学生座椅的人因工程设计.doc

学生座椅的人因工程学设计
南京财经大学营销与物流管理学院
广告 081 何建亚
指导专家： 朱建萍

摘要：
为适应生活舒适化方向发展的趋势，本研究基于坐姿下静态舒适性的生理学机理，分析了学生座椅的结构形式，及适合人体特性舒适性的座椅结构几何参数，得出了学生座椅设计参数与人体身高的关系。对设计者在学生座椅设计时参数的拟定具有一定的指导意义。
关键词：人体生理，学生座椅，设计参数，舒适性

Abstract:
In order to adapt the tendency which the life comfortable direction develops, this research based on the sitting posture under the static comfortable physiology mechanism, has analyzed the student chair structural style, and suits the human body characteristic comfortable chair structure geometry parameter, has obtained the student chair design variable and the human body height relations. Designs when the student chair the parameter determination has certain guiding sense to the designer.
Key word: Human Body physiology, Student chair, Design variable, Comfortableness

目录
第一章 引言…………………………………………………………………… 1
第二章 学生坐姿舒适性的生理学效应……………………………………… 1
第三章 舒适坐姿对座椅设计的规定………………………………………… 2
第四章 舒适座椅的设计思绪………………………………………………… 3
第五章 座椅设计的几何参数………………………………………………… 3
第六章 结论…………………………………………………………………… 4
参考文献 ………………………………………………………………………… 5
第一章 引言

自工业设计产生起，座椅就一直是设计师们热衷的题目。其间，各种风格、流派的座椅不计其数。但真正按照人体工程学原理所做的优秀设计并不多。座椅的形式感似乎超越了其最基本的功能：舒适性。座椅设计是否符合人机工程学原理，不仅仅是使用方便性的问题，它与使用者的身体健康息息相关。据资料表白，在工业化国家里，三分之二的工作是坐姿状态。随着工业化限度的提高和社会竞争的加剧，人们坐姿的时间也日益延长。长时间的静坐所引发的生理问题：如下肢静脉压力增长，下肢肿胀等；特别是坐姿引起的腰部问题，也越来越明显地摆在设计师面前。据德国1996年的记录数据表白，85%的腰痛患者是由于长时间静坐引起。目前，除了向人们提倡每隔一段时间起立活动的健康工作方式外，座椅的人机化设计也越来越多地被关注。设计师们从人机工程学的角度出发，凭借新材料、新工艺和技术，使座椅的功能性与外在形态以不同的方式结合，人性化座椅不断被赋予新的含义。根据人机工程学原理对座椅静态舒适性的参数拟定给设计师们带来了很大的方便和参考价值。它通过拟定椅面高度、靠背与座面的夹角及扶手的高度等，使不同的人都能获得对腰部的支撑，尽也许保持脊椎的自然弯曲，从而减轻对背部肌肉和腰椎的压力。

第二章 学生坐姿舒适性的生理学效应

一、坐姿分析
在坐姿状态下，支持人体的重要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等[1]。腰椎、骸骨和椎间盘及软组织承受坐姿时上身大部分负荷，还要实现弯腰扭转等动作。对座椅设计而言，这两部分最为重要。正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骸骨时则后凹。在良好的坐姿状态下，压力适本地分布于各椎间盘上，肌肉织织上承受均匀的静负荷。人体的坐姿自身就是一对矛盾。当直腰坐时，身体保持“甲型，椎间盘内压力小，但是肌肉负荷大；当弯腰坐时，可以解除背部肌肉的负荷，使整个身体感觉舒适，有助于身体平衡，但增长了椎间盘的内压力，易形成佝偻。
二、体压分布
根据人体组织的解剖特性可知，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动脉的分布，故不宜承受重压。因此，譬部的合理压力分布应为体一半以上的重量由骨盆下的坐骨结节承受，由此向外，压力为最小。因此，座椅不仅应有合适的高度，并且座椅面应紧密平坦，以保证臀部压力的合理分布。研究表白[2]，过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增长了躯干的不稳定性，并且不易改变坐姿，容易产生疲劳。
当人坐着的时候，覆盖着坐骨结节的皮肤可以更好地经受住持久的压力[3]。因此，座面上的臀部压力分布应当是坐骨结节处最大，由此向外逐渐减少，直至与座面边沿接触的大腿下部，压力最小。座椅靠背上的压力分布，应当是肩脚骨和腰椎骨两个部位最高，这就是靠背设计中的“两点支撑 ”准则。没有腰靠将只靠肌肉来维持腰曲弧形，势必引起腰部肌肉疲劳和损伤。当人长时间保持一个坐姿不动而出现肌肉紧张时，稍稍转动身体位置可以促进生物电的活动，使肌肉放松而重新获得体息。

第三章 舒适坐姿对座椅设计的规定

一、保持脊柱正常的生理弯曲
舒适的坐姿生理特性[4]，应当保证腰曲弧形处在正常自然状态，腹背肌肉处在松弛状态，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，保持体腿夹角在90°—150°之间，小腿向前伸，大腿与小腿，座椅的设计应尽也许使乘客脊柱处在生理体位，保持正常的生理弯曲度。各部分肌肉处在放松状态，身体屈伸部位的角度以及受压部位要有助于人体保持正常的血液循环。保持脊柱正常生理弯曲是减轻疲劳的重要因素。人应靠在座椅靠背上，使身体后倾，与水平成
150°，若是靠背角度能调节，其调节范围在95°-135°为宜[5]。为了达成人体舒适坐姿，人体的背部和腰部应给予合理的支承。为了保证乘客的舒适，还应在座椅靠背的合适位置配备头枕，一方面维持正常的颈曲形状，另一方面能防止头部由于剧烈后仰（如列车忽然加速起动等）所导致的颈椎伤害。
二、合理的体压分布以保证全身肌肉放松及血液正常循环
舒适坐姿压力在臀部的分布，体重应落在较大的承受面上，但不是平均分布。坐骨结节处应压力最大，从坐骨结节向外，压力逐渐减小，直到与座面前缘接触的大腿下面，压力为最小。为了使压力集中于大腿后部的坐骨结节周边，应略提高座垫与水平方向的夹角，约
5°-100 °为宜。此外，为了使腹部与大腿之间的血管不受压迫且血流畅通，躯干与大腿之间应保持钝角，大约105°-115°为舒适。这一生理规定需要座椅靠背略向后倾。但若靠背角过大，也会使乘客起坐不便，向窗外视物倾斜，并使颈部有向前弯曲上抬的趋势，不仅导致颈部疲劳以及心理上的不适感和疲劳感，并且还会影响车内有效面积的合理使用。座面不能过高，应比小腿长度短，这样双腿能踩到地面以支持大腿的部分重量。此外，坐位时大腿略倾斜并向下，小腿略向前的位置也使静脉血易于回流，可减少疲劳的产生。座椅扶手也能起到促进上肢静脉血回流的作用，其高度要配合适当，应不使人体的肌肉勉强适应扶手高低而产生屈曲或伸张的感觉。
因此，舒适座椅设计的重要原则如下：
A．人体驱干的重量应当由坐骨、臀部及脊椎按适当比例分别承担，其重要部分应当由坐骨
结节承担。
B．人体上身应当保持稳定。
C．人体腰椎下部（第4-5腰椎之间）应当由适当的腰部支撑。
D．座面的高度应当保证大腿的肌肉和血管不受压迫。
E．就座者应当可以方便自如地改变姿势。
F．座椅的位置和尺寸应当与工作台、显示装置、操纵装置相配合并具有方便性。

第四章 舒适座椅的设计思绪

座椅的设计一方面要满足人们的舒适度规定，充足运用人机体工程学原理，使旅客在乘坐时不能有生理性压迫，尽量保持人体在直立状态时其脊椎的 S 形曲线，由于这种状态下脊椎的负重很小，旅客不易疲劳。一种舒适的座椅应使旅客腿部轻微支撑，坐骨关节部全面支撑，腰部全面支撑，背中部轻微支撑。假如座椅的设计不合理，背部太硬，腰部太弱，腿部太硬，臀部过度下沉，则会约束人体动作，从生理上给旅客导致压力。
一般情况下，我们在考虑座椅的各部分尺寸，座垫面、靠背面曲线造型，扶手造型，脚踏装置，茶桌等时都要满足以下规定：
A.人体在不同坐姿下应有一定的活动范围。
B.内包垫材软硬合适，能全面支撑身体，体压分布合理。
C.侧部设支撑、扶手，其高度、造型应满足坐立、躺位时对手臂不产生压力。

第五章 座椅设计的几何参数

一、座面与靠背夹角
座面与靠背夹角是保证得到舒适姿势的必要条件。座面与靠背的夹角多为115°。左右调节靠背一般在95°-135°。这样，靠背和座面与人体背部、臀部、大腿形成的曲线相吻合使人感到舒适[6]。
二、座椅设计几何参数推荐值
以上对人的坐势进行全面系统的人机分析，考虑到产品是否符合学生人体尺度，符合学生人体机能，形体是否符合学生大众的心理需求。座椅的设计是否符合学生的认知模式等因素。根据以上分析并结合实际参数，给出学生座椅设计几何参数推荐值。
参数名称参数值
座高 40cm 座宽 50cm 座深 45cm 靠背高 75cm
靠背宽 50cm 扶手高 16cm 座靠背夹角 115° 座垫倾角 7°

第六章 结论

本文通过剖析人体坐姿的生理学机理，分析了学生座椅的舒适性设计原理，研究了如何使人保持脊柱正常的生理弯曲，合理的体压分布，从而保持全身肌肉放松及血液正常循环。本文结合学生人体实际生理参数数据得出学生座椅设计参数与人体身高的关系，为学生座椅的舒适性设计提供了依据，以达成减少疲劳，舒适性的目的。

参考文献
[1］龚锦编译,人体尺寸与室内空间[M]，天津：天津科学技术出版社。
[2]王琦，概念座椅的设计与研究[C]，东北大学硕士学位论文， 2023
[3]刘新丽，基于尺寸驱动的人机工程设计技术研究[C]，西北工业大学硕士学位论文， 2023
[4]胡永善，腰痛的生物力学特点及康复颈椎痛杂志[J]，2023，25(2)
[5]丁玉兰，人机工程学[M]，北京：北京理工大学出版社， 1997
[7]郑立云，机车司机室人机界面优化[A]，北方交通大学硕士学位论文