资源描述
《机械创新设计》课程设计
设计题目：智能座椅
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 号：
姓名学号：
成绩评估：
指引教师：
设计起止日期： 12月20 日—12 月 26 日
目 录
摘 要 ..................................................................................................
第一章 绪论 ......................................................................................
1 研究背景及意义.....................................................................................
2重要功能和性能指标 .............................................................................
第二章 设计方案 ................................................
2.1重力平衡控制 .....................................................................
2.2定滑轮连接控制 .....................................................
第三章 理论设计计算............................................
3.1椅子尺寸设计.................................................
3.2 重力平衡装置尺寸拟定及理论分析...............................
第四章 工作原理及性能分析
第五章 创新点及应用
第六章 成品展示
第七章心得体会与设计总结
5.1 心得体会:..................................................................
5.2设计总结： ...........................................................................
参照文献 ....................................................... 错误！未定义书签。
摘要
文章一方面简介了重力平衡装置控制原理，通过在座椅上安装重力平衡装置，对其进行恰当调节，使其不但具备老式座椅长处，并且可以及时提示你上课中睡觉行为。智能座椅大幅度提高课堂纪律，使“学风”、“教风”从本质上提高。文章中着重简介了智能座椅设计构造，重要功能和性能阐明以及市场分析等。智能座椅从静态物体实现多功能智能化，不但满足学生心理需求，并且从本质上提高学生主观能动性，并应用人类工程学原理，增列了靠背点高和桌下净空等多项功能尺寸。
第一章 绪论
1 研究背景及意义
椅子是咱们生活中最惯用教具之一，几乎每天都要与咱们密切接触。同步,经济全球化和信息网络化也对人们价值观形成了很大冲击。当代大学生受到了市场经济和金钱价值观影响,有些学生过多考虑个人利益,在学习上体现为学习目不对的,学习态度功利化，上课不是睡觉就是玩手机。在这种状况下，只有通过加强学风建设,才干使大学生确立对的学习目和科学严谨学习态度,培养良好学习习惯,自觉形成优良学习行为。基于这种现象严重性，智能座椅从本质上达到改进学风,达到营造良好学习环境氛围目。椅子是咱们生活中最惯用教具之一，几乎每天都要与咱们密切接触。同步，椅子也是最重要寻常教具之一，在教具设计中占有重要地位，始终备受设计师注重。芬兰知名当代设计大师伊马理•塔佩瓦拉曾经说过“椅子设计是任何室内设计开端”。可见，椅子在室内设计中居首要位置。正由于椅子在室内设计中重要地位，历史上诸多建筑家、设计家为自己设计过椅子，如英国工艺美术运动先驱莫里斯为自己新居“红房子”设计了整套家具，其中就涉及椅子。不但如此，某些先锋派家具设计师积极从材料和技术方面对当代椅子设计进行摸索，谋求新体现形式、摸索新设计风格和探究新审美价值。 以及更好符合人们身体需要，和舒服感满足。从人们主线需求出发，做到人机合一。随着国内经济体制改革进一步,社会各方面得到了迅速发展。同步,经济全球化和信息网络化也对人们价值观形成了很大冲击。当代大学生受到了市场经济和金钱价值观影响,有些学生过多考虑个人利益,在学习上体现为学习目不对的,学习态度功利化，上课不是睡觉就是玩手机。在这种状况下，只有通过加强学风建设,才干使大学生确立对的学习目和科学严谨学习态度,培养良好学习习惯,自觉形成优良学习行为。基于这种现象严重性，智能座椅从本质上达到改进学风,达到营造良好学习环境氛围目。
2重要功能和性能指标
（1）座椅重力平衡调节功能：是由重力自平衡装置机构来完毕：重力平衡装置连接一种定滑轮机构来实现自动提示功能。通过力变化，使座椅平衡度变化。这种变化仅仅限于个人，而不影响她人，反映敏捷迅速，能多快好省让你进入学习状态 ，可以说是你学习好帮手。
（2）座椅“趣味拳击”功能：这个装置是由一精致小盒连接定滑轮而成，内设一海绵制拳击手套，靠弹簧来控制。当力变化时，小盒被拉开，拳击手套自动弹出，达到提示你上课目。该装置生动有趣，充分提高上课效率，可以以另一种方式达到管理目。
(3)座椅矫正功能 ：座椅高度调节依照人体工程学来拟定，当重力失去平衡时，及时调节坐姿，达到矫正坐姿目。
(4)座椅安全性功能：座椅上重力自平衡装置和定滑轮连接装置安全固定，此外她们之间连接线采用硬制铝丝，使其不易被破坏。
第二章 设计方案
2.1 重力平衡控制
用重力平衡装置来实现，其构造是由双儿底座1后支耳上端通过销轴2与推杆3一端铰接，双儿底座1前支耳上端通过销轴10与平衡曲臂6前端铰接，推杆3另一端通过销轴4与平衡曲臂6下端铰接，平衡曲臂6上端通过通过销轴5与主力壁7后端铰接，平衡曲臂6平行杆前部通过销轴11与支柱9后端铰接，支柱9前端通过销轴8与主力壁7铰接。其构造如图所示：
图 1
2.2 定滑轮连接控制
定滑轮依照座椅扶手高度设计定滑轮大小，定滑轮一端跟平衡装置8相连，另一端跟座椅后背小方盒相连。当重力失去平衡时候，即α角等于0度时，滑轮带动小方盒盒盖，盒内东西自然弹出。
2.3 小方盒设立
小方盒使用木质材料，内设轻质弹簧， 弹簧上链一海绵质拳击手套，整个装置精致美观，趣味生动。
2.4 座椅高度控制
依照人体工程学原理设计座椅高度，扶手高度，以减轻腿部肌肉承担，防止不自然弯曲姿势，减少血液循环系统承担。座椅高度是很重要，应当依照工作面高度決定座椅高度，经常浮现錯誤是从地面起量座椅高度。決定座椅高度最重要因素是导致人肘部离工作面之间有一种适当距离，距离是275±25mm,在这个范畴内，大腿厚度占了一定高度。95％男性和女性大腿厚度是175mm。当上半身有了好位置后，再注意到下肢。舒服坐姿是大腿近乎水平以及两脚被地面所支持。为了避免大腿下有过高压力(普通发生在大腿前部)，座位前沿到地面高度不能不不大于腳底到大腿弯距离。
2.5 座椅材料选用
椅子表面材料采用纤维材料，即可透气，又可减少身体下滑。不采用塑膜面，塑膜面不透气，表面太滑， 特别在夏天容易黏在椅子表面。
第三章 理论设计计算
3.1椅子尺寸设计
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撑处高度。座面高度按国内尺寸度，可取为380-450mm。适当椅面高度应使就坐者大腿近于水平，小腿自然垂直，脚掌平放于地面。座面过高，身材矮小者小腿悬空时，使大腿受椅面前缘压迫，坐着感到不适，长时间这样坐，则使小腿血液循环受阻，产生麻木肿胀感。如座面过低，则高身材坐时骨盆倾斜，正常腰椎曲线被拉直，增长背部肌肉负荷，易产生腰酸背痛感。因此椅面高度以矮身材人小腿加足高树枝来设计。此高度为380-400mm为宜。对于学生学习用椅来说，人体普通需要较直立式姿势且脚平方与地面，其高宜比休息用椅稍高。许多研究觉得，工作用椅坐高宜用可调式，以适应大多数人使用。因此咱们将教室椅子高度进行了高度调节，由于产生了腰酸背痛感，是由于座面过低，高身材人坐时骨盆后倾，正常腰椎曲线被拉直，增长了北部肌肉负荷，易产生腰酸背痛感。将本来椅子高度增长为443mm，来符合人同窗们规定。
3.1.2 椅面宽度
椅面宽度必要能容纳身材粗壮人，原教室座椅宽度为430mm，依照调查，分析出百分之九十五数值为440mm，并考虑了冬季着装修正量，最后将座椅宽度调节为460mm，真正满足我校学生生理需求，达到最佳学习状态。
3.1.3座面深度
椅面深度是指椅面先后距离，其尺寸应满足三个条件：使臀部得到充分支持，腰部得到靠背支持，椅面前缘与小腿之间留有恰当距离，以保持大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。如果座深不不大于身材矮小学生大腿长，则座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样坐时间久了会不舒服。因而，座深设计应以座深第五百分为设计，这样身材矮小学生坐着舒服，而身材高达学生只要臀部得到支持，也不会在大腿部位引起疲劳。综上所述，椅面深度应以400mm左右为宜。
3.1.4座面角度
经查关于资料休息用椅为15-20度，工作用椅不大于5度，座垫向后倾斜有两种作用，一方面由于重心力，躯干会向靠背后移，使背部有所支撑。另一方面，在长期坐姿下，座垫向后倾斜以防止臀部逐渐滑出座面。对坐于各种不同靠背角座椅人体，采用肌电图测量其背部肌肉所引变活动力，其成果显示出具备与正中垂线成20靠背倾斜线，即可获得良好背部支撑。就座椅功能和坐动机而言，休息用椅后倾斜垫面有助于维持最佳松弛状态。但是依照对实际教室测量，考虑座椅功能，新设计座椅其座面角为0度，水平最适合同窗学习。
3.1.5靠背高度
座椅设计必要提供对的腰部曲线，使脊椎处在自然均衡状态。成年人腰部前弯曲率厚度为1.5~2.5cm，纵向弧度约为25cm半径，中心位置均为左面上方23~26cm处，而腰椎支撑点位置则应稍高一点，以达到支撑人体背部重量目。靠背尺寸与臀部、地面到肩部高度及肩宽关于。其高度尺寸值如有座垫面时，必要取自人体坐定受压后座面。高靠背对于某些工作（例如打字），也许会妨碍到手臂及肩部动作，此时则应采用支撑腰部区域低矮式靠背。因而，必要依照合用场合不同采用不同靠背高度，靠背高度范畴为46cm-61cm。实际教室靠背高度保持不变，仍520mm，并且在460mm—610mm之间，符合人机设计规定。对靠背腰部支持设计，由于是学习用椅，并非休息用椅，咱们忽视其设计（弧形状），但仍使靠背与人相贴合。
3.1.6 靠背宽
靠背宽应采用人体数据第九十五百分位肩宽为宜。这样有助于背部肌肉紧张。通过计算和查阅，得出数据为437mm，加上衣服修正量为13mm，因此新设计靠背宽度为450mm，更加符合人体生理需求。同步，在设计靠背时，为了配合落座时人体向后突出骶骨和臀部柔软需要。同步又要使腰部能坚实地配合在靠背上，个人建议，在座垫正上方靠背必要有一种开口区域，或向后倾斜退缩，其高度空间至少为70~80mm。
3.1.7靠背角度
与座垫角度同样，靠背角度也具备两种目，防止坐姿人体向前滑动和引导腰弯部位依托在靠背上。针对用于不同场合座椅其角度设定也不同，学习读书用可取95度~100度，若靠背与座面夹角不大于90度，则腹部受压迫，而夹角太大会减少人警觉状态。因而，我新设计座椅靠背角度为98度，符合人体生理需求。
3.18数据整顿
设计前座椅尺寸
尺寸名称
现状数据
椅面高度
390mm
椅面宽度
430mm
椅面深度
360mm
靠背高度
480mm
背下缘距座面高度
50mm
靠背宽度
450mm
设计后座椅尺寸
尺寸名称
设计后数据
座面高度
443mm
椅面宽度
460mm
座面深度
400mm
座面角度
0mm
靠背高度
520mm
靠背宽度
80mm
靠背角度
8度
3.2 重力平衡装置尺寸拟定及理论分析
3.21 耳座尺寸计算
由于耳座需支撑整个座椅平衡，因此对其进行载荷分析：
图 2
对座椅重量值，必要严格按照人体工程学额定载重量规定配备，其重量可由下列公式来计算：
W = G + KQ
式中 W— 人对椅总重量（公斤）
G——座椅自重（公斤）
K——平衡系数（数值普通为0.45~0.55）
Q——人体重（公斤）
3.22 重力平衡装置受力分析
整个装置处在平衡环境中，在垂直方向上受重力作用，其计算式为：
0≤W≤W÷Sinα
当人体弯曲时，其α减小时，sinɑ减小，则整个受力增大，座椅失去平衡。
4.23 重力平衡机构自由度计算：
该机构无虚约束和局部自由度，由n=6,Pl=7,得自由度为
F=3n－2Pl=3×6－2×8=2
第四章 工作原理及性能分析
整套座椅靠重力平衡系统来协调，当坐姿不对的时获者大幅度趴在桌子上睡觉获者玩别东西时，椅面失去平衡，角度α变小，由主力壁7连接定滑轮移动，从而拉动小方盒盒盖。此外座椅运用人机工程学基本原理和理论，以“安全、舒服、高效、健康”原则，结合国内多数大生课桌椅设计现状，通过对本校学生课桌椅其他使用状况详细调查分析，再对照学生课桌椅国标，运用国内大学生人体基本尺寸，对学生课桌椅进行人机工程学评析，充分满足广大同窗心理需求。如图所示：
图 3
第五章 创新点及应用
一：新增重力平衡控制，该装置是基于高校教学管理方面，通过人机结合，从本质上变化教学现状，变化以往人人管理方式，提高学风管理建设。
二：座椅高度依照人体工程学原理，能矫正坐姿，且舒服度也提高，防止近视及驼背。
三：安全有趣，能形象生动提示同窗上学时不良行为。
第六章 成品展示
图 4 改进前椅子简易图
图5 改进前椅子简易图
图 6 改进后机构安装简易装置图
图 7 重力平衡机构
第七章 设计心得与总结
5.1设计心得：
这次设计思想来源于大学生活，因此所具备功能也是为大学教室学习以便而设立。因而就产生了制作智能座椅想法。一方面是和几种同窗一起商讨了该方案可行性，最后得到了一致必定。但是在诸多课程安排下，时间比较紧凑，因此比较多方面缺少详细思考和信息，但是我还是可以克服重重困难，大体上完毕了这次设计。至于所遇上问题，例如重力平衡机构，这是一种大难题，请教了诸多同窗都没有得到协助.在出图时候也遇到问题，电脑出了问题，因此用cad出不了二维图，缺少了一某些线条，只能说这不是办法中办法。但是通过这次创新设计，真学会了诸多知识，还加深了对某些制图软件理解，并得到一定提高。而这些都不重要，重要是让咱们明白，创新就在咱们生活周边，无处不在，只是咱们没有专心去发现，用去探讨。因而我就想，21世纪正是一种讲求科技创新世纪中华民族崛起渴望着拥有创新精神与创新能力人才。虽然说，人才培养重要还是个人努力，但是毋庸置疑是，环境力量仍不容忽视。而学校、科技俱乐部、各类科技创新奖励机制乃至整个社会就正是这样环境。我是幸运，由于我身处这样一种积极环境，但是在许多地方，有许多我同龄人则未必有如此幸运。正如我室友所说：“有某些地方，学校并不勉励（创新活动）。”我想，倘使有一天，整个国家都可以积极倡导培养科技创新型人才，全社会都可以勉励扶持科技创新活动，那么，中华民族崛起便是指日可待！
5.2设计总结：
创新性：智能椅子，充分发挥出其独有优势座椅重力平衡调节功能，能较好让同窗们进入学习状态，相信在不久将来会得到广泛应用。合理性：随着技术水平日益增长，高科技产品将在将来市场里占据主流地位。这些数字化产品大多以其机灵轻便、功能强大、美观得体为卖点而深受广大市民青睐，由此可见市民消费观念大多取决于新潮与创意。因此现今产品发展更趋向人性化和智能化。本作品便是以人性化作为出发点，通过合理设计使得坐着更舒服，同步使用简朴，以便轻巧，合用于各种场合。实用性：椅子也是最重要寻常教具之一，在教具设计中占有重要地位，始终备受设计师注重。某些先锋派家具设计师积极从材料和技术方面对当代椅子设计进行摸索，谋求新体现形式、摸索新设计风格和探究新审美价值。本作品从人们主线需求出发，做到人机合一设计理念是将有用资源合理最大化运用。本作品不但可以节约资源，还更显人性化和低碳化。
参照文献：
（1）郭青山,汪元辉．人机工程设计[M]．天津大学出版社,1994.
（2） 机械设计，陈东，电子工业出版社
（3）机械原理，魏兵，华中科技大学出版
（4）机械创新设计理论与办法，邹慧君，高等教诲出版社
（5）网络资源
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