毕业设计(论文)人体工程学汽车座椅的设计.doc
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1、摘 要座椅是汽车的主要功能件之一。座椅的舒适性在车辆的个性化设计中非常重要,同时也是保障车辆安全性能的一部分。设计合理的汽车座椅能为驾乘人员及乘客提供安全、舒适、便于操纵和不易疲劳的驾乘感受。关键词:座椅尺寸 设计 人机工程学 安全舒适AbstractThe chair is one of automobiles major functions. Chairs comfortableness is important in vehicles personalized design, simultaneously is also safeguards the vehicles safety pe
2、rformance a part. The rational design the automobile chair can harness while the personnel and the passenger provides the security, comfortable, to be advantageous for the operation and not easy weary harnessing while the feeling.key word: Chair size design man-machine engineering safe comfortable目
3、录摘要 Abstract 第1章 绪论 11.1 立项背景 11.2 设计主要技术条件及参数 2第2章 总体设计思路及总体技术方案设计 2第3章 座椅详细技术内容及设计 23.1 汽车座椅设计与人体坐姿生理特 2第四章 人体工程学座椅的设计对人的益处 4第五章 安全与舒适统一 享受汽车座椅所带来的乐趣 65.1 超出常规的严格的公司标准 65.2 人机工程效应的重要意义 75.3 S60汽车内突出动感的座椅设计 75.4 为XC90型车设计全新的座椅 85.5 人机工程学的两个不同领域 85.6 为长途驾车旅行创造无穷乐趣 8结论 10致谢 11参考文献 12附录 13 第1章 绪 论现代轿车
4、已经不是一个单纯的运载工具,它已经是“人、汽车与环境”的组合体。座椅作为汽车使用者的直接支承装置,在车厢部件中具有非同小可的重要性。汽车座椅的主要功能是为驾驶者提供便于操纵、舒适、安全和不易疲劳的驾驶座位。1.1 立项背景全球经济体化的今人,兼并重组已司空见惯。在过去6年。北美市场的汽年座椅总装由24家减为18家。那么它是否将象其他零部件行业样,继续演绎着合并的故事呢?不然。据最新信息,剑2006年,北美将增加两家新的庠椅总装供应商Faur。ci8和TIsA(ha rTakashlmaya的合资食业)。可见,汽l午鹰椅市场在不断成眭之中。究其原因,现代汽车座椅除满足原先的使用要求外,它有了更多
5、的要求,如舒适度、可睡眠等。1.2设计主要技术条件及参数制造汽车座椅,首先要从人机工程学原理讨论研究坐姿的优缺点,良好坐姿的必要条件是将最适当的压力分布于各脊椎骨之间的椎间盘上,并将最适当、最均匀的静负荷量分布于所附着的肌肉组织上.运用人体解剖学原理,分析不良坐姿造成的不舒适感和脊椎疾病,用姿势原状恒定原则分析坐姿行为,认为坐姿变化是人体在稳定和变动之间寻求平衡以取得折衷的过程;从而提出座椅设计的基本原则及其主要的参考数据。只有座椅的结构和尺寸设计使脊柱形态接近于正常自然状态,才会减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷,防止疲劳。(2)坐姿体压分布。当座椅上的人处于坐姿状态时,人的身体重量作用于座
6、垫和靠背上的压力分布称作坐姿的体压分布。可见,坐姿体压分布包括座垫上的体压分布和靠背上的体压分布两部分。(3)座垫上的体压分布。根据人体组织的解剖学特性可知,坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位,适合于承重,而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布,故不宜承受重压。人坐在座椅上最舒适的姿势,是臂部离开靠背向前略移,上体胸肩部位与大腿下平面之间夹角为115。使腰背肌肉放松,双腿能舒适地搁置于地面,使腹部通向大腿的血管不受压迫,血液正常循环,符合人体座下休息时的生理要求。坐姿人体测量尺寸是座椅静态尺寸设计的主要依据。与座椅设计相关的人体测量主要尺寸有:坐着的高度(自然);膝盖的高度;坐着臀部高度;肘高;
7、大腿净高;臀部至膝盖的距离;臀部至小腿的距离;肘至肘的宽度;臀部宽度。宽度:一般500左右 深度:一般450480 从人体工程学的角度说明座椅设计要考虑并处理好那些基本问题座面高:430mm or 380480mm 推荐斜度3座面宽:大于400mm座面深:375400mm靠背宽:325375mm;与座面的夹角:95100在水平方向宜有弧度。扶手内宽:大于460mm ;高:140220mm 第2章 总体设计思路及总体技术方案设计因为本设计是专为长途旅行车乘客设计的睡眠座椅,所以,我为座椅设计了车靠,因为在车上是不可能实现躺下或仰卧幅度很大的睡眠姿势的,一般情况下,人们坐立睡觉的话都会出现向一侧倾
8、斜的情况,人在睡眠状态下无法保持身体的平衡,必然会向一侧倾斜,在行驶的汽车中,由于颠簸等原因,靠窗的人头部很容易撞在玻璃窗上,导致受伤,即使不向窗边倾斜,也会向一侧倾倒,导致摔伤等。所以,在我设计的汽车座椅中,在座椅的两侧加装了侧靠,在人体倾斜的时候起到了一定的阻挡作用。除此之外,我还在座椅上加装了安全带,每一个座椅上都有它独立的安全带,在现有的长途汽车中,乘客的座椅几乎都是没有安全带的,即使有也只是在靠近窗户的座椅位置上才安装,如果出现什么紧急情况的话,根本不能保证内侧乘客的安全。而且,作为长途旅行车来说,乘客在车上困乏睡眠是很正常的事情,如果内侧乘客睡熟的话,没有安全带的固定保护,身体必然
9、会出现倾斜状况,对于熟睡的乘客来说当然也是不安全的。所以,我在每一个汽车座椅上都安装了一个安全带,这样不仅保证了乘客的乘车安全而且还保证了乘客的睡眠时的安全。是乘客可以安心睡眠,补充体力。第3章 座椅详细技术内容及设计3.1汽车座椅设计与人体坐姿生理特性汽车座椅的设计越来越受到人们的重视,不仅局限在大的汽车设计公司、汽车生产厂家的有关专家和技术人员,现在的汽车用户也对汽车座椅的安全性、使用耐久性、乘坐舒适性等有关参数表现出极大的关注。 汽车座椅的主要功能在于支承司机和乘客的重量,衰减或缓和由车身地板传来的振动和冲击。给司机一个舒适的安全的乘坐环境,和良好便捷的操作条件。所以,座椅设计的好坏,将
10、对汽车的平顺性、乘坐舒适性、安全性以及操作方便性等产生很大的影响。座椅的动态特性,即缓和和衰减由车身传来的冲击和振动等性能,以及座椅的结构强度、刚度和寿命等问题。这里主要介绍从人机工程学的角度、从人体坐姿生理特性出发,使座椅具有良好的静态特性,即座椅设计和布置的尺寸和形状能使人体具有合适的坐姿,良好的体压分布,良好的触觉,并能方便调整有关尺寸和位置,以保证乘坐稳定、舒适、操作方便、视野良好,减轻疲劳和保障安全。3.1.1人体坐姿生理特性人体怎样的坐姿,才能获得舒适和不易疲劳的生理反映?那我们应该首先了解一下人体脊柱的结构、腰曲变形及舒适的生理要求。人的脊柱是有24块椎骨、骶骨和尾骨连接而成的,
11、如下图1所示。其中椎骨由上至下分为颈椎7节、胸椎12节和腰椎5节。它们由软骨组织和韧带联系,使人体能进行屈伸、侧伸和回旋等几个方向的活动。脊柱位于人体背部中央,是人体的主要支柱。尤其是腰椎承受着人的上体全部重量,同时还要实现人体运动时弯腰、扭转等活动,最容易损伤和腰曲变形。舒适的坐态生理,应保证腰曲弧形处于正常状态,腰背肌肉处于松弛状态,从上体通向大腿的血管不受压迫,保证血液正常循环。因此,最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移,使上体略想后倾斜,保持体腿夹角在90o至115o,如图2所示。同时,大腿与小腿,小腿与脚掌,大臂与小臂之间也应形成一定的角度。3.1.2人体坐姿体压分布体压分布与人的坐姿及
12、座椅靠背和坐垫的刚度分布和形状密切相关。根据人机工程学的研究成果,最合理的体压分布应该是:体重应以较大的支承面积、较小的压力合理的分布在座垫和靠背上,但不要平均分布。体压分布过程应从小到大平滑过度,避免突然变化。从图3中可以看出,人体在座椅上的压力分布并非均匀,而应根据各部位在产生不舒适感觉以前能承受压力的大小予以合理的分布。座垫上的体压分布应使坐骨部分承受的压力最高,有坐骨周围扩展到臀部外围,压力逐渐降低,直到与座垫前沿接触的大腿下平面趋于最低值。靠背上的体压分布应以肩胛骨和腰椎骨两部分的压力最高,这就是靠背设计中的“两点支承”。在靠背的两点支承中,上面支承点是为肩胛骨提供依靠,称为肩靠。它
13、的位置相当于5-6节胸椎之间的高度。下面支承点是为腰曲部分提供依靠,成为腰靠。腰靠的位置一般相当于第4-5节腰椎之间的高度,而不是腰椎的中部。对不同用途的座椅,两点支承的作用也不一样。以乘坐休息为主的乘客座椅,应着重保证舒适的乘坐姿势,此时靠背和座垫之间的倾角以115o较为合适。此时由于身体向后倾斜,只要肩胛部分支撑稳靠也就能的到舒适的效果。所以,肩靠起主要作用。对于以直坐工作为主的司机座椅,由于直坐时人体靠背几乎接触不到靠背,两点支承只剩下腰垫能起到支承作用。在此情况下,腰垫不仅在直坐是起到保护腰椎与缓和腰曲拉伸的作用,而且在需要休息而向后舒展上体时,由于腰垫的合理支撑,还能起到迅速恢复工作
14、时所受的腰曲变形的作用。综上所述,对乘客座椅来说,肩靠起主要作用,司机座椅则应着重于腰垫的设计。第四章 人体工程学座椅的设计对人的益处人体工程学座椅的设计座椅对人有以下的益處: 1.減轻腿部肌肉的负担; 2.防止不自然的身躯姿势; 3.降低血液系統的负担。 但不正确的坐姿也会影响健康,长期坐着的人,腹部肌肉松弛,脊柱变形弯曲,进而影响消化器官和呼吸器官。 原始人只会蹲、跪、伏,並不会坐,那麼座椅是怎麼產生的?经过人类学家的研究,人類最早使用座椅完全是权力地位的象徵,座的功能是次要的。以后座椅又逐步發展成一種禮儀工具,不同地位的人座椅大小不同。座椅的地位象徵意義至今仍然存在。直到20世紀初,人們
15、才開始認識到坐著工作可以提高工作效率,减轻劳动強度。不論在工作、在家中、在公共汽車或在其他的任何地方,每人在他的一生中總有很大的一部分時間是花在坐的上面。我們从经验可知,椅子和座位必須舒適,並配合不同的工作需要,這不僅與工作有關,而且與人的健康有著密切的關係。今天在工业国家内几乎3/4的工作是坐姿作業,因此座椅的研究設計受到了廣泛的重視。但是在我國很少為人們注意,往往认为加一塊泡綿塑料,甚至在椅子的座位上刻出雙腿的溝股就是從人體工程學出發了。這裏我們從一般的座位設計原理開始進一步介紹有關的人體工學問題。 當一個人坐在椅子內,他身體的重量並非全部在整個臀部上,而是在兩塊坐骨的小范围。 各種研究得
16、出了這樣的結論,當人體的重量主要是由坐骨節支撑時,人的感受最舒服。一把好的座椅可以适应改变姿势。軟的座墊是需要的,因為它可以增加接觸表面,从而減小压力分佈的不均勻性。一般座墊高度是25mm。 座椅的高度是很重要的,这該根据工作面高度決定座椅高度,常常出現的錯誤是從地面起量座椅的高度。決定座椅高度最重要的因素是造成人的肘部與工作面之間有一個合適距離,距離是27525mm,在這個距離內,大腿的厚度占据了一定高度。95美國男性和女性的大腿厚度是175mm。當上半身有了好的位置後,再注意到下肢。舒服的坐姿是大腿近乎水準以及兩腳被地面所支持。由於考慮到工作面的需要,可能椅子高度造成人腳達不到地面,這時應
17、該使用腳墊。為了避免大腿下有過高的壓力(一般發生在大腿的前部),座位前沿到地面或腳踏的高度不應大於腳底到大腿彎的距離。這個尺寸的選擇一般應適合第5百分位以上的人,然而這個尺寸的選擇對於固定座椅來說可能會使較高的人不舒服,因此應該略增加35cm,根據美國的尺寸男性和女性第5百分位的尺寸分別為39cm和36cm,因此在實踐中常常採用43cm的高度,當然,可調節的椅子是最理想的選擇。下圖顯示椅高與腿部的影響。 身軀的穩定性大部分是由設計決定的,設計應使得主要的重量是由圍繞著坐骨結節的面積來承受。太軟太高的座墊造成身體不易平衡和穩定,反而不好。椅子表面的材料應採用纖維材料,既可透氣,又可減少身體下滑。
18、不要採用塑膠面,塑膠面不透氣,表面太滑,使人穿著感到不舒服。身體的穩定性也可以靠手來幫助,如果需要手臂支撐,可以把手臂放在桌子上,手臂下面還可以放小的墊子。對於有靠手的座椅,靠手高度自椅面以上200mm為宜,應該是能使手臂自然地垂下的高度,靠手太高是錯誤的設計。轉椅的轉軸可使椅子轉動,適應人的姿勢改變或轉動。轉椅也增加了坐者能伸手達到的範圍。轉椅還能使坐者接近或者離開工作物件,而不需要前後移動椅子。 理想的椅子靠背應該在水準和垂直兩個方向均可調節。非常好的設計是,座椅的靠背具有彈簧作用,可以隨人體背部的移進移出而相應移動。有的座椅靠背能支援人的肩部,具有較高的高度和呈凹面形狀,可以給整個背部較
19、大面積的支撐。 對於工作坐椅,人的肘部會經常碰到靠背,所以靠背寬度以不大於325-375mm為宜。簡單靠背的高度,大約125mm就可以了。對於工礦用椅,靠背相座椅面之間的角度為95110之間,一般以100為宜。 坐姿有各種各樣,就是沒有筆直的。當人由站立變為坐時,這個動作是比較複雜的,身體的彎曲只有60是來自髖關節的旋轉,另外的30是來自腰椎曲線的變平。當坐在椅子上時,軀幹和大腿成直角,腰椎曲線顯著變平了。若為放鬆的姿勢,髖關節彎曲了45,此時大腿的前部和後部肌肉都是處於放鬆狀態。如果變成坐姿,大腿向上彎曲,腰部和背部的肌肉張緊了,腰椎曲線變成向後彎曲形狀。腰椎骨的前沿彼此相壓有相當的壓力(5
20、0100kg),進而壓破椎間盤。坐姿的最嚴重問題是對腰椎和腰部肌肉的有害影響,不正確坐姿不但不能減輕腰的負荷,反而加重了這一負荷。矯形學家使用現代複雜的科學儀器測量了人在不同姿勢和坐姿下椎間盤的內部壓力變化,結果發現,人體姿勢是決定椎間盤內壓力的主要因素,椎間盤內壓力過高是損壞椎間盤的直接原因。 許多人建議人應直腰坐著,以保持脊柱的自然S形。在人直腰坐著時,椎間盤內壓力比彎腰時小。但是,在坐著時適當放鬆,稍微彎曲身體,可以解除背部肌肉的負荷,使整個身體感覺舒服。直腰坐有利於降低椎間盤內壓力,但肌肉負荷增大,彎腰坐有利於肌肉放鬆,卻增加了椎間盤的內壓力。所以,坐姿的問題並不簡單,靠背傾角和靠背的
21、形狀都可影響椎間盤和背部肌肉。下圖為人體姿勢與腰椎形狀的關係。 綜合上述內容,可以得出以下幾點結論: (1) 人的背后仰和放松时,椎间盘内压力最小。 2) 靠背傾角越大,肌肉負荷越小。 (3) 5cm厚的短靠腰(靠住腰部,也叫地靠腰),與平面的靠背相比,可降低椎間盤壓力,減輕肌肉負荷。 (4) 靠背最佳傾角(與水平面夾角)為120,坐面最佳角度(與水平面夾角)為14,靠背 ) 應力5cm厚的地靠背支撐著身體上部分的重量,從而減小了椎間盤內壓力。第五章 安全与舒适统一 享受汽车座椅所带来的乐趣早在大约四十年前,Volvo(富豪)汽车公司就率先在世界上推出可无级调节的座椅腰部支撑结构,并将其应用在
22、亚马孙型汽车的前排座椅上。从那时起,Volvo(富豪)汽车的座椅一直被认为是业界最佳产品。 Volvo(富豪)之所以能保持这项领先优势,有着多方面原因,不过最重要的因素是公司非常注重座椅的科技含量、人机工程效应、安全以及美观。 1964年,Volvo(富豪)汽车公司专门为客户出版的杂志Ratten就盛赞Volvo亚马孙汽车的新型前排座椅是“世界首创”。而该座椅上最值得称道的就是新型腰部支撑结构,只需一把螺丝刀,就可根据驾车人的生理特征对其进行调整。 当时,Volvo(富豪)的工程人员是在与医务专家密切合作下开发出汽车新座椅的(当时人们对人机工程学还几乎一无所知)。这类座椅的设计非常超前,坐垫采
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