摘要 ................................................................2 前言................................................................3 1理论资料分析 ......................................................3
1.1坐姿理论.....................................................3 1.2座椅的设计原则...............................................4 2桌椅尺寸计测 ......................................................4
2.1座面高度.....................................................4 2.2座面宽度.....................................................4 2.3座面深度.....................................................5 2.4座面角度.....................................................5 2.5座面硬度.....................................................5 2.6靠背的高度...................................................6 2.7靠背的宽度...................................................6 2.8靠背角度.....................................................6 3课桌尺寸计测 ......................................................6
3.1课桌高度.....................................................6 3.2课桌深度.....................................................7 3.3课桌宽度.....................................................7 4课桌椅在教室的整体布局 ............................................7
4.1坐人侧桌缘与靠背之间的水平距离...............................7 4.2教室内过道宽度...............................................7 5课桌椅的设计 ......................................................7 总 结 .............................................................8 参考文献:...........................................................9
1 运用人机工程学知识进行课桌椅的设计
秦富冬
摘要：通过运用人机工程学知识进行课桌椅的设计，设计出既人性化又实用的课桌椅对学生来说是一件非常重要的事教室是通过学校从事教学活动的一个重要的基地，是教师和学生工作，学习的场所，如何创造一个宜人的教室环境是关系到教师教学和学生学习效果的一个重要因素，由于人体各部位的尺度因人而异，为使各种与人体有关的教室设（课桌、课椅）的设计，能符合人的生理特性，人在使用时处于舒服的状态和适宜的环境之中，就必须在教室到的设施布置和尺寸设计过程中，运用人机环境之间相互关系的系统理论来进行分析研究和设计。 关键词：人机工程；课桌椅；教室；尺寸
2 前言
教室是学校从事教学活动的一个重要的基地，是教师和学生工作，学习的场所，如何创造一个宜人的教室环境是关系到教师教学和学生学习效果的 一个重要因素，由于人体各部位的尺度因人而异，为使各种与人体有关的教 室设（课桌、课椅）的设计，能符合人的生理特性，认人在使用时处于舒服 的状态和适宜的环境之中，就必须在教室到的设施布置和尺寸设计过程中， 运用人机环境之间相互关系的系统理论来进行分析研究和设计。
几千年来，座椅的形态，在人们的心目中已形成固定的模式；座面和座 腿，一部分座椅还有靠背和扶手。凳子经过不断改进，相继出现椅子，扶手 椅，圈椅，高靠背椅，躺椅，沙发等。这些传统座椅的座面呈水平状或略向 后倾斜一半后倾角度为3~5度，躺椅座面得后倾角度大于20度，处于休息状 态的人需要仰靠在椅背上，为防止下滑，座面采取向后倾斜状态，座面向后 倾斜符合休息用椅的休息功能需要，但并不适合工作椅的功能需求，尽管人 类使用座椅很多年，但是对座椅的科学研究只是近些年来才开始，随着自动 化程度的提高，越来越多的作业使用座椅。要设计出满足人的各种需求的工 作椅就必须运用人体工程学的原理，考虑工作椅的各种不同功能，才能够满 足人的心理和生理需要，达到最佳的工作状态。
1理论资料分析
1.1坐姿理论
坐姿是一种人体的自然姿势，她改变以脚支撑全身为以3支撑全身的状况，有利用于发挥脚的作用。它有很多优点，例如当站立时，人体的足踝、膝部、臀部和脊柱等关节部分必须以静态肌力使之处于一定得位置，而当坐着时这些肌力即可免除减少人体的耗能，不易产生疲劳。坐姿比立姿更有利于血液循环。人站立时血液和组织液会向腿部蓄积，坐时肌肉组织松弛，腿部血内的流体静压力降低，血液流至心脏的阻力就会减少，座椅有利于操作者采取更为稳定的坐姿完成各种精巧的动作，而且坐姿也是操作者足踏式控制装置的较佳姿势。虽然如此，坐姿在某些方面也有缺点，其最重要的是它限制了人体的活动性，尤其是在重要的需要用手或手臂用力或从事具有旋转动作时，坐姿较立姿不方便。长期的坐姿对身体的健康也不利，例如它会引起腹部肌肉松弛，记住不正常的弯曲，以及损害某学体内器官的功能（如消化器官、呼吸器官）等，而且坐姿也会在人体的主要支撑面上产生压力，长时间坐在硬质的座椅上，臀部局部受压力，会有很多不舒服的感觉。从座椅的设计观点而言，腰椎和骶椎两部分最为重要。因为这些椎骨和介于其间的椎间盘，扶着于其上的肌肉、肌腱和韧带等，是承受坐姿时人体的大部分体重负荷。所谓良好的坐姿，其必要条件是能够产生最适当的压力分布于各脊柱骨之间的椎间盘上和最适当，最均匀的经负荷量分布于所附着的肌肉组织，如果人体必须以一种违反脊柱的自然形态坐在椅子上，则椎间盘可能分布不正常的压力负荷，长时间腰部就会产生不适感。以X光照片研究人体处于各种姿势下（包括立姿、躺姿、坐姿等34种）腰椎所产生的曲线变化，结果发现，当人体舒服的侧躺时，大腿与小腿适度的弯曲时，脊柱即维持其自然的姿势，此时背部肌肉群即可处于最佳的轻松状态，以此种姿势所形成的腰椎
3 曲线与其他代表性姿势的腰椎曲线比较，可看出其间的差异很大。由此可知要使坐姿能形成接近于正常的腰弯形态，其躯干与大腿间必须保持约115°角，而在腰椎部位必学有所支撑。躯干挺直式的坐姿会产生很大的脊柱骨扭曲力，在这种姿势下，上半身的体重对其下半身腰椎骨也有不良作用。这就是人坐在约90°角的靠背椅子上感到不舒适的原因。躯干前倾的姿势会使向前凸出的腰椎拉直，导致其向后弯曲，继续这种姿势，将影响胸椎和颈椎的正常曲度，最后演变成驼背姿势，持续较长时间，支撑头部负荷的肌肉组织内静态肌力增大，颈部和背部产生疲劳。 1.2座椅的设计原则
（1）座椅的型式和尺度与坐的目的或动机有关。
（2）座椅的尺度必须与相对的人体测量值相配合。
（3）座椅的设计必须能够提供坐在其上的人体有足够的支撑与稳定作用，以避免不良的姿势，同时身体的重量能够均衡的分布在椅面上。
（4）座椅的设计必须能使坐在其上的人体改变其姿势。
（5）靠背，特别是在腰部的支撑，可降低脊柱产生的紧张压力。
(6 )、座垫必须必须有充分的衬垫和适当的硬度，使之有助于将人体重量的压力分步坐骨结节附近。
从坐的动机出发，可将座椅分为三种：休息椅，工作用椅，多用途椅。对于工作椅而言，工作椅的设计包含着非常广阔的范围——从简单的工作台或椅子到最精细、可调整的座椅。适当的座椅设计可以减少疲劳，提高生产效率和节约时间与劳力反之，不良的座椅会使精神不振以及影响到设备操作的容易，使工作效率减低。
2桌椅尺寸计测
2.1座面高度
座面高度是指地面至就坐后座面上坐骨支承处的高度。座面高度按我国 尺度，可取为380~450mm。适宜的椅面高度应使就坐者大腿近于水平，小腿 自然垂直，脚掌平放于地面上。座面过高，否则身材矮小者小腿悬空时，使 大腿受椅面前缘压迫，坐者感到不适，长时间这样做，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。所以椅面的高度以矮身 材到的人的小腿加足高的数值来设计。此高度为380~400mm为宜。对于学生 学习用椅来说，人体通常需要较直立式姿势且脚平放于地面，其坐高宜比休 息用椅稍高。许多研究以为，工作用椅的座高宜用可调式的，以适应大多数 人使用。根据我们队50为同学的调查，我们发现绝大多数的学生坐的时间 长会感到腰酸背痛，所以我们对教室的椅子进行了高度调整，因为产生了腰 酸背痛感，是由于座面过低，高身材的人坐时骨盆后倾，正常腰椎曲线被拉 直，增加了背部肌肉负荷，易产生腰酸背痛感。将原来椅子够高度440mm 增加为443mm,来符合人的要求。 2.2座面宽度
椅面的宽度必须能容纳身材粗壮的人，对于单人使用的座椅，通常以女 性的臀宽尺寸的第九十五百分位数值来设计，同时还要考虑冬季着装的要 求。但对于教室中成排相邻放置（固定）的座椅，则常以时间距群体上限值
4 为设计基准，以避免拥挤压迫感，同时考虑扶手的宽度，使人的双臂得到支 承，如座宽太大，则肘部必须向外伸展以寻求支撑。这样会引起肩部疲劳。 在我们对教室中成排相邻放置的座椅，没有考虑扶手的设计。原教室座椅的 宽度为430，我们根据对50位学生人体尺寸的测量，分析出第九十五百分 位数值（时间距）为440mm，并考虑了冬季着装的修正量，最终将座椅的宽 度调整为460mm，真正满足人的生理需求，达到最佳的工作状态。 2.3座面深度
椅面深度是指椅面的前后距离，其尺寸应满足三个条件：使臀部得到充 分的支持，腰部得到靠背的支持，椅面前缘与小腿之间留有适当的距离，以 保持大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。如果座深大于身材矮小的学生 大腿长，则座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样坐的时间长了会不舒 服。因此，座深的设计应以座深的第五百分位数来设计，这样身材矮小的学 生坐着的舒服，而身材高大的学生只要臀部能得到支持，也不会在大腿部位 引起疲劳。综上所述，椅面的深度应以400mm左右为宜。正确的坐姿使坐者 人体容易寻求到合适的腰椎支撑。如果座深尺寸值超过身材较小者的大腿长， 即臀部至膝窝距离，座面前缘将压迫到膝窝的压力敏感部位，时坐者人体为 使躯干达到靠背的支撑面而改变腰部曲线，或向前滑坐，导致骶椎与腰椎无 靠背支撑而呈不良坐姿。就工作椅而言，它的使用者分布很广，其座深可以 取较矮小者身体测量值作为设计依据。身材高大者，其唯一的不利因素在于 其双膝略微露出座面前端而已。只要设定的座面深度原始数据为400mm。根 据对50位学生的人体数据的调查，取坐深的下限值为设计依据，其座深的第 五百分位学生的人体数据的调查，取座深的下限值为设计依据，其座深的第 五百分位数值为395mm,加之衣服的修正量为20mm,得出新设计的座椅的座深 为415mm。 2.4座面角度
休息用椅为15°~20°，工作用椅小于5°，座垫向后倾斜有两种作用。
首先由于重心力，躯干会向靠背后移，使背部有所有所支撑，降低背部肌肉
的静态肌力。其次，在长期的坐姿下，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度的座椅的人体，采用肌电图测量其背部肌肉所
引变得活动力，其结果显示出具有与正中垂线成20°的靠背倾斜线，即可获
得良好的背部支撑。就坐椅功能和坐的动机而言，休息用椅后倾座垫面有助
于维持最佳的松弛状态。而工作用椅的坐垫面后倾是保证其容易接近于前方
工作区的姿势。 2.5座面硬度
一般座垫的高度是25mm,太软太高的座垫，易造成身体不稳，反易产生
疲劳。椅垫具有两种重要功能，首先它有助于将坐骨节结和臀部上的人体重 量所产生到的压力予以分散，若此种压力无法排除则会引起不舒适甚至疲劳等。其次它能使身体采取一种稳定的姿势，将身条陷入椅垫并支撑它。以观察的方式研究两种不同形式的火车座椅上的乘客，通过分析比较乘客的椅子上所产生的局促扭动的动作量，以及能维持稳定姿势不动到的时间长短等。发现坐的较坚实座椅垫上的乘客其各方面结果均比坐于较软座椅垫上者为佳。人体在休闲椅的柔软材质上只有双脚依靠在坚实的地面上才有稳定感。因此弹力太大的座椅非但无法使人体获得依靠，甚至由于需要维持一种特定姿势，肌肉内应力的增加导致疲劳产生。有柔软的布套、垫物、弹簧等构成
5 的座垫，人体臀部和大腿会深深地凹陷入座垫内，全身受到接触压力，不便调整坐姿，排除压力的效率也差。另外，人体长时间坐着柔软的椅垫物上，一般选择较硬的座面。教室中座椅的座面实际上较硬，我们对新设计的座椅仍采取较硬的座面，这样有利于学生学习时提高学习效率，达到最佳的工作状态。
2.6靠背的高度
座椅的设计必须提供正确的腰部曲度，使脊椎处于自然均衡状态。成年 人腰部前弯曲率厚度约为1.5~2.5cm，纵向弧度约为25cm半径，中心位置均 为座面上方23~26cm处，而腰椎的支持点位置则应稍高一点，以达到支撑人 体背部重量的目的。靠背的尺寸与臀部底面到肩部的高度及肩宽有关。其高 度尺寸值如有座垫椅面时，必须取自人体坐定受压后的座面。高靠背对于某 些工作（例如打字），可能会妨碍到手臂及肩部的动作，此时则应采用支撑腰 部区域的低矮式靠背。因此，必须根据使用场合不同采用不同的靠背高度， 靠背高度的范围宜为46cm~61cm。实际教室靠背的高度保持不变，仍为520mm, 并且在460mm~610mm之间，符合人机设计的要求。对靠背腰部支持的设计， 因为是工作用椅，并非休息用椅，我们忽略其设计（弧形状），但仍使靠背与 人体相贴合。 2.7靠背的宽度
靠背的宽应采用人体数据的第九十五百分位肩宽为宜。这样有利于缓解背 部肌肉紧张。通过对五十位同学肩宽数据的统计和处理，得出第九十五百分 位肩宽的数据为437mm,加上衣服的修正量为13mm，所以新设计的靠背宽度为 450mm，比原来宽了20mm，更加符合人体的生理需求。同时，在设计靠背时， 为了配合落座时人体向后突出的骶骨和臀部柔软的需要。同时又要使腰部能 坚实地配合在靠背上，学者建议，在座垫正上方的靠背必须有一个开口区域， 或向后倾斜退缩，其高度空间至上为70~80mm以上，我们将保持空间高度为 80mm。
2.8靠背角度
与座垫角度一样，靠背角度也具有两种目的，防止坐姿的人体向前滑动
和引导腰弯部位依靠在靠背上。针对用于不同场合的座椅其角度设定也不同， 建议纯为放松身心的休闲椅其最佳角度为105°~108°，而工作椅其可取95 °~105°，学习读书用可取95°~100°，若靠背与座面夹角若小于90°，则 腹部受压迫，而夹角太大会降低人的警觉状态。因此，我们新设计的座椅靠 背角度为98°，符合人体生理需求。
3课桌尺寸计测
3.1课桌高度
课桌高度通常与学生坐肘高相近或稍高于坐姿肘高，一旦桌椅的高度决
定了，则坐姿肘取决于椅高。因此，课桌高度应与一定的椅高相适应。学生 用课桌主要用于记笔记及放置课本，其高度的设计应满足学生记笔记时手臂 肘部很舒服的得到依靠。如果桌面过低，又要保持身体较正常的腰椎曲线， 则必悬臂书写，这时，虽然笔的重量很轻，但是由于力臂较长（笔到肩部的 距离），手臂肌肉需同时支撑手臂本身重量和笔的重量，使人的肌肉很易疲劳， 若寻求肘部依靠在桌面上，则腰部不适，如果课桌过高，则桌面的前沿压着 前臂，或者手的上臂在肩部外展角度多大，都会造成不舒服。设计课桌高度
6 时，需从两方面加以考虑：一是当座椅高度未定时，通常是以群体坐姿时高 的上线数来设计，并且这样的设计高度可使手臂肘部得到依靠，减少学生书 写时的疲劳；二是当座椅高度一定时，桌面下缘至座椅面的高度，应以群体 坐姿大腿厚的上限值来设计，这样的设计高度符合，并考虑使膝部有一定的 上下活动的余地。而桌面上缘至下缘的距离则应考虑学生放书包书籍用。原 来教师课桌的高度为760mm，则重新设计的课桌高度为778mm，它是由五十位 学生的人体数据的第九十五百分位数的大腿厚度为140mm，加上衣服的修正 量13mm，膝盖的上下活动空间12mm，椅子高度为443mm，桌面洞的高150mm， 再加上桌面的厚度20mm，最终将书桌的高度定为778mm。满足人体生理的需 要。
3.2课桌深度
课桌的深度的设计一般以学生前臂长加手长下限来设计，根据对五十位 学生人体数据的统计分析，得出学生前臂长加手长的下限值为380mm，再加 上衣服的修正量5mm，得出新设计的课桌深度为385mm，较之实际测量的课桌 深度多30mm，更能真正符合人机设计要求。 3.3课桌宽度
课桌的宽度应稍大于座面的宽度。等于坐面的宽度（460mm）加上两座面
之间的间隙（60mm），得出新设计的课桌的宽度520mm，较之实际测量的课桌 宽度多5mm，符合大多数人的设计要求。
4课桌椅在教室的整体布局
4.1坐人侧桌缘与靠背之间的水平距离
实际测量的桌椅的间距为550mm，为了满足身材粗壮的人的要求，将坐人侧桌缘与靠背之间的水平拘留修正为565mm。此间距设计常以坐深加上大腿厚的上限数值为设计依据，这样可以使人较方便地进出，一般以550~600mm为宜，新设计的课桌前后排的间距则以此设计依据得出的数据，满足人体的生理的需求。
4.2教室内过道宽度
实际测量得出现存教室分为三排桌椅，中间一排，左右各两排，中间为7排，每排有10个座位，左排（靠窗户）为7排，每排4个座位，右排（靠门）为6排，每排也是4个座位。我们新设计的桌椅所不同的是中间仍为7排，但每排为8个座位，并且左、右排也留出过道供学生走动。原教室两排之间过道宽度为840mm,现新设计教室中间过道为860mm，左、右排过道为430mm，既符合教室宽度的要求，也考虑到学生进出的方便问题。
5课桌椅的设计
色彩是光线刺激眼睛产生神经冲动再传递到大脑的视觉中枢而形成到的一种感知觉。感知觉的形成经常伴随着复杂的心理过程，在这个过程中人们把眼睛直观的色彩信息与自己的色彩审美心理经过综合处理后产生丰富的心理生理反应。生理反应是由于色彩的刺激而使人生理上产生的相应变化，明度的增加意味着活力的增强，饱和度最易引起情绪的变化，饱和度高和过低都会产生不良情绪影响，不同的色相则会使人产生不同的冷暖感。合理的色彩设计对神经系统能产生良好的刺激，使人体的血液循环、内分泌、消化等系统健康有序地工作。
总
结
在这短暂的几天中，我收获颇多，对安全人机学也有了重新的认识，并在设计中，逐步地将理论与实践相结合，在锻炼能力的同时，也感受到了团结的力量。座椅设计时一项涉及多学科的极富挑战性的设计课题，其考虑的因素必须是多方面的，尤其是它涉及了极其复杂的人体，其中包含了人的形态尺寸、生理心理现象以及运动技能等，更使设计师难以设计出完美的椅子。然而在众多问题的探讨中，无疑人机工程学原则是座椅设计的关键要素。这就更需要集体的智慧，集体的力量。在本次设计中，我们从人机工程学和人机解剖学原理分别讨论了坐姿的优缺点，结合坐姿行为探讨了坐理论及不良坐姿所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，并认为坐姿变化时人体在稳定和变动之间寻求平衡以取得折衷的过程，提出了座椅设计的基本原则及座椅设计中的参考数据，为座椅设计提供参考依据。
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