1、-. z.機械創新設計課程設計設計題目：智能座椅專業：機械設計制造及其自動化班號：*： 成績評定：指導教師：設計起止日期：2013年12月20日12月26日目錄摘要.第一章緒論.1 研究背景及意義.2主要功能和性能指標.第二章設計方案.2.1重力平衡控制.2.2定滑輪連接控制.第三章理論設計計算.3.1椅子的尺寸設計.3.2 重力平衡裝置的尺寸確定及理論分析.第四章工作原理及性能分析第五章 創新點及應用第六章 成品展示第七章心得體會與設計總結5.1 心得體會:.5.2設計總結：.參考文獻.錯誤！未定義書簽。摘要文章首先介紹了重力平衡裝置的控制原理，通過在座椅上安裝重力平衡裝置，對其進展恰當調節

2、，使其不僅具有傳統座椅的優點，而且能夠及時提醒你上課中的睡覺行為。智能座椅大幅度提高課堂紀律，使學風、教風從本質上提高。文章中著重介紹了智能座椅的設計構造，主要功能和性能說明以及市場分析等。智能座椅從靜態物體實現多功能智能化，不僅滿足學生的心理需求，而且從本質上提高學生的主觀能動性，并應用人類工程學原理，增列了靠背點高和桌下凈空等多項功能尺寸。第一章 緒論1 研究背景及意義椅子是我們生活中最常用的教具之一，幾乎每天都要與我們親密接觸。同時,經濟全球化和信息網絡化也對人們的價值觀形成了很大的沖擊。當代大學生受到了市場經濟和金錢價值觀的影響,有些學生過多考慮個人利益,在學習上表現為學習目的不正確,

3、學習態度功利化, 上課不是睡覺就是玩手機。在這種情況下，只有通過加強學風建立,才能使大學生確立正確的學習目的和科學嚴謹的學習態度,培養良好的學習習慣,自覺形成優良的學習行為。基于這種現象的嚴重性，智能座椅從本質上到達改善學風,到達營造良好學習環境的氣氛的目的。椅子是我們生活中最常用的教具之一，幾乎每天都要與我們親密接觸。同時，椅子也是最重要的日常教具之一，在教具設計中占有重要的地位，一直備受設計師的重視。芬蘭著名的現代設計大師伊馬理塔佩瓦拉曾經說過椅子設計是任何室設計的開端。可見，椅子在室設計中居首要位置。正因為椅子在室設計中的重要地位，歷史上很多建筑家、設計家為自己設計過椅子，如英國工藝美術

4、運動的先驅莫里斯為自己的新居紅房子設計了整套家具，其中就包括椅子。不但如此，一些先鋒派家具設計師積極從材料和技術方面對現代椅子設計進展探索，尋求新的表現形式、探索新的設計風格和探究新的審美價值。 以及更好的符合人們的身體需要，和舒適感的滿足。從人們的根本需求出發，做到人機合一。隨著我國經濟體制改革的深入,社會各方面得到了迅速開展。同時,經濟全球化和信息網絡化也對人們的價值觀形成了很大的沖擊。當代大學生受到了市場經濟和金錢價值觀的影響,有些學生過多考慮個人利益,在學習上表現為學習目的不正確,學習態度功利化, 上課不是睡覺就是玩手機。在這種情況下，只有通過加強學風建立,才能使大學生確立正確的學習目

5、的和科學嚴謹的學習態度,培養良好的學習習慣,自覺形成優良的學習行為。基于這種現象的嚴重性，智能座椅從本質上到達改善學風,到達營造良好學習環境的氣氛的目的。2主要功能和性能指標1座椅重力平衡的調節功能：是由重力自平衡裝置機構來完成的：重力平衡裝置連接一個定滑輪機構來實現自動提醒功能。通過力的改變，使座椅平衡度改變。這種改變僅僅限于個人，而不影響他人，反響靈敏迅速，能多快好省的讓你進入學習狀態 ，可以說是你學習的好幫手。2座椅趣味拳擊功能：這個裝置是由一精致小盒連接定滑輪而成，設一海綿制拳擊手套，靠彈簧來控制。當力改變時，小盒被拉開，拳擊手套自動彈出，到達提醒你上課的目的。該裝置生動有趣，充分提高

6、上課效率，能夠以另一種方式到達管理的目的。(3)座椅矯正功能 ：座椅的高度調節根據人體工程學來確定，當重力失去平衡時，及時調整坐姿，到達矯正坐姿的目的。(4)座椅平安性功能：座椅上的重力自平衡裝置和定滑輪的連接裝置平安固定，另外他們之間的連接線采用硬制鋁絲，使其不易被破壞。第二章設計方案2.1 重力平衡控制 用重力平衡裝置來實現，其構造是由雙兒底座1的后支耳上端通過銷軸2與推桿3的一端鉸接，雙兒底座1的前支耳上端通過銷軸10與平衡曲臂6的前端鉸接，推桿3的另一端通過銷軸4與平衡曲臂6的下端鉸接，平衡曲臂6的上端通過通過銷軸5與主力壁7的后端鉸接，平衡曲臂6的平行桿前部通過銷軸11與支柱9的后端

7、鉸接，支柱9的前端通過銷軸8與主力壁7鉸接。其構造如下圖：圖 12.2 定滑輪連接控制定滑輪根據座椅的扶手高度設計定滑輪的大小，定滑輪一端跟平衡裝置8相連，另一端跟座椅后背的小方盒相連。當重力失去平衡的時候，即角等于0度時，滑輪帶動小方盒的盒蓋，盒的東西自然彈出。2.3 小方盒設置小方盒使用木質材料，設輕質彈簧， 彈簧上鏈一海綿質拳擊手套，整個裝置精致美觀，趣味生動。2.4 座椅高度控制 根據人體工程學原理設計座椅高度，扶手高度，以減輕腿部肌肉的負擔，防止不自然的彎曲姿勢，降低血液循環系統的負擔。座椅的高度是很重要的，應該根據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

8、椅高度最重要的因素是造成人的肘部離工作面之間有一個適宜距離，距離是27525mm,在這個圍，大腿的厚度占了一定高度。95男性和女性的大腿厚度是175mm。當上半身有了好的位置后，再注意到下肢。舒服的坐姿是大腿近乎水平以及兩腳被地面所支持。為了防止大腿下有過高的壓力(一般發生在大腿的前部)，座位前沿到地面的高度不能大于腳底到大腿彎的距離。2.5 座椅材料選取椅子外表的材料采用纖維材料，即可透氣，又可減少身體下滑。不采用塑膜面，塑膜面不透氣，外表太滑， 尤其在夏天容易黏在椅子外表。第三章 理論設計計算3.1椅子的尺寸設計3.1.1座面高度座面高度是指地面至就坐后座面上坐骨支撐處的高度。座面高度按我

9、國尺寸度，可取為380-450mm。適宜的椅面高度應使就坐者大腿近于水平，小腿自然垂直，腳掌平放于地面。座面過高，身材矮小者小腿懸空時，使大腿受椅面前緣壓迫，坐著感到不適，長時間這樣坐，則使小腿血液循環受阻，產生麻木腫脹感。如座面過低，則高身材的坐時骨盆傾斜，正常腰椎曲線被拉直，增加背部肌肉負荷，易產生腰酸背痛感。所以椅面的高度以矮身材的人的小腿加足高的樹枝來設計。此高度為380-400mm為宜。對于學生學習用椅來說，人體通常需要較直立式姿勢且腳平方與地面，其高宜比休息用椅稍高。許多研究以為，工作用椅的坐高宜用可調式，以適應大多數人使用。所以我們將教室的椅子高度進展了高度調整，因為產生了腰酸背

10、痛感，是由于座面過低，高身材的人坐時骨盆后傾，正常腰椎曲線被拉直，增加了北部肌肉負荷，易產生腰酸背痛感。將原來椅子的高度增加為443mm，來符合人同學們的要求。 椅面寬度椅面的寬度必須能容納身材粗壯的人，原教室座椅的寬度為430mm，根據調查，分析出百分之九十五的數值為440mm，并考慮了冬季著裝的修正量，最終將座椅的寬度調整為460mm，真正滿足我校學生的生理需求，到達最正確的學習狀態。3.1.3座面深度椅面深度是指椅面的前后距離，其尺寸應滿足三個條件：使臀部得到充分的支持，腰部得到靠背的支持，椅面前緣與小腿之間留有適當的距離，以保持大腿肌肉不受擠壓，小腿可以自由活動。如果座深大于身材矮小的

11、學生大腿長，則座面前緣將壓迫膝窩處壓力敏感部位，這樣坐的時間久了會不舒服。因此，座深的設計應以座深的第五百分為設計，這樣身材矮小的學生坐著舒服，而身材高達的學生只要臀部得到支持，也不會在大腿部位引起疲勞。綜上所述，椅面的深度應以400mm左右為宜。3.1.4座面角度經查有關資料休息用椅為15-20度，工作用椅小于5度，座墊向后傾斜有兩種作用，首先由于重心力，軀干會向靠背后移，使背部有所支撐。其次，在長期的坐姿下，座墊向后傾斜以防止臀部逐漸滑出座面。對坐于各種不同靠背角的座椅的人體，采用肌電圖測量其背部肌肉所引變的活動力，其結果顯示出具有與正中垂線成20的靠背傾斜線，即可獲得良好的背部支撐。就座

12、椅功能和坐的動機而言，休息用椅后傾斜墊面有助于維持最正確的松弛狀態。但是根據對實際教室的測量，考慮座椅的功能，新設計座椅其座面角為0度，水平最適合同學學習。3.1.5靠背的高度座椅的設計必須提供正確的腰部曲線，使脊椎處于自然均衡狀態。成年人腰部前彎曲率厚度為1.52.5cm，縱向弧度約為25cm半徑，中心位置均為左面上方2326cm處，而腰椎的支撐點位置則應稍高一點，以到達支撐人體背部重量的目的。靠背的尺寸與臀部、地面到肩部的高度及肩寬有關。其高度尺寸值如有座墊面時，必須取自人體坐定受壓后的座面。高靠背對于*些工作例如打字，可能會阻礙到手臂及肩部的動作，此時則應采用支撐腰部區域的低矮式靠背。因

13、此，必須根據適用場合不同采用不同的靠背高度，靠背高度的圍為46cm-61cm。實際教室靠背的高度保持不變，仍520mm，并且在460mm610mm之間，符合人機設計要求。對靠背腰部支持的設計，因為是學習用椅，并非休息用椅，我們忽略其設計弧形狀，但仍使靠背與人相貼合。 靠背的寬靠背的寬應采用人體數據的第九十五百分位肩寬為宜。這樣有利于背部肌肉緊。通過計算和查閱，得出數據為437mm，加上衣服的修正量為13mm，所以新設計的靠背寬度為450mm，更加符合人體生理需求。同時，在設計靠背時，為了配合落座時人體向后突出的骶骨和臀部柔軟的需要。同時又要使腰部能堅實地配合在靠背上，個人建議，在座墊正上方的靠

14、背必須有一個開口區域，或向后傾斜退縮，其高度空間至少為7080mm。 3.1.7靠背角度與座墊角度一樣，靠背角度也具有兩種目的，防止坐姿的人體向前滑動和引導腰彎部位依靠在靠背上。針對用于不同場合的座椅其角度設定也不同，學習讀書用可取95度100度，假設靠背與座面夾角小于90度，則腹部受壓迫，而夾角太大會降低人的警覺狀態。因此，我新設計的座椅靠背角度為98度，符合人體生理需求。3.18數據整理設計前座椅尺寸尺寸名稱現狀數據椅面高度390mm椅面寬度430mm椅面深度360mm靠背高度480mm背下緣距座面高度50mm靠背寬度450mm設計后座椅尺寸尺寸名稱設計后數據座面高度 443mm椅面寬度4

15、60mm座面深度400mm座面角度0mm靠背的高度520mm靠背的寬度80mm靠背角度8度3.2 重力平衡裝置的尺寸確定及理論分析3.21 耳座的尺寸計算由于耳座需支撐整個座椅的平衡，所以對其進展載荷分析：圖 2對座椅的重量值，必須嚴格按照人體工程學額定載重量的要求配置，其重量可由以下公式來計算： W = G + KQ式中 W 人對椅總重量千克G座椅自重千克K平衡系數數值一般為0.450.55Q人的體重千克3.22 重力平衡裝置的受力分析整個裝置處于平衡環境中，在垂直方向上受重力作用，其計算式為：0WWSin當人體彎曲時，其減小時，sin減小，則整個受力增大，座椅失去平衡。4.23 重力平衡機

16、構自由度計算：該機構無虛約束和局部自由度，由n=6,Pl=7,得自由度為F=3n2Pl=3628=2第四章 工作原理及性能分析整套座椅靠重力平衡系統來協調，當坐姿不正確時獲者大幅度趴在桌子上睡覺獲者玩別的東西時，椅面失去平衡，角度變小，由主力壁7連接的定滑輪移動，從而拉動小方盒盒蓋。另外座椅運用人機工程學的根本原理和理論, 以平安、舒適、高效、安康的原則，結合國多數大生課桌椅的設計現狀, 通過對本校學生課桌椅其它使用情況的詳細的調查分析，再對照學生課桌椅國家標準，利用我國大學生的人體根本尺寸，對學生課桌椅進展人機工程學的評析，充分滿足廣學的心理需求。如下圖：圖 3第五章 創新點及應用一：新增重

17、力平衡控制，該裝置是基于高校教學管理方面，通過人機結合，從本質上改變教學現狀，改變以往人人的管理方式，提高學風管理建立。二：座椅的高度根據人體工程學原理，能矯正坐姿，且舒適度也提高，防止近視及駝背。三：平安有趣，能形象生動的提醒同學上課時的不良行為。第六章 成品展示圖 4 改良前椅子簡易圖圖5 改良前椅子簡易圖圖 6 改良后機構安裝簡易裝置圖圖 7 重力平衡機構第七章 設計心得與總結5.1設計心得：這次設計思想來源于大學的生活，所以所具有的功能也是為大學教室學習的方便而設置的。因此就產生了制作智能座椅的想法。首先是和幾個同學一起商討了該方案的可行性，最后得到了一致的肯定。但是在很多課程的安排下

18、，時間比擬緊湊，所以比擬多的方面缺少詳細的思考和信息，但是我還是能夠克制重重困難，大體上完成了這次的設計。至于所遇上的問題，例如重力平衡機構，這是一個大難題，請教了很多同學都沒有得到幫助.在出圖的時候也遇到問題，電腦出了問題，所以用cad出不了二維圖，缺少了一局部的線條，只能說這不是方法中的方法。但是通過這次的創新設計，真的學會了很多知識，還加深了對一些制圖軟件的了解，并得到一定的提升。而這些都不重要，重要的是讓我們明白，創新就在我們生活的周邊，無處不在，只是我們沒有用心去發現，用去探討。因此我就想，21世紀正是一個講求科技創新的世紀中華民族的崛起渴望著擁有創新精神與創新能力的人才。雖然說，人才的培養重要的還是個人的努力，但是毋庸置疑的是，環境的力量仍不容無視。而學校、科技俱樂部、各類科技創新獎勵機制乃至整個社會就正是這樣的環境。我是幸運的，因為我身處這樣一個積極的環境，但是在