人因工程课程设计.doc

人因工程课程设计课程设计题目：教室内课桌椅的人机工程学设计学院：机械工程学院班级： 设计完成日期目录（一） 设计题目及说明1 设计题目2 说明及意义（二）调研与分析1.现状分析2.调研结果（三）方案构思1. 设计原则2. 方案构思（四）对本设计的说明（五）设计小结（一） 设计题目及说明1.设计题目；教室内课桌椅的人机工程学设计2.说明及意义：桌椅已成为大学生活中不可缺少的工具了。据调查，平均每个大学生每天有四个小时以上的时间使用桌椅的，高校大部分学习时间处于伏案坐姿。坐在课桌前一段时间后，经常腰酸背痛。不合理的桌椅设计是引起这些问题的罪魁祸首，它会造成坐姿不端正，使身体某部位肌肉长时间处于静态施力的紧张状态，造成骨骼肌肉的疲劳损伤。同一坐姿保持太久，脖子和肩膀周围的肌肉紧张，时间一长导致酸痛感，手部的神经受到压迫；同时后引起视力下降。之所以会发生上述问题与现在大部分桌椅设计不合理，没有充分考虑人机工程的原理有着莫大的关系。因此研究如何从人际功臣学角度出发，分析设计合理的桌椅，使其符合人体的生理、心里及解剖特征，对于提高学生舒适度、作业能力和效率，培养健康美观的坐姿习惯，预防长期伏案引起的肩颈背肌肉骨骼劳损具有重要的卫生学意义。随着人因工程学学习不断深入，我们小组对学校1、2、3、4教室的桌椅进行了实地调查，并结合人因工程学的方法论，整理分析出了学校课桌椅的总体设计方式与设计的改善建议。本文意在提出合理的课桌椅的设计。并为课桌椅生产商在生产时提供科学理论支持。（二）调研与分析1.现状分析:(1)相邻两个座位间距过窄，活动不是特别方便。特别是在写字的时候，双臂不能舒适自由地进行活动，不能以最佳的只是完成书写，不仅对书写的内容的精确度和美观度有所影响，而且长时间在此条件下写作极易引起双臂和眼睛的疲劳，产生烦躁的情绪，从而使注意力下降，学习效率低；尤其是在现在这个炎热的夏季，一百个人在一个有限的空间内，由于人体本身就在不断的释放热量再加上相邻两人距离过近，会让学生在异常炎热的夏季倍感闷热，心情烦躁；最后，人与人之间需要保持一定的空间距离，即使最亲密的两个人也是一样的，心理学上将社交的距离感为1.22.1米如果你跟一个人太靠近，超过心理安全距离，别人就会有心理压力，所以适当增加相邻两个座位之间的距离是非常必要的。（2）座椅靠背与桌面的水平距离让人感觉宽窄不一，合适的距离会使人在桌面书写时感到方便与舒适，过宽的话身体会不自觉稍向前倾，以寻求最舒适的姿势进行书写，距离过窄身体没有足够的空间去寻求最舒适的姿势，并且最不方便的是大腿部分，因为距离过短膝盖在桌洞的下方双腿没有空间交叠，而大部分学生有“跷二郎腿”的下意识习惯，并且长时间不能改变腿的放置姿势，会造成人体疲劳，所以这样的设计不能满足学生的需求。（3）椅背与桌面容易被涂鸦，也容易弄脏，影响学生心情，产生烦躁的不良情绪，影响学习效率。（4）座椅深度与椅背的倾斜度不合理，以使学生在进行长时间书写中感觉臀部及腰部疲劳酸痛，并且椅背的倾角不合理容易使身体下滑，进而造成，注意力不集中，影响学习效率。2.调研结果根据同学们的切身体会，我组成员对我校（湖南工程学院南校区）1、 2、 3、 4 栋教学楼分别进行了测量，测量数据如下,并且将每栋教学楼的桌椅类型拍摄成图片以记录，将1教A型桌椅作为典型特例应用人因工程研究问题的方法与步骤进行分析和研究，改良设计出符合人体需求的舒适方便的学生座椅和桌面尺寸。并画出1教A型的桌椅的CAXA电子图。 具体数据及图表如下图所示：表1：桌椅实际测量值表单位：厘米（cm） 类型 参数1教2教（可自动调节）3教4教A型B型C型A型A型A型B型D157.661.162.960.059.753.962.4D237.835.735.339.436.335.635.7D330.629.328.829.729.428.928.9D448.250.849.655.548.549.349.8D539.742.142.137.840.341.641.7D642.642.342.542.649.142.442.6D742.041.240.241.640.139.239.5D840.930.029.441.634.129.428.4D946.746.846.652.647.046.846.6D1024.823.223.419.724.224.525.8D1113.214.514.914.015.916.016.0D1277.577.877.477.276.677.277.4D1398106108108109104105注释：由于每排桌椅的参数一致，所以选取每排的一个座位进行测量，具体的参数实际意义为：D1: 椅背与桌面的水平距离 D8：椅背高度D2：座椅水平面到桌面水平面的垂直距离 D9：桌洞长度D3：每个座位对应能使用桌面的宽度 D10：桌洞宽度D4：每个座位对应能使用桌面的长度 D11：桌洞高度D5：座椅高度 D12：桌面高度D6：座椅宽度 D13：座椅靠背的倾斜角D7：座椅深度桌椅（1教A型）测量尺寸：单位（mm）左视图俯视图实物拍摄如下图所示：（二） 方案构思1. 设计原则：进行座椅设计前必须了解到，人性化设计是社会发展的必然趋势。人性化设计是指在设计过程中，根据人的行为习惯，人体的生理结构，人的心理情况，人的思维方式等等，在原有的设计基本功能和性能的基础上在设计中对人的心理生理需求和精神追求的尊重和，满足，是设计中的人文关怀，是对人性的尊重。人性化设计是科学和艺术，技术与人性的结合，科学技术给设计以坚实的结构和良好的功能，而艺术和人性使设计富于美感，充满情趣和活力。所以为了给我校提供符合科学要求、安全舒适、经济的桌椅要以人性化设计为向导，同时需要遵循以下原则：（1） 桌椅的尺寸应与使用者的人体尺寸相适应。因此在设计桌椅前，首先要明确设计的桌椅要供大学生在上课教师使用。要把大学生群体的人体尺寸测量数据作为确定桌椅设计参数的重要依据。（2） 应尽可能使就坐者保持自然的或亲近自然的姿势，并且要是就作者可以不时变换自己的坐姿、（3） 应符合人体生物力学原理。座椅的结构与形态有利于人体体重的合理分布，有利于减轻背部与脊柱的疲劳与变形。（4） 坐姿工作面的高度主要由人体参数和作业性质等因素决定，并根据作业要求进行设计。（5） 应使作者活动方便，操作省力、舒适（6） 牢固、稳定。防止坐者倾翻、滑到、2. 方案构思座椅部分主要尺寸的分析与设计：（1） 座椅高度：舒服的坐姿是大腿近乎水平以及两脚被地面所支持。舒适的椅面高度应 使就坐者大腿近乎水平，小腿自然垂直，脚掌平放于地面。座面过高，身材矮小 者腿悬空时，使大腿受椅面前沿压迫，坐者感到不适，长时间这样坐，则使小腿血液循环受阻，产生麻木肿胀感。如椅面过低，则是高身材的坐时骨盆倾斜，正常腰椎曲线被拉直，增加背部肌肉负荷，易产生腰酸背痛感。所以椅面的高度以身材矮小的人的小腿加足高“”略低一点，椅面前沿以略低于小腿加足高五厘米左右比较适宜。 表2：坐姿人体尺寸（小腿加足高） 单位：mm年龄及百分位数测量项目男（1860）女(1855)1510509095991510509095993.8 小腿加足高372383389413439448463331342350382399405417以座椅使用者群体“小腿加足高”的第5百分位数值做参照，使椅面高度稍低于这一测量值。根据表二可知：成年男性“小腿加足高”第5百分位数为38.3cm，成年女性34.2cm，而高等院校椅面GBT（国家推荐）尺寸为411cm.。如表1所示，1教A型实际测量值为39.7cm。实际值与理想值有偏差，所以这一设计是不符合人因工程学原理的，需要进行改进。考虑我校男女比例情况以及以上各原因，将此处调整为42.0cm。（2） 座椅深度座椅深度要设计成使人的要不自然地倚靠在靠背上时椅面前缘不会低到小腿，一般以“臀膝距”尺寸为参考，取第5百分位数的3/4为依据，这样使短腿着膝盖不会压在椅缘上。表3：坐姿人体尺寸（臀膝距） 单位：mm年龄及百分位数测量项目男（1860）女(1855)1510509095991510509095993.10臀膝距499515524554585595613481495502529561570587根据表3可知：成年男性“臀膝距”第5百分位数为51.5cm，女性为49.5cm，取3/4后，分别为38.63cm,37.13cm,由表1可知:1教A型实际测量椅面深度为42.0cm,实际值与理想值偏差过大，应人因工程学的设计要求将深度改为36.0cm.。（3） 座椅的宽度 宽度要按大身材人的体宽尺寸设计。一般以成年女性臀部测量的第95百分位数为依据。最小的椅子的宽度是40.0cm再加上5cm的衣服和口袋装物的距离。对于有靠手的座椅，两靠手之间的距离最小是50.0cm。不会妨碍手臂活动。 表4人体水平尺寸（臀宽） 单位：mm年龄及百分位数测量项目男（1860）女(1855)1510509095991510509095994.5臀宽273282288306327334346275290296317340346360成年女性臀部测量的第95位百分数为34.6cm。再加上5聪明、的衣服和口袋装物的距离，理想值为39.6cm，由表1可知，1教A型座椅宽度实际测量值为42.6cm，考虑到生产制造经济性及适用性原则将椅面的宽度改进为40.0cm。（4） 座椅面倾角 座椅面倾角由于用途不同设计要求不同，教室用椅的椅面倾斜角应与办公室用椅的倾斜角一致即为后倾3左右为宜。而实际上我校的座椅为曲率不大的离线型，在设计上更为符合人体的结构尺寸需求。（5） 靠背 设置靠背的目的是为了使人坐着工作和休息时把身体一部分重力压在靠背上，以减轻脊柱尤其是腰椎部的负荷，同时脊柱可以保持自然的弯姿，产生轻松省力的感受。靠背是否具有上述功能，主要取决于它的形状、倾角和高低尺寸三个因素的设计。靠背尺寸：由表1可知，1教A型座椅的靠背高度为40.9cm，属于中靠背中靠背除了低靠背具有的支撑腰椎的功能外，还可以支撑到胸椎下半部，是人的腰背部受到一定的支撑，比较省力，比起低靠背更舒适，比起高靠背更经济，因此教室比较适合中靠背，实际测量值与理想值之间相差不大，考虑到经济性原则，可不进行调整。靠背角：靠背角的大小对坐姿和脊柱、背脊的负荷程度有重要影响。办公室用椅以100左右为宜，由表1可知;1教A型靠背角为98，学生座椅就是阅读座椅，是比较符合标准的，所以我们小组选用GBT尺寸104进行改进靠背形状 靠背形状要设计成与脊柱的自然弯曲状相适应。靠背应在腰椎依靠的部位适度隆起使人后靠在上面是能与腰椎段的自然弯曲状恰贴，并使上体前倾。而根据我们小组测量结果我校座椅靠背是平坦的曲面，并没有突起，考虑到人体的身体舒适的需求及经济性的原则，我们在设计时将靠背适当部位适度隆起。下面是人体腰椎的形状，根据腰椎的特点设计靠背的形状。 课桌部分主要的尺寸分析与设计：（1） 课桌的高度坐姿工作面的高度主要由人体参数和作业性质等因素决定。从人体力学的角度来看，作业者的小臂接近水平稍微下倾放在工作面上而上臂属于自然悬垂状态，是最适宜的操作姿势。所以一般把工作面的高度设计在肘部一下510cm（轻作业者正常位置），但也要根据作业性质进行调整，对于书写这样精细的工作，作业面高度要高于正常的位置510cm，使眼睛接近操作对象，便于观察。所以对于成年男性来说使用的桌面高度为90100cm，成年女性为80100cm，而高校桌面高度的GBT尺寸为731cm，由表1可知：1教A型课桌高度实际测量值为77.5cm，所以我们小组考虑各方面因素觉得课桌高度尺寸可以改为74cm，以保证大腿的容膝空间。（2） 桌面宽度（桌面的单位宽度）适当的桌面宽度可以给学生提供舒适的书写环境，提高学生的学习效率和减缓疲劳，方便学生放置书本以外的学习用品和水杯等物品，宽度过小则会与相邻座位的同学互相影响甚至妨碍对方学习。由表1可知：1教A型课桌宽度实际测量值为30.6cm，而高校桌面宽度GBT尺寸为60.0cm，所以我们小组将桌面宽度改进为60.0cm。（3） 桌下净空高 桌下净空高为学生提供适合的容膝空间，以便学生变换姿势缓解疲劳。由表1可知：1教A型桌下净空高实际测量值为64.3cm。高校GBT大于62.0cm，实际值满足理想值，所以不需要改进。（4） 桌面长度（桌面深） 由表1可知：1教A型桌面长度实际测量值为48.2cm，高校GBT尺寸为35.0cm，实际值满足理想值，所以不需要改进。桌椅的配套课桌较高而座椅不配套，脚面不着地就会使腿部承受压力增大，人坐着不舒服：课桌过低，椅子过高就会使人形成趴伏的姿势，缩短了视距，久而久之容易造成脊椎弯曲变形和眼睛近视。因此，学生使用的课桌椅一定要合乎人体尺寸要求的标准。（1）桌椅高度差 由表1可知：1教A型桌椅高度差实际测量值为37.8cm，高校GBT桌椅配套使用标准尺寸为，桌椅高度差应在280320mm范围内，实际值与理想值有较大偏差，我组综合各种因素将桌椅的高度差改进为32.0cm，保证了学生的正