人机桌椅设计ppt课件.ppt
机电工程系 工业设计教研室,坐姿生理解剖基础坐椅设计的人机要求办公台设计工作台椅设计（一般工作场所座椅、办公室座椅）,第3章 桌椅设计,机电工程系 工业设计教研室,第一节 坐姿生理解剖基础,一、坐姿脊柱形态及其生理效应,1、脊柱、椎间盘与骨盆结构人体骨胳共有206块，分为中轴骨和四肢两大部分。支撑头颅与全身的骨结构为脊柱、骨盆与下肢。脊柱分4个区段：7节椎骨组成的颈椎；12节椎骨组成胸椎；5节椎骨组成腰椎；骶尾骨。见图31,机电工程系 工业设计教研室,图3-1脊柱的构造,机电工程系 工业设计教研室,二、坐姿生理学,1. 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，压力均匀地分布于各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷。,机电工程系 工业设计教研室,2. 当处于非自然坐姿时，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。,机电工程系 工业设计教研室,躯干完全挺直的坐姿使脊椎严重弯曲，因椎间盘上压力不能正常分布，身体上部的负荷加在腰椎部，引起不适，因此90度角的靠背椅是不良的设计,良好的坐姿：腰与大腿成135度，腰椎部有支撑,躯干前倾的姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹，这种姿势因而也极不舒服，影响了胸椎和颈椎的正常弯曲，使颈、背部疲劳。,F E D C B A,G,机电工程系 工业设计教研室,1、肌肉活动度,脊椎骨依据其附近的肌肉和腱连接，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压力(拉或压)的作用，使肌肉活动度增加，招致疲劳酸痛。,三、坐姿生物力学,机电工程系 工业设计教研室,3组不同坐姿的23腰椎背棘直肌肌电图,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；,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。,机电工程系 工业设计教研室,C 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,根据矫形学原理和肌肉活动度分析可得出下列结论：,A 躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳,B 设置适当的靠背可使疲劳降低,机电工程系 工业设计教研室,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神经传导而感到不适。所以座垫上的压力应按照臂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，向四周逐渐减少，至大腿部位时压力降至最低值，这是座垫设计的压力分布不均匀原则。,图32 体压分布曲线,机电工程系 工业设计教研室,3、股骨受力分析,图33座面对股骨的影响,图32（a）所示，坐骨结节下面的座面呈近似水平时，人体感到舒服。 图32（b）所示，当坐面呈斗形时，引起不舒适感。所以在座椅设计中，斗形坐面是应该避免的。,机电工程系 工业设计教研室,4、椎间盘受力分析,图34（a）腰部无不舒适感。当人体处于前弯坐姿时，椎骨前端的间距发生改变，相邻两椎骨缩小，后端增大，引起腰部不舒适感，长期积累作用，可造成椎间盘病变，见（b）。（c）是汽车司机驾驶员舒适的姿势。从坐姿生物力学角度，应保证肢体免受异常力作用。,图34 不同坐姿时椎间盘受力分析,机电工程系 工业设计教研室,四、坐姿的优点和缺点,1、优点 可免除站立时人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力，减少人体能耗，消除疲劳。 坐姿比站立更有利于血液循环。 有利于保持身体的稳定，这对精细作业更适合。 在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于作业。,机电工程系 工业设计教研室,缺点,2、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疲劳。 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。,机电工程系 工业设计教研室,第二节 坐椅设计主要依据,一、座姿舒适性的概念 1、概述 人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分体重。座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力最少。 坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感。,机电工程系 工业设计教研室,2、舒适座椅的探讨,舒适座椅可分下列各部分来探讨：座椅的硬度及形状；背垫的硬度及形状；背垫与座垫的关系；身体支撑的舒适度和座面的舒适度；座椅的通气程度等。,机电工程系 工业设计教研室,二、座椅的尺寸设计,人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；上身应保持稳定；座位的高度应不使大腿肌肉受压；可以变换或调节坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽量减少身体的不舒适感。,1、座椅尺寸设计应遵循以下原则：,机电工程系 工业设计教研室,2、座椅的主要尺寸设计,座高,定义：座高是指地面至就坐后面上坐骨支承处的高度。合适的座高应使臀部受力符合要求。,讨论：座位过高，则不能使体重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，而且上、下腿和背部肌肉都会紧张。座高过低，则会使背部肌肉紧张，久而久之会产生背痛。,机电工程系 工业设计教研室,1. 适当的座高应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放于地面。2. 座面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时间这样坐着血液循环受阻，小腿麻木肿胀。因此，座高一般按低身材人群设计，建议座面前缘应比人体膝窝高度低35cm，且有半径为2.55cm的弧度。3. 座面亦不能太低，否则腿长的人骨盆后倾，正常的腰椎曲线被拉直，致使腰酸不适。,座高：休息用安乐椅3845cm，工作椅4350cm,机电工程系 工业设计教研室,4、休息椅应使腿能向前方伸展，以放松肌肉，也有助于身体的稳定,5、工作椅使人以较直立的姿势坐于其上，双脚平放于地面，故其座高比休息椅稍大,6、当作业面固定时，椅高上限应根据身材较矮的作业者的要求来确定，因为工作椅的高度显然与作业面高度有关，工作椅最好高度可调，以适应不同作业者,机电工程系 工业设计教研室,讨论： 座深应使臀部得到全部的支撑，同时，要求座面的前沿不过分伸出，以防止挤压小腿，而且座面前沿应离开小腿一定的距离，以保证小腿的灵活性。,座深,定义：座深是指座面的前后距离。,机电工程系 工业设计教研室,座深：休息用椅4043cm，工作用椅3540cm,1、指椅面前缘至后缘的距离，该尺寸不能太大。正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位,2、如座深大于身材矮小者的大腿长（臀部至膝窝距），座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线；否则，坐者必须向座缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持,3、为适应绝大多数使用者，座深应按较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒适，身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。,机电工程系 工业设计教研室,座宽,座宽应满足臀部就坐所需要的尺度，使人能自如地调整坐姿，一般取400500mm，肩并肩坐的排座，座宽应能保证人能自由活动,机电工程系 工业设计教研室,座宽必须能容纳身材粗壮的人。对单人使用的座椅，参考尺寸是臀宽，以女性群体尺寸上限为设计根据， 对成排相邻放置的座椅，如剧场观众椅，则座宽应以肘间距的群体上限位为设计基准，以避免拥挤压迫感。 座宽亦不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有的支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。,座宽：4345cm,机电工程系 工业设计教研室,靠背,靠背应适当的支持腰凹，使腰关节能自由能自由运动，靠背压于腰部的面积愈宽愈好。 因此，靠背的水平形状应适合于腰围，靠背的斜度因工作的不同而要求不同。,机电工程系 工业设计教研室,靠背的高度与宽度,因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，座椅设计要从座面与靠背之间的角度和适当的腰椎支持来尽力保证。成年人腰椎部中心位置约在座位上方2326cm处，腰椎支点应略高于此尺度，以支持背部重量。,机电工程系 工业设计教研室,靠背的最大高度可达4863cm，最大宽度可达3548cm。靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度(决定靠背高)和肩宽(决定靠背宽)有关，确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。,靠背由肩靠和腰靠两部份构成，大部份工作场合，腰靠最主要。,为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分，其高度至少为12.520cm,机电工程系 工业设计教研室,靠背角度 ：103一112度,指座面与靠背的夹角，其目的与座面角度相似,从脊柱正常形态来看，该角为115度较为合适。实际应用中，建议取：阅读用椅101l04度，休息椅105108度,机电工程系 工业设计教研室,扶手,扶手高：座垫有效厚度以上2122cm,在不妨碍执行某些待定作业的情况下，一般座椅应考虑设置扶手。扶手的主要功用是使手臂有所依托，减轻手臂下垂重力对肩部的作用，使人体处于较稳定的状态。它也可以作为起身站立或变换坐姿的起点。 扶手不能太高，否则迫使肘部抬高，肩部与颈部肌肉拉伸；但如过低则实际上使臂部得不到支撑，或者躯干必须偏斜，以寻求一侧的支承,机电工程系 工业设计教研室,座面倾角,座面倾角：休息椅1920度，工作椅小于3度,定义：座面倾角指座面与水平面所夹角度,座面后倾的作用有两点：一是由于重力，躯干后移，使背部抵靠椅背，获得支持，可以降低背肌静压。二是防止坐者从座缘滑出座面。后者在振动颠簸的环境中尤为重要，如汽车鸳驶用座椅及长途汽车的乘客座椅。,机电工程系 工业设计教研室,休息椅座面倾角大，有利于身心松弛，大座面倾角与靠背倾角构成近于平躺的休息姿势。 对工作座椅而言，因作业空间一般在身体前侧，如座面过份后倾，脊椎因身体前屈作业而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，因此倾角不能太大，一般为3度以下。,从座椅的功能来区分,机电工程系 工业设计教研室,采用座面适当前倾设计的工作椅会更适合于工作，尤其是办公室工作，比如对写字和绘图用椅的设计，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度以上，如果背靠角为90。，则相当于座面与靠背夹角为l05度，这是坐姿的最小舒适角度，靠背对于脊椎部还能起适度的支持作用，肌肉紧张较小，背部压力在椎骨上分布也较均匀。,研究还表明：,机电工程系 工业设计教研室,椅垫,人体在坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量的肌肉，人体重且的75左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。 测试研究表明，坐于座垫上的臀部压力值大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。 椅垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，因为身体可以适应地陷入座垫。,0 5 10 15 20 25 30 35 40 45,27 18 10,座面上的距离 cm,产生的压力 kg,正常的坐姿,双腿交叉时,机电工程系 工业设计教研室,第三节 办公台设计,注：本节以电子化办公台设计为主,一、电子化办公台人体尺寸,按照人机工程原理，电子化办公台尺寸应符合人体各部位尺寸。下图是依据人体尺寸确定的电子化办公台主要尺寸，该设计是依据的人体尺寸是从大量调查资料获得的平均值。,二、电子化办公台可调性及组合性设计,机电工程系 工业设计教研室,二、电子化办公台可调性及组合性设计,机电工程系 工业设计教研室,机电工程系 工业设计教研室,可移动办公台,机电工程系 工业设计教研室,曲线办公台一组,机电工程系 工业设计教研室,机电工程系 工业设计教研室,家具与科技,机电工程系 工业设计教研室,第三节 座椅设计,设计原则和分类设计细则,机电工程系 工业设计教研室,一、设计原则和分类,6. 椅垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域,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,机电工程系 工业设计教研室,当考虑坐姿动机时，座椅基本分为三类：,休息为目的的安乐椅,作业场所的工作椅,多用椅,机电工程系 工业设计教研室,休息为目的的安乐椅,设计重点在于使人体得到最大的舒适感，消除身体的紧张与疲劳。合理的设计应使人体的压力感减至最小。,机电工程系 工业设计教研室,作业场所的工作椅,稳定性是主要因素，腰部应有适当的支持，重量要均匀分布于座垫(或座面)上，同时要适当考虑人体的活动性，操作的灵活性与方便等。,机电工程系 工业设计教研室,多用椅,这类座椅以多种功能为设计重点。它可能与桌子配合，可能是工作、休息兼用，也可能是作为备用椅可以折叠收藏起来。,机电工程系 工业设计教研室,二、座椅的设计应注意的问题,1、靠背的作用在于支持躯干，而主要在于支持腰部。因此，其形状和角度，对于保持良好坐姿，使脊柱接近于正常自然状态，减少疲劳具有重要意义。 2、对于工作用椅，其稳定性极为重要。为防止座椅的滑动和翻倒，椅脚应设计成5个，并均匀分布在直径为400450 mm的圆周上。 3、椅面材料应透气性好且不打滑(例如毛料)，以增加臀部的舒适感。椅面前缘应呈弧曲面。,座椅设计实例（休息用椅）,座椅侧面轮廓（每格100 100 mm）,座椅设计实例（多功能座椅）,座椅侧面轮廓（每格100 100 mm）,高靠背办公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸(mm),中靠背办公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸（mm）,机电工程系 工业设计教研室,作业题: 桌椅设计：根据人体尺寸及椅子设计原则，分析目前学生用椅的缺点，设计一种适合学生用的椅子。请注意：你可以根据自己的兴趣，设计其他椅子。,
