状态的坐姿;曲线F是当人体的躯干与大腿的夹角呈90°时的情形,此时脊柱严重变形,椎间盘上的压力不能正常分布。因此,欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然弯曲形态,躯干与大腿之间必须有大约135°的夹角,并且座椅的设计应使坐者的腰部有适当的支撑,以使腰曲呈弧形自然弯曲状态,腰背肌肉处于放松状态人坐着时,大腿和上身的质量必须由座椅来支承。人体结构在骨盆下面有2块圆骨,称为坐骨结节,如图2所示。这2块小面积能够支持大部分上身的质量。覆盖在它们外面的皮肤能获得丰富的动脉血液供应,就像脚底一样。而在臀部的边缘部分,血液循环则大不一样,这部分静脉较多(包含较少的氧)。当人坐着的时候,覆盖着坐骨结节的皮肤能够更好地经受持久的压力。因此,座面上的臀部压力分布在坐骨结节处最大,由此向外压力逐渐减小,直至与座面前缘接触的大腿下部,此处压力为最小。座垫的柔软程度要适当,坐骨部分的座垫应当是支承性的,它要承受加在座位上的大约60%的质量,而其余部分则应当比它更柔软些,以便能够把质量分布在更大的面积上。座椅靠背上的压力分布中,肩胛骨和腰椎骨2个部位应最高,此即靠背设计中所谓的“两点支承”准则。在靠背的两点支承中,上支承点为肩胛骨提供凭靠,称为肩靠,其位置处于第5-6节胸椎的高度；下支承点为腰曲部分提供凭靠,称为腰靠,其位置处于第4-5节腰椎的高度。

图1 人体在各种不同状态下腰椎的弯曲形状 图2 股骨正常位置

腿的主动脉紧靠着大腿下表面和膝盖的后面,在这个部位上,任何持续的压力都会给人造成极端的不舒适和肿胀感觉,需要借助于适当减短座深、把座垫前缘修圆和采用较软的泡沫塑料座垫等措施来防止这种情况发生。同时,还要使座面离地板的高度足够低,以便使脚能踩着地板,让人的这个重要部位感觉不到有任何压力。坐骨下面的座面应当是近似水平的。图2表示带有股骨的骨盆部位的前视图,从图中可看出股骨在股节中从连接骨盆的球孔向外伸去。用平坦的座面,股骨的这一部分在坐骨平面之上,因此不承受过分的压迫。但是,如果座面是斗形的(图3),则弯曲的座面会使股骨趋于向上转动(箭头所示)而受载,造成髋部肌肉承受反常的压迫,从而引起不舒适感。故需注意避免采用斗形座面。应当注意斗形的座面不论从什么观点看,都是不适用的,因为它不能适应人体大小的整个系列,它还把身体质量平均地分配在整个臀部,而不是让较多的质量集中在坐骨结节部位。

图3 斗形座位将股骨推向上方

使股骨处于受载状态,舒适的坐姿,应保证腰曲弧处于正常自然状态,腰背肌肉处于松弛状态,从上体通向大腿的血管不受压迫,保持血液正常循环。因此,最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移,使上体略向后倾斜,体腿夹角保持在90°-115°。小腿向前伸,大腿与小腿、小腿与脚面之间也有合适的夹角,如图4示,10°<θ1<20°;15°<θ2<35°;80°<θ3<90°;90°<θ4<115°;100°<θ5<120°;85°<θ6<95°。针对具体情况,在舒适范围内选取合适的角度。

图4 舒适坐姿的关节角度 轻卡座椅静态参数的选取

1)座高。座高指地面至座面上坐骨支承处的高度。座椅高度应该使驾驶员大腿接近水平,小腿自然放置。如果座面过高,就会导致小腿悬空,使大腿肌肉受椅面前缘压迫,腿部血液循环受阻,小腿麻木肿胀;座面过低会增加背部肌肉负荷。所以座高的设计先要考虑较小身材的操作者。

2)座宽。座宽应满足臀部就坐所需的尺度,使人能自如地调整坐姿,座宽取值时应适当大于臀宽。通常以大身材女性的臀宽尺寸上限为设计依据,以满足能容纳身材粗壮者的需要。由于驾驶室空间的限制,座宽尺寸不能太大,以免影响变速操纵杆、停车制动杆等的尺寸和操作。

3)座深。座深是指椅面的前后距离。正确的设计应使臀部、腰部都得到支持,座面前缘与小腿间应留有适当的距离,保证小腿可自由活动。座深不宜太大,防止矮小身材的人坐上之后,座面前缘压迫膝窝处的压力敏感部位,迫使人前移,背部得不到靠背支持,产生极度不适。如果要得到靠背的支持,则必须改变腰部正常曲线,也会产生不舒适。为了满足大多数人的需求,座深应按较小百分位的群体设计。这样,身材矮小的人能够坐着舒适,身体高大的人也只要小腿能得到稳定的支持,就不会在大腿部位引起压力疲劳。

4)座面倾角。座面倾角是座面与水平面夹角。座面后倾可以起到2个作用:一是由于人体重力作用,使坐者躯干后移,使背部抵靠靠背,以获得支持,从而使背肌得到放松,降低背部静压;二是防止坐者从座面前缘滑出座面,这对在常处于颠簸环境中的驾驶员尤为重要。但如果座面过分后倾,在进行驾驶操作时,脊椎因身体前屈而会被拉直,破坏正常的腰椎曲线,形成一种费力的姿势,同时还会压迫腹部,长期驾驶会造成生理上的伤害。因此倾角不能太大,一般为4°-8°。

5)靠背的高度。靠背的功用是保持脊柱具有一种轻松的姿势。由于每个人的脊柱长度不同,身材也不完全相同,每个人的脊柱曲度变化存在着一定的差异,使靠背高度与其形状之间出现了复杂的关系。靠背按其高度不同可分为低靠背、中靠背、高靠背及全靠背4类。低靠背为一点支承,只支承腰部;中靠背也是一点支承,支承在胸椎;高靠背为两点支承,靠背下部支承于腰椎、上部支承于肩脚骨上;全靠背为三点支承,除支承于腰椎及肩胛骨之外还设有头枕。靠背的尺寸主要与腰部、肩部、头部的高度(决定靠背高)和宽度(决定靠背宽)有关,确定高度时还应计入座椅的有效厚度。6)靠背倾角。靠背倾角指坐面与靠背的夹角。从保持正常自然形态的脊柱、增加舒适感角度看,靠背倾角取115°左右较为合适。3 座椅Pro/E建模实例分析

用Pro/E建立座椅的模型,然后导入ManneQuinPRO10.2中进行人机分析。ManneQuinPRO10.2的主要功能是:能为产品作人性化设计和评估提供3D的人体模型,可以对此人体模型作多种姿势变换,进行全方位的模拟验证。在进行分析之前,了解坐姿的人体尺寸是非常重要的。坐姿人体尺寸包括11项,如图5所示,表1列出了我国成年人的人体坐姿尺寸。

图5 坐姿人体尺寸 表1 坐姿人体尺寸

下面结合实例对座椅的各静态参数进行分析: 1)座高。为了满足大身材驾驶员的需求,应该取P99男性的人体尺寸进行计算研究。前面已经提过,驾驶员操纵脚踏板时,小腿与大腿间的舒适夹角应为110°-120°,以120°为优,如图6所示。根据图

5、表2可知AB代表坐深,P99男性的坐深AB为510 mm;BC为小腿加足高加上鞋高修正量30mm,取P99男性的尺寸得出BC=463+30=493mm。根据公式:AC2=AB2+BC2-2AB·BCcos120°,即AC2=5102+4932-2×510×493×cos120°=754 579,求得AC≈869 mm。实例中的轻卡驾驶室中DC为840 mm。根据勾股定理:AD2=AC2-CD2,即AD2=8692-8402=45 361。求得AD≈214mm就是舒适的座椅高度。实例的座椅的高度为200 mm,与214 mm的相差不大。用Pro/E建立如图7所示的座椅三维模型,然后导入ManneQuin-PRO10。2中,采用P99男性的人体3D模型进行分析,可得知当人坐在高度为214 mm座椅上时,大腿与小腿夹角是120°,所以本例的轻卡座椅的高度是合理的。

2)座宽。根据P99的女性坐姿臀宽400 mm,再加上着装功能修正量13 mm,座椅的座宽应为413 mm较佳。本例轻卡驾驶座椅的座宽尺寸为510 mm,大于413 mm。建模分析如图8所示,座椅宽度大于P99的女性坐姿臀宽,因此,该轻卡的坐 宽是较为合理的,能满足更大部分人群的使用。

3)座深。根据P5的女性人体坐深401 mm,再加上着装修正量,座深应为415 mm左右。本例轻卡座椅的座深为460 mm,建模分析如图9,看到小身材尺寸的女性的膝窝处的压力敏感部位受到座面前缘的压迫,所以建议缩小座深,改为415 mm左右。

图6 小腿与大腿夹角

图7 座椅高度分析验证

图8 座宽分析验证

4)座面倾角。由图9可知,该轻卡的座面倾角为5°。汽车驾驶座椅座面倾角一般为7°-12°,为了避免驾驶员因颠簸而滑出座椅,建议将座面倾角改为15°左右。

图9 座深、座面倾角分析验证

5)靠背高度。本例的座椅是三点支承的全靠背座椅。查询GB/T14774─93《工作座椅一般人类工效学要求》可知,腰靠距座面的高度取165-210mm,腰靠圆弧半径取为400-700 mm,推荐值为550 mm。如图10所示,本例座椅的腰靠高度在170 mm左右,其表面为接近于平面的大圆弧。靠背高度为848 mm,表面弧度的设计与人体在正常状态下的脊椎弯曲吻合度较大,因此其设计是较为合理的。

6)靠背倾角。本例的座椅靠背倾角调节范围是:向后8°,向前7°。如图10所示,靠背倾角为100°,向前调节后可达到93°,向后调节可达到107°,即本例的座椅靠背倾角范围是93°-107°。查询GB/T14774─93《工作座椅一般人类工效学要求》可知,靠背倾角取95°~115°。所以靠背倾角的度数也在合理的参数范围之内。

图10 座面倾角、靠背高度分析验证

参考文献

[1] 丁玉兰。人因工程学[M]。上海:上海交通大学出版社,2004。

[2] 毛恩荣,张红,宋正河。车辆人机工程学[M]。北京:北京理工大学出版社,2007。

[3] 赖维铁。管理工效学[M]。长沙:湖南人民出版社,1988。

[4] 陆剑雄,张福昌,申利民。坐姿与座椅设计的人机工程学探讨[J]。人类工效学,2005,11(4):44-49。

[5] 史慧丽。轿车驾驶座椅的人机工程学研究与设计[D]。济南:山东大学,2005。

2.座椅人体工程学(振动) 篇二

拖拉机在农业生产中有着广泛的应用, 然而由于没有悬架系统和高质量的座椅, 拖拉机振动严重损害了驾驶员的健康。因此, 研究拖拉机座椅振动特性, 从而减小拖拉机振动, 成为一个亟待解决的问题[1]。

本文基于福田欧豹福田欧豹拖拉机、路面激振装置、加速度测试装置组建的拖拉机振动测试系统, 对拖拉机座椅振动系统进行测试[2], 并得出振动特性数据[3]。从定性分析的角度, 通过研究座椅振动系统的共振频率变化及变化规律, 分析了拖拉机座椅振动性能;从定量分析的角度, 通过对座椅振动频响曲线的辨识, 建立数学模型, 得到弹性系数、阻尼系数和固有频率等振动特性参数, 给出减振方法, 为进一步进行座椅的减振研究和设计提供了数据支撑。

1 数据获取及座椅振动特性定性分析

拖拉机在行驶过程中主要受发动机激振和路面激振[4], 本文采用的拖拉机振动测试系统如图1所示。拖拉机在5个挡位、两种路面状况 (轨道和平路) 下, 用DC-104R动态应变测试仪对前轴、后轴、座椅基部和座椅4个传感器安装部位进行加速度信号采集, 得到10组、40道振动加速度信号。采集到的数据文件通过DC-104R控制软件转换成CSV格式数据文件, 由MATLAB软件经数据读入、振动信号预处理、时域处理、频域处理和图形显示等步骤得到拖拉机座椅振动特性数据。拖拉机振动测试框图如图2所示。

本文使用经典谱估计方法—韦尔奇方法[5]进行频域处理。MATLAB 2009 数字信号处理工具箱提供基于韦尔奇方法的频谱分析函数, 包括自谱函数pwelch () 、互谱函数cpsd () 、频响函数tfestimate () 等。函数参数选取如下:采样频率为100Hz, FFT长度取为1024, 窗函数选为汉宁窗、窗长度取为128, 叠合长度为窗函数的1/2 (即64) 。振动特性数据包括基部—座椅频响函数幅频曲线如图3所, 基部及座椅共振频率如表1所示。

根据表1做出基部与座椅4个传感器部位5个挡位和两种路面状况下的共振频率散点折线图, 如图4和图5所示。 (注:平路状况下作的散点图的坐标横轴本应是相应挡位行驶速度, 为了分析方便, 将平路和路障状况下的坐标横轴统一为路障频率。)

由图4可知:平路情况下路面激励很小, 座椅基部和座椅共振频率变化很小, 在3.6Hz左右波动。

由图5可知:在路障情况下, Ⅰ挡时路面激励较小, 其共振频率基本与平路下共振频率相同;随着挡位的增大, 路面激励随之增大, 共振频率值逐渐减小, 向路障频率值靠近;Ⅴ挡时, 共振频率值与路障频率值基本相同, 形成共振, 并且基部和座椅的共振频率值逐渐重合。

由表1可知, 拖拉机基部、座椅的振动共振频率在2.5～4.2Hz之间;发动机转速为1600r/min左右, 其产生的激振频率为26.7Hz左右。由图3可以看出, 座椅在2.5～4.2Hz区间的衰减性能不理想, 4～8Hz区间和26.7Hz附近的衰减性能比较理想。大部分振动能量集中在共振频率附近, 所以拖拉机在行驶过程中将有较多振动能量传至驾驶者。使人身体感觉不适的振动频率范围一般在4～8Hz之间[6], 因而该拖拉机座椅在衰减有害频率方面性能比较好。

2 拖拉机座椅振动特性定量分析

座椅振动系统是一个多自由度的振动系统, 由于实验时的测试误差、数字信号处理时的截断误差以及初始条件的限制等因素, 导致建立准确的数学模型比较困难[7]。为了便于座椅频响特性的分析, 本文基于下述波形处理方法和模型假设进行了座椅振动模型构建[8]。

1) 波形处理。

为了突出重点和方便分析, 将座椅频响频谱曲线按20Hz进行低通滤波, 保留2～3个波峰曲线, 然后生成幅频曲线和相频曲线, 并且生成双对数坐标显示的曲线。

2) 模型假设。

假设实际生成的频谱曲线误差很小, 初始状态为0, 座椅振动为单自由度振动系统。由上述假设, 建立座椅振动系统的单自由度有阻尼自由系统的力学模型, 如图6所示。

由图6建立振动系统的拉氏数学模型, 即

m1x1s2+cs (x1-x2) +k (x1-x2) =m2x2s2

式中 m1, m2—驾驶者的体重和拖拉机参与座椅振动系统的有效质量;

x1, x2—传感器3和传感器4的位移;

f (t) —基部对座椅施加的力;

k—弹性系数;

c—阻尼系数。

整理得

(m1s2+cs+k) X1 (s) = (m2s2+cs+k) X2 (s)

加速度传递函数为

undefined

可见, 系统由二阶振荡环节和二阶微分环节构成。将其写成标准形式, 即

undefined为常数)

式中 ξ1, wn1—二阶微分环节的阻尼比和无阻尼频率, 且undefined;

ξ2, wn2—二阶振荡环节的阻尼比和无阻尼频率, 且undefined。

以Ⅰ挡时的座椅振动系统频响曲线 (如图7所示) 为例, 进行数学模型分析。

观察幅频曲线的第1个“波谷”段, “波谷”前可拟合成水平直线, “波谷”后可拟合成斜率为40的直线;相对应的相频曲线上, 其相位的变化范围是180°。幅频规律和相频规律均与二阶微分环节的幅相频规律相符, 因此在模型假设的前提下, 该段频谱曲线表示二阶微分环节。此二阶微分环节的初始相位是-180°, 这是因为在些频段之前系统存在着小阻尼的微分或积分环节。

观察幅频曲线的第1个“波峰”段, “波峰”前是二阶微分环节斜率为40的部分, “波谷”后可拟合成水平直线, 幅频规律基本和二阶振荡环节与环节前的二阶微分环节相叠加的规律相符, 因此在模型假设的前提下, 该段频谱曲线表示的就是二阶振荡环节。此二阶微分环节在相频曲线上所显示的相位变化范围不是典型的180°, 且该环节后的幅频曲线陡然“下跌”, 这是因为在该环节后系统存在着其它环节与之叠加。

参考幅频曲线第1个“波峰”处频率和拟合直线的交点, 选取二阶振荡环节无阻尼固有频率wn1=2.5;相频曲线-90°处频率为二阶微分环节无阻尼固有频率wn2, 测量相频曲线-135°, -90°和-45°处的频率值分别为wα1=0.58, wn2=0.68, wb2=0.92。由undefined, 求阻尼比的公式ξ= (wundefined-wundefined) /2 (wundefined+wundefined) , 又已知驾驶员体重m1=75kg, 联合估算得拖拉机机体参与座椅振动系统的有效质量m2=1 012kg, 系统弹性系数k=468N/m, 系统阻尼系数c=75.7Nm/s, 二阶振荡环节阻尼比ξ1=0.81, 二阶微分环节阻尼比ξ2=0.22。

对于二阶振荡环节, 其无阻尼固有频率undefined越小, 频响曲线的第1“波峰”值就越小, 因此系统弹性系数k越小越好。阻尼是不利于隔振的, 因而应用小阻尼的隔振材料。

3 结论

本文基于拖拉机振动测试系统得出的振动特征数据, 总结了共振频率变化规律, 从定性的角度分析可知拖拉机座椅对振动的能量衰减性能较差, 对有害振动频率衰减性能较好。从定量的角度给出了一种对座椅振动频响曲线辨识建模方法, 得到弹性系数和阻尼系数、固有频率等座椅振动系统特性参数, 为进一步进行拖拉机座椅减振研究和设计提供了支撑。

参考文献

[1]Niranjan, Prasad, V K Tewari, et al.Tractor ride vibration-a review[J].Journal of Terramechanics, 1995, 32 (4) :205-219.

[2]李敏通, 杨青, 陈军.拖拉机整车振动测试系统的设计[J].西北农林科技大学学报, 2009, 38 (5) :229-234.

[3]张选民.轮式拖拉机发动机的振动测试分析[J].农业机械学报, 2000, 31 (6) :69-71.

[4]田新庆, 孙鹏, 陈国晶.手扶拖拉机座椅振动的原因分析及现有减振措施[J].现代化农业, 2006 (9) :23-24.

[5]陈亚勇.MATLAB信号处理详解[M].北京:人民邮电出版社, 2001:138-149.

[6]王林, 高健.汽车拖拉机振动的测量及对人体健康影响的初步研究[J].济宁医学院学报, 1989, 12 (4) :5-9.

[7]王新忠, 于清泉.轮式拖拉机行驶振动力学模型及振动方程建立[J].黑龙江八一农垦大学学报, 1998, 10 (1) :45-48.

3.以人体工程学角度分析室外座椅 篇三

引言

户外座椅是一种供给路人停留、休憩的一种室外家具，它多存在于小区、公园、游乐场、广场之类的共公共场所，随着新时代的到来、社会的进步，户外座椅已经成为乡村城市必不可少的配置，在为人们带来舒适、便利的同时，也增加了环境的唯美感。

人体工程学与设计的完美结合

人体工程学（Human Fngineering Engineering，简称HFE），又称工效学、人机工程学、人类工效学、人体工学、人因学等各种名称，是一门重要的工程技术学科。是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适目的的一门学科。因此在家具设计中是否设计合理直接影响到人们的健康问题，而在社会环境中应严格按照人体工程学原理设计产品，会带给人们最高的舒适感。

户外座椅设计思维

室外家具做为展现特色文化形态而存在，需要设计者从设计理念、文化背景、风格匹配等多方面因素来考虑，在户外家具设计中，想完美的体现其特色，必须将本地区传统文化精髓与高速发展的现代科技文化相结合，通过现代高科技技术将中国特色文化唯美的呈现于人们的眼前。

设计认知

1.元素提炼

家具设计作为一种特殊时代文化背景下的产物，就其本质而言应该涵盖应有的文化属性，这也是作为一名设计师必须要考虑的问题，马凌诺斯基认为“一物的结构与其使用的方法相结合才成为它的文化实体”这也就是说在设计一件产品时，要充分的考虑其精神元素与物质元素的融合。

2.形态设计

在形态设计过程中，设计传承千年中国的历史文化基因，汲取当地文化特色并运用到家具的设计中，给人带来全新的艺术理念，礼赞岁月的沉淀。

3.色彩配搭

在所有的设计中，色彩的搭配是至关重要的，室外家具的设计也应与时间空间上的感官相统一，因此在设计中色彩的选择应慎重考虑，给予人在心理与生理以最大的舒适感。

4.材质选择

长期放置与户外，不可避免风吹日晒，因此在材料的选择上应考虑周全，塑料座椅轻便易移动，组装、拆卸相对方便，因时间流逝产生颜色蜕变，便于粉刷更新。

设计尺度

1.适用尺度

在设计之初，根据作品所摆放的环境为公共场所，因此在设计时根据不同的人群采用了不同座椅高度。根据现实生活中多种因素的考虑，在设计公共座椅时，应注意安全、舒适、方便等原则，因此在设计户外座椅时应兼顾儿童、老人、残疾人等弱势群体的使用方便度。

2.功能尺度

室外家具的设计根据所处环境的不同进行合理的搭配组合，简洁而方便，宜动易静。多功能坐台的组合使这款家具的使用功能增加，符合人体工程学要求的长、宽、高设计，使用者自由选择适合自身舒适度的座椅。

3.心理尺度

心理尺度是设计的重要因素，户外活动人多而杂乱，人们根据自身的熟悉度选择座椅位置，因此需要了解人体的心理尺度，以便设计产品成果符合人群要求。例如：人体之间的密切距离、个人安全距离、社会交流距离、公共距离等，因此根据社会中单个人体的自身所存在的各种不同因素所产生的不同心理尺度，来进行户外空间中座椅的设计。

设计情感

社会的飞速发展，科技技术的不断进步，人们的生活状况也发生着翻天覆地的变化，自工业革命以来，从开始人适应物质产品发展到现在物质产品适应人的需求而存在，每一步的跨越都是历史的巨大进步，这与人类本身的重视是息息相关的，在家具上而言，最简单的座椅随着时代的发展，越来越得到人们的重视，在经历外观造型、实用功能等阶段之后，人们将注意力锁定在生态健康设计之中，“以人为本，设计为人”的观念受到人们的高度重视，成为产品设计的生命力所在。

在我国在人体工程学研究发展相对于西方国家较为缓慢，而人体工程学又非一门简单的学科，因此人体工程学的课题研究应该得到国人的高度重视，以促进其快速优良的发展。

结论

真正的设计应是为人而存在，为人所服务，随着绿色生态设计理念的提出，“以人为本”设计思潮得到人们高度关注，人体工程学则在其中发挥至关重要的作用。然而人体工程学不仅仅是单纯数据的罗列，也包括了人体心理、作业环境、内在本质等多重因素，因此它指导设计的不仅仅是一件单纯的设计成果，同时也是一件令人赏心悦目的艺术品。

（作者单位：湖南工业大学包装设计艺术学院）

4.座椅人体工程学(振动) 篇四

论文题目 ： 浅析人机工程学在儿童座椅中的应用 姓学班年专学名 ： 号 ： 级 ： 级 ： 业 ： 院 ：

王清超 123007010813 1208班 2012级 产品设计 艺术设计学院 丁翔

讲师

2016年 3月30日(初稿时间)指导教师 ： 完成时间 ：

武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸

本科毕业论文（设计）

论文题目 ： 浅析人机工程学在儿童座椅中的应用 姓学班年专学名 ： 号 ： 级 ： 级 ： 业 ： 院 ：

王清超 123007010813 1208班 2012级 产品设计 艺术设计学院 丁翔

讲师

2016年 5月10日（正稿时间）指导教师 ： 完成时间 ：

武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸

作者声明

本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。

毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。特此声明

作者专业 作者学号 作者签名

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产品设计 123007010813

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****年**月**日

武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸

浅析人机工程学在儿童座椅中的应用

王清超

Analysis of the application of ergonomics in the

child seat

Wang, QingChao

2016年5月10

武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸

摘要

近年来，国内科学技术高速发展，在经济、人才、市场等方面竞争也与日俱增，而孩子做为家庭未来的希望，是每个家长都重点的关注对象，所以导致家长对孩子的要求越来越高、对孩子的教育问题、健康发育都极为的关注，想把孩子培养的更好、更加的优秀。

本文从人机工程学方面着手研究，分析儿童的不同年龄时段的身体特征，以及不同坐姿对儿童身体健康的影响。在材料、结构和色彩上，也进行调研发掘儿童的喜好，从而创新出既促进孩子健康的坐姿，茁壮成长，也符合孩子自己喜好的儿童座椅。

本文在人际工程学的角度集中阐述，由浅入深讲述儿童座椅在设计中的尺寸、结构、色彩、娱乐性等方面的重要意义。

本文创新主要体现在，从人体坐姿生理学、座椅结果和材料选择的角度出发，分析座椅对于儿童身体的影响，同时结合现有的一些新式座椅，发挥想象力设计出更加健康舒适的儿童座椅，让人们更加了解座椅对儿童健康的影响。

关键词：儿童座椅、人机工程学、材料色彩、造型设计

武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸

目录

引

论 ····················································································· 1

一、人机工程学在儿童座椅中的意义

················································ 1

（一）国内外人际工程学发展史 ···································································· 1

（二）人机工程学在儿童座椅中的应用价值 ····················································· 2

二、人机工程学在儿童座椅设计中相关因素分析 ································· 2

（一）何谓人机工程学？ ············································································· 2

（二）国内儿童生理分析 ············································································· 3

（三）人机工程学对儿童座椅设计中的材料要素的影响 ······································ 3

（四）人机工程学对儿童座椅设计中的结构因素的影响 ······································ 3

三、人机工程学在儿童座椅中的体现 ················································ 5

（一）国内现有儿童座椅人机特点分析 ··························································· 5

（二）木质儿童座椅的优点分析 ···································································· 7

（三）儿童座椅的尺寸要求 ·········································································· 9

（四）儿童座椅设计定位及方案 ·································································· 10 结 语 ······················································································· 12 主要参考文献 ·············································································· 13

引

论

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图2 国内人机工程学

在中国最早期，儿童座椅的设计大都包含在成人家具之中，但是随着中国的经济高速发展，家具市场的竞争越来越激烈。最近几年来，儿童家具设计才从成人家具中分离出来，形成独立的新型市场领域，也出现了一些专门从事儿童家具设计和生产的厂家。

（二）人机工程学在儿童座椅中的应用价值

儿童座椅的使用者。大都一些2--8岁的儿童，他们因为年龄小、认知低、对周围的一些所有事物都有浓厚兴趣，但却缺乏安全意识。因此在尽量培养孩子兴趣的同时，也对孩子的健康成长非常重视①。

而儿童座椅则是孩子成长中必不可少的学习、休息用品，本文将从人机工程学的角度分析，尺度和尺寸对儿童座椅计中的重要影响。在儿童座椅的设计中，健康的坐姿是和儿童身体尺寸息息相关的。根据国内现有的儿童座椅的市场调查，儿童座椅在人机工程学中对儿童健康成长有着很重要的问题。

比如现在国内儿童眼睛近视的发病率达高达70%，而这种现象产生的原因，就是因为儿童座椅设计的尺寸要求不合理。这些问题主要表现在，座椅的高度国内没有规定的严格标准，导致儿童不健康的坐姿，不合理的阅读书写状态，从而导致了儿童眼镜近视发病率的提升。从儿童桌椅设计的角度来看，我们要把握三个方面的关系：

（1）儿童不同年龄段的身体尺寸。（2）儿童座椅的尺寸标准。

（3）儿童座椅设计健康坐姿和尺寸的关系。

本文将通过设计作品，将人机工程学和儿童座椅设计的趣味性相结合，利用儿童座椅 ① 文字来源：ISBN:7810134213人机工程学_丁玉兰等编著

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人体尺寸分为动态尺寸和静态尺寸，而关于儿童的尺寸是很少的，本文主要从儿童的身高尺寸入手，因为它是儿童座椅设计中最重要的因素之一。

根据资料查找，2008年2月8日，国内第一次儿童人体尺寸、体重参数的调查结果，其中抽取了2-8岁男童和女童的身高、体重，可以看出在这些年龄段的男童身高和体重都是高于女童。如图四所示①，根据卫生部每年的全国儿童体格发育状况的调查，以2006年的第五次全国儿童体格发育调查为例，调查数据表明

第一，城市和农村儿童的身高差距缩小。第二，儿童发育呈较快增长趋势。

第三，国内城市儿童的发育的水平，达到了世界儿童生长发育的标准。由于国内城市和农村儿童身高尺寸的差距的缩小，儿童家具生产厂家为儿童座椅设计变得更加方便，在设计之中也渐渐有了一定的规范标准。在儿童座椅设计中座椅尺寸要与儿童的身体的互相配合。这样才会得到家长的认可，也有益于儿童的健康成长。在选择儿童桌椅时，最好选择具有能够按照身高的变化进行调整的功能。

图五

各年龄段儿童身体尺寸

参照国内儿童椅设计的标准尺寸规定，建议儿童椅的座面高为280mm，座深为200mm，座前宽300mm，座后宽270mm，靠背上缘距座面高15mm，靠背下缘距座面高28mm。

如图五所示②。

但是如果要保证各个年龄段的儿童所使用的座椅都量身定做，那么每个儿童成长中都会需要很多套座椅，这种消费方式显然不符合国内经济发展的水平和可持续发展的战略。

综上所述，我们在设计儿童桌椅时，应以人机工程学作为指导，使座椅的高度符合儿童身体尺寸、心理尺寸，严格按照标准设计和生产儿童座椅的尺度和尺寸，保持儿童身体尺寸与座椅的协调性，以便设计出安全、舒适、方便携带、不易受伤的儿童桌椅。

（三）人机工程学对儿童座椅设计中材料要素的影响。

①②图片来源：http:// 图片来源：http:///report/3367681.aspx

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在休息时，腿可以向前方伸展，可松弛肌肉，也有助于身体的稳定。随着儿童的不同年龄段的成长，椅子的高度要求也要随之提高，更换新的儿童座椅。

二、椅面宽度和倾角

成人座椅椅面座宽一般设定为30cm左右，儿童则在25cm左右。而座面倾角也分二种，一种是休息椅、另一种为学习椅。休息椅座面倾角大，可达到20度—26度，这样有利于儿童身心松弛。对学习座椅而言，因学习时儿童坐姿一般保持垂直状态最好，如座面过于后倾，会破坏儿童的正常坐直，也会也儿童学习更加疲惫，形成一种费力的姿势，因此倾角最好平行于地面。

三、靠背角度

图八 坐姿

靠背角度是指座面与靠背的夹角，靠背角度的作用是使人体在自然状态下得到支撑，与座面的倾斜角度达到舒适的效果。如图八所示①，一般儿童娱乐用椅的靠背角度较大，可达到105—110度，而但对于儿童学习时的座椅来讲，太大的角度会使得儿童有种放松的心理，不利于儿童学习效率，所以儿童座椅靠背角度一般是垂直于椅面。

三、人机工程学在儿童座椅中的体现。

（一）国内现有儿童座椅人机特点分析。

①图片来源：image.baidu.com/search/index?ct=201326592&cl=2&st=-1&lm=

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厘米之间的小孩，如图九所示①儿童椅子坐面高度大概在19厘米左右最合适。小孩子在三岁后，对自己的专属物品特别的感兴趣，在他们脑海里会对各种形态的物品有大致的认识，比如他们知道，大的衣服是属于大人们的，自己的衣物是小小的，大人们的碗是瓷的，自己的碗是不锈钢的等等，这些是对自己专属物品的理解。而专属物品中，他们最爱的可能就是小椅子了，儿童座椅的尺寸一般是20*20*25cm。

如果椅子不合适，不仅会对孩子造成驼背的影响，还会对孩子的发育造成影响。另外，由于孩子的身高子在不断长高，所以椅子也要随之更换，买适合孩子身高的椅子。

（四）儿童座椅设计定位及设计方案。

（一）设计定位

（1）儿童座椅要随时随地便可用来轻松休息，使用场合广泛，容易携带；（2）易清理、耐水、耐老化，适合户外使用。（3）舒适、安全符合家长对儿童座椅的要求。（4）坐姿比站立更有利于血液循环

（5）有利于保持身体的稳定，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于儿童作业

（二）设计方案

（1)高度可调节；（2）稳定性与趣味同时兼顾；（3）给儿童留有足够的活动空间；

（4）能够保证腿的活动空间，以减轻儿童玩耍后腿的疲劳；

（5）坐面宽度、椅子高度、椅背高度需要根据人机工程学尺寸来设定；（6）材料选择为木材，无污染、无棱角，表面光滑。

（三）设计原则和分类

1.座椅的形式与尺度及其功用有关

2.座椅的尺度必须参照儿童人体测量学数据确定 3.身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担 4.座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减小

5.腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度

①图片来源：http:///report/3367681.aspx

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结语

在论文结束之际，通过以上可以看出，人体工程学座椅设计绝对不是一项简单的工作，面对不同的人群他有不同的设计标准与规范。设计之中它更是要考虑和椅子相关的高度、坐宽、靠背、软硬、曲线等人体尺度等多重因素，还要考虑到儿童椅子的使用场合，清洁和耐久需求。还要考虑材料构件的选择以及成本问题。除此之外，还要考虑的美观、新颖、创意等各种艺术精神方面的需求。人体工程学以“人”为研究的起点，以“服务于人”为最终目标，与人类生活学习工作密不可分。故需要我们了解人体工程学及学习其操作方法并运用自如，做出符合实用美观的作品。

最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、教授!感谢这篇论文所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作！

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我很多素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助！