摘要

椅子是重要的家具之一，它不僅是室內(nèi)裝飾的組成部分，還對調(diào)節(jié)人的坐姿，

維護(hù)人體健康起重要作用。在過去，物質(zhì)文化匱乏的時代人們盲目追求外觀奢華的

椅子而忽視椅子本身的意義是用來坐的。隨著社會不斷發(fā)展，人們對這方面的意識

有所提升。人們在椅子的設(shè)計上不僅在體驗(yàn)上追求舒適，外觀上也賦予了文化氣息。

工業(yè)化現(xiàn)代化成熟的今天，椅子的設(shè)計上更應(yīng)以人為本。既采用成熟穩(wěn)定的設(shè)計方

案，也能滿足使用者對舒適度的要求。本文是關(guān)于午休折疊椅外觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計。設(shè)

計內(nèi)容大致如下。

首先式是市面上常見椅子設(shè)計對比，通過對比之下確定以碳鋼材料為主體，外

觀方面采用一體式的結(jié)構(gòu)。接著對主要部件進(jìn)行設(shè)計，提出多個方案比較，選擇最

佳方案。如：可調(diào)節(jié)的腳墊通過伸縮桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；可調(diào)節(jié)角度的椅背通過特制的抽

拉式扶手結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

午休椅主體需要支撐人體的重量，因此采用堅(jiān)固的碳鋼材料，型號Q255；部分

零件使用酚醛塑料；多種鉀釘連接部件，材料為Q235號鋼。主體采用三段式結(jié)構(gòu)進(jìn)

行折疊，可實(shí)現(xiàn)滿足工作，休息，睡眠的要求。

最后對部分關(guān)鍵零件進(jìn)行受力分析，強(qiáng)度校檢。座面托架在支撐人體重量中起

主要作用。經(jīng)過計算，體重70kg的成年人時座面托架造成的壓強(qiáng)為38MPa,遠(yuǎn)低于

Q235號鋼的許用應(yīng)力160MPa；卡扣可直接控制椅背傾斜角度，而酚醛塑料制成的扶

手可提供卡扣的拉力約為10618N,遠(yuǎn)高于人體所帶來的壓力。所以關(guān)鍵部件經(jīng)計算

均達(dá)到合格水平。

關(guān)鍵詞：午休椅；結(jié)構(gòu)設(shè)計；折疊；強(qiáng)度校核

第1章前言

家具作為居家必備的物品，它不僅是室內(nèi)裝飾的重要組成部分，而且還是提升

家具舒適度的重要角色。隨著社會發(fā)展人們的生活水平提高，人們對家具的要求也

越來越高了。因此家具各方面也不斷地發(fā)生改變，以適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L的需求。它

的外觀特色影響著室內(nèi)環(huán)境觀感的同時，還會影響著人們的情緒。因?yàn)槊烙^舒適的

家具，能使人感到愉悅。中國古代就已經(jīng)對家具設(shè)計有著一番研究，時至今日我們

還能通過博物館，網(wǎng)絡(luò)等方式了解古代家具的設(shè)計。即使是同一種家具不同場合也

有著不同外觀設(shè)計。比如客廳的木椅子一般都是刻上畫牡丹，錦鯉，銅幣的元素，

象征著主人的財富；食堂的椅子往往設(shè)計較為簡單，大理石的座面可以在吃飯時帶

來一絲清涼。因此家具也被人們賦予了藝術(shù)內(nèi)涵，也是廣大勞動人民勞動與智慧的

結(jié)晶，影響著人類文化。

隨著工業(yè)化的發(fā)展，人們對家具更多的是追求其舒適性。現(xiàn)代人們追求簡潔性，

過去物質(zhì)匱乏的時代不同，那時人們會對奢華風(fēng)格的向往與追求，能給枯燥乏味的

生活增添一份色彩?，F(xiàn)在，簡約風(fēng)格的家具更能刺激消費(fèi)者們的消費(fèi)欲望?，F(xiàn)代生

活的快節(jié)奏，不同的生活習(xí)慣，不同的使用場景使得人們對家具的要求不斷細(xì)化，

對簡約風(fēng)格有更大的需求。簡約風(fēng)格大方得體，而且外形都是比較規(guī)則，可以有效

節(jié)省空間，舒適度和美觀也能得到保證，可謂一舉多得。在簡約的基礎(chǔ)上加上便利，

正是本課題設(shè)計的折疊椅的意義，折疊椅不僅可以在使用時展開發(fā)揮作用，閑置時

能折疊收納節(jié)省空間，而且方便搬運(yùn)，可以隨時使用，應(yīng)對各種場景，如辦公室，

戶外等。

第2章午休椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2,1午休椅功能設(shè)計

午休折疊椅以普通成年人體型(178cm,70kg)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計，座面高約40cm。

折疊椅的主要部分有：座面，以及支撐座面的椅腳。在這得以沒有椅背的情況

下人需要挺直腰，通過腰部的力量來支撐上本身，時間長了容易累。因此需要加上

折疊椅的靠背；需要給手提供支撐的扶手；座面和椅背尺寸受限，需要增加長度來

給人躺下，也需要腳墊。綜上所述，折疊椅主體由座面，椅腳，椅背，腳墊，扶手

五部分構(gòu)成。

生活中也有很多種碳鋼為主體的折疊家具，它們采用的是通過部件間的連接形

成連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)折疊這一動作。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，采用碳鋼材料可使之提升承載

負(fù)荷。

午休椅的設(shè)計能滿足以下功能：

①用于工作的工作形態(tài)，工作時人的坐姿端正，午休椅設(shè)計上不應(yīng)有多余的部

分影響坐姿。椅背傾斜角度較小，座面高度不宜過低。設(shè)定高度為400mm左右。

②用于休息，閱讀等活動的休息形態(tài)，其使用場景較多，人的坐姿也稍有不同，

應(yīng)提供可調(diào)節(jié)角度的椅背這一功能，并且有腳墊輔助。

③用于睡覺的睡眠形態(tài)，該形態(tài)下應(yīng)該有面積的空間提供不同體型的使用者睡

覺。座面寬度稍大，設(shè)定在520mm左右。整個椅面較其他形態(tài)更靠近地面，以此降

低重心，使午休椅更穩(wěn)定。

④折疊收納的形態(tài)，折疊之后體積變小，方便收納與搬運(yùn)。

設(shè)計將圍繞以上四種功能的折疊椅展開。

午休椅的設(shè)定總長度為1780mm，長度分別由580nlm的腳墊，440mm的座面，760mm

的椅背連接而成。寬度與座面相同，為520mni。

2.2可調(diào)節(jié)腳墊的設(shè)計

2.2.1可調(diào)節(jié)腳墊方案對比

腳墊可安放雙腳，在實(shí)際使用時舒適的體驗(yàn)上更進(jìn)一步?？烧{(diào)節(jié)高度的腳墊可

以滿足不同人的需求。腳墊設(shè)計還需滿足可折疊的要求，從而通過調(diào)節(jié)椅背和墊腳

圖2-3伸縮桿結(jié)構(gòu)

伸縮桿結(jié)構(gòu)由兩段桿組合而成，內(nèi)部使用彈簧按鈕和孔固定，實(shí)現(xiàn)伸縮桿調(diào)節(jié)

到各種檔位，類似折疊傘的傘柄。如圖2-3所示。

圖2-4按鈕裝置截面圖

圖2-4為按鈕截面局部剖視圖，按鈕通過彈簧實(shí)現(xiàn)按壓。

設(shè)計過程中會發(fā)現(xiàn)，伸縮桿的伸縮最大長度取決于伸縮桿最短長度。在后續(xù)的

尺寸設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，伸縮桿最短時在折疊椅睡覺形態(tài)，腳墊展開時，所需長度為233mm。

由于腳墊調(diào)節(jié)的幅度過低，因此需要兩段式結(jié)構(gòu)。按鈕設(shè)計在桿的尾部，伸縮桿為

兩段式設(shè)計，因此需要按鈕。

桿與桿之間有突出都分防止伸縮桿拉伸時將桿拉出，突出部分不能阻礙伸縮桿

的滑動。

伸縮桿內(nèi)部還應(yīng)有導(dǎo)軌引導(dǎo)伸縮桿只往一個方向滑動。防止其旋轉(zhuǎn)使得按鈕無

法對準(zhǔn)相應(yīng)的孔位。

2.3可調(diào)節(jié)椅背的設(shè)計

2.3.1可調(diào)節(jié)椅背方案對比

①支架結(jié)構(gòu)

支架結(jié)構(gòu)由滑塊和連桿構(gòu)成，在座面與椅背之間支撐椅背，由滑塊通過連桿帶

動椅背移動，實(shí)現(xiàn)椅背角度的調(diào)節(jié)，如圖2-5所示。這樣設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是椅背調(diào)節(jié)移

動平滑，精準(zhǔn)度高，實(shí)際結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。缺點(diǎn)是支架上有很多縫隙，在滑軌運(yùn)動時

很容易將人的衣物夾到滑軌里，而且滑軌時間長了容易積塵和垢污，影響滑軌運(yùn)動。

圖2-5支架結(jié)構(gòu)

②抽拉式扶手結(jié)構(gòu)

扶手使用特制的抽拉式結(jié)構(gòu)，主要由外殼，滑塊構(gòu)成。如圖2-6所示，滑塊連

接椅背，外殼連接前椅腳，滑塊可以在外殼內(nèi)前后移動，只有一個運(yùn)動副，能帶動

椅背調(diào)節(jié)角度v滑塊內(nèi)有排列著數(shù)個孔，固定在外殼內(nèi)的鐵鉤可以鉤住孔，使滑塊

可以固定在各種角度。

2.3.2可調(diào)節(jié)椅背方案的確定

抽拉式扶手有外殼包裹住滑塊，運(yùn)動部件在內(nèi)，而支架結(jié)構(gòu)整個結(jié)構(gòu)外置，相

比之下抽拉式扶手的結(jié)構(gòu)更美觀；而且部件之間的縫隙基本在里面或者扶手邊緣，

相比支架結(jié)構(gòu)沒那么容易夾住衣服以及積塵和垢污。因此采用抽拉式扶手結(jié)構(gòu)。

圖2-6抽拉式扶手

抽拉式扶手由兩大部分構(gòu)成，連接前椅腳的扶手大外殼，連接椅背的鋼條。如

圖2-6所示，鋼條外面有另一個小外殼，小外殼與鋼條固定。鋼條與大外殼合體并

旦在大外殼內(nèi)部，在大外殼的限制下鋼條只能前后移動，鋼條帶動椅背從而實(shí)現(xiàn)椅

背角度的調(diào)節(jié)。

鋼條與椅背有連接部件固定，并且用珈釘固定限制其自由度。

圖2-7鋼條

如圖2-7所示鋼條上面有數(shù)個孔，并且被一個鉀釘配合外殼的凹槽固定在殼內(nèi),

通過由扭簧和鉤子組成的卡扣扣住，使得椅背的角度可以固定。

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圖2-8卡扣示意圖

如圖2-8所示，按鈕控制整個卡扣，推動按鈕鉤子順時針旋轉(zhuǎn)，鉤子脫離鋼條

孔的范圍，使得鋼條可以移動；松開按鈕鉤子恢復(fù)原狀，鉤住鋼條。類似汽車安全

帶的卡扣。鉤子由扭簧控制其旋轉(zhuǎn)。卡扣位于扶手外殼內(nèi)的下方，以便按鈕可以隱

藏于扶手下方，不影響原有功能的情況下，扶手整體上一體化，使得外觀更加美觀。

圖2-9扭簧

圖2-9是為卡扣提供扭矩的扭簧。在扭簧的作用下較短的一端可以使卡扣緊扣

住鋼條，較長的一端會被按鈕擋住，防止扭簧兩端同時扭轉(zhuǎn)。

圖2-10扶手外殼內(nèi)部后端

圖2-10為扶手外殼的內(nèi)部后端，突出的部分限制鋼條外殼的自由度，使其不能

上下移動，扶手外殼尺寸緊湊，也限制起左右移動和旋轉(zhuǎn)。使得鋼條只能前后移動。

內(nèi)部頂端有突出部分呈半圓弧形，與鋼條外殼之間接觸面積最小，摩擦力小，使鋼

條外殼更容易抽拉。

圖2-11扶手外殼內(nèi)部前端

圖2-11為折疊前扶手外殼，因?yàn)檎郫B椅的形態(tài)轉(zhuǎn)化前椅腳需要一定的空間活動

范圍，因此外殼下方設(shè)計時需要留一定的空間。扶手外殼外部的前端需要一定的弧

度，使用者使用過程中才不會割手。扶手與椅腳通過鐘釘連接，使得兩者可以以抑

釘為圓心旋轉(zhuǎn)，互不干擾。

圖2-12扶手內(nèi)部

圖2T2為折疊后的扶手外殼，如果扶手前端不預(yù)留一定的空間，前椅腳移動時

會和內(nèi)部的部件發(fā)生碰撞。

圖2-13鋼條于扶手外

在午休椅折疊過程中，椅背與扶手的連接處會深入到扶手當(dāng)中。圖273為連接

處伸入前。

圖2-14鋼條于扶手內(nèi)

扶手尾端在折疊的過程中，椅背向前移動，帶動鋼條深入外殼，因此外殼需要

留有開口并預(yù)留一定的距離。如圖2-14所示，連接處伸入后。扶手外殼開口能避免

午休椅因椅背與扶手發(fā)生碰撞使得椅子無法完整折疊的問題。

2.4骨架設(shè)計

折疊椅主體的各部件應(yīng)當(dāng)為“U”形結(jié)構(gòu)，作為折疊椅的骨架。其中用紡織物復(fù)

合面料作為整張椅子的座面，上面可以鋪放坐墊。

在正坐下腳墊會影響雙腳的擺放，因此需要翻折收納到座面之下。在設(shè)計過程

發(fā)現(xiàn)腳墊稍長，在翻折過程中會被前椅腳阻擋，需要對腳墊的長度進(jìn)行調(diào)整，但腳

墊縮短之后，折疊椅總長度會減小，制約睡眠形態(tài)下人體可平躺的長度。座面不易

過長，椅背過長會使人平躺時的重心后移，使得椅腳也需要后移，這會使得折疊椅

體積不必要地增大。因此可以將椅腳設(shè)計為伸縮結(jié)構(gòu)，既不影響整體長度，也可以

解決翻折過程碰到椅腳的問題。在上文的設(shè)計確定的調(diào)節(jié)腳墊角度的伸縮桿會制約

著腳墊翻折到座面下，假如伸縮桿可拆卸，便可解決此矛盾。翻折后可以用布料橡

筋收納固定在座面之下。

構(gòu)成座面的托架需要連接腳墊，前后椅腳。前端布*一定的弧度，可以減輕座面

對膝蓋窩的壓力。兩邊都有橫桿連接防止托架彎曲。尾端彎曲部分可以讓展開后的

后椅腳貼合，提供有力的支撐。

具體形狀如下圖2-15所示。

圖2-15座面托架

可伸縮的腳墊，由兩個獨(dú)立的部件組成。兩個部件都由彎曲的鋼管制成，內(nèi)部

中空，使得兩個部件可以從鋼管內(nèi)部套合。處于外邊的部件中間有另一條鋼管焊接,

使其更加牢固；前端的向內(nèi)略微彎曲，緊固部件沿著螺紋擰緊后能產(chǎn)生擠壓，固定

處于里邊的部件，使得其位置固定。如圖276與圖2-17所示。

圖2-17合體的腳墊

因?yàn)閮刹考紴閳A心的鋼管互相套合，免去了導(dǎo)軌的部分，僅作伸縮，無其他

多余的運(yùn)動。

連接部件間的緊固部件，由沖壓，彎曲而成的小鋼條制成。彎曲部分和鉀釘組

合限制了連接部件的自由度，使其固定在一個位置上。另一端僅用鉀釘連接，使得

其他部件可以繞鉀釘旋轉(zhuǎn)。連接部件分別用于后椅腳，腳墊，椅背和座面托架的連

接。采用這種方式連接部件的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，負(fù)載能力可滿足這類可折疊的椅子

帶來的壓力。鉀釘不僅固定力部件的位置，還能供部件旋轉(zhuǎn)活動。

圖2-18連接用緊固部件

2.5午休椅的形態(tài)

圖2-19整體外觀

圖2T9為午休椅骨架的整體外觀，骨架多為“U”形設(shè)計，中間的空位可以用

紡織物套在上面作為座面。如骨架不采用“U”形設(shè)計，中間有作為穩(wěn)固作用的其他

鋼管連接，使用過程中松軟的海綿坐墊會因?yàn)槿梭w的重力發(fā)生形變，然后碰到堅(jiān)硬

的鋼管，坐著的體驗(yàn)會大打折扣。

圖2-20休息形態(tài)

圖2-20為休息形態(tài)。可調(diào)節(jié)的腳墊能滿足不同人對腳墊長度高度的需求。椅背

可調(diào)節(jié)角度，使得不同場景不同需求也得到滿足。如看電視時，不同家庭電視擺放

的位置也不同，便可以通過調(diào)節(jié)椅背的角度來調(diào)整坐姿，來達(dá)到適當(dāng)?shù)淖擞^看電

視的需求.

圖2-21工作形態(tài)

圖2-21為工作形態(tài)。大體上與休息形態(tài)相似，與之不同的是，工作形態(tài)下伸縮

桿需要拆卸，使腳墊可以翻折至座面之下，不影響雙腳擺放。翻折后的腳墊收納固

定在座面下方。收納后的腳墊不會影響雙腳的擺放。特制抽的拉式扶手帶動椅背調(diào)

整到合適的角度并固定，以此發(fā)揮作為工作形態(tài)椅子的作用。

圖2-22睡眠形態(tài)

圖2-22為睡眠形態(tài)。折疊椅完全展開，提供一個水平的椅面給使用者睡覺。相

比前兩種形態(tài)，睡眠形態(tài)下椅面更靠近地面，更低的重心能避免使用過程中發(fā)生翻

側(cè)。前后椅腳距離拉開，也使得椅子避免前后傾倒。

圖2-23折疊形態(tài)

圖2-24折直形態(tài)

圖2-23與2-24為折疊椅的折疊形態(tài)。該形態(tài)下午休椅小體積縮小，便于搬運(yùn)

與儲放。先拆卸，折疊腳墊，收納于座面下方；再折疊后椅腳，最后拉動前椅腳，

帶動椅背與扶手完成折疊。折疊后整體形狀較扁，且重心在后側(cè)，如靠墻擺放不易

傾倒。

2.6材料的選型

折疊椅整體設(shè)計后，需要對折疊椅進(jìn)行選材。

2.6.1骨架部分

骨架部分作為支撐人體重量的重要部分，需要選用載荷能力較高的材料。而鋼

材載荷能力強(qiáng)，而且魏琳錯誤！未指定書簽。指出，金屬材質(zhì)現(xiàn)代化氣息強(qiáng)，質(zhì)感，

色澤方面討觀者喜愛。部分地方需要彎曲，因此可采用塑性較好，強(qiáng)度較高的碳素

結(jié)構(gòu)鋼。初步采用含碳量0.18%?0.28%,屈服強(qiáng)度255MPa,抗拉強(qiáng)度410MPa?510MPa

的Q255號鋼。具體視后面的強(qiáng)度校檢結(jié)果而定。

2.6.2獅釘

主要用于固定部件位置，同時讓部件可以繞鉀釘旋轉(zhuǎn)。因此可選用力學(xué)性能好，

耐磨的材料。初步選定含碳量W0.17%,屈服強(qiáng)度235MPa,抗拉強(qiáng)度375MPa的Q235

碳素鋼平頭擊芯鉀釘。引用標(biāo)準(zhǔn)GB/T15855.37995。

2.6.3扶手

扶手外殼應(yīng)選用受熱不變形，不軟化的熱固性塑料。關(guān)鍵部分連接卡扣，需要

承受椅背的拉力。因此選用酚醛塑料。酚醛塑料強(qiáng)度高，剛度大，變形小，具有耐

熱性。同時還有良好的電絕緣性與耐蝕性。其成型工藝簡單，價格低廉。

2.6.4連接用緊固部件

該部件主要起連接其他部件的作用，因此對抗拉能力和強(qiáng)度有一定要求。應(yīng)選

用負(fù)載較大，韌性較好的材料。初步選定含碳量0.27%?0.35%,屈服強(qiáng)度不小于

295MPa,抗拉強(qiáng)度不小于490Mpa的30號鋼。

2.6.5扭簧

扭簧用作卡扣的按鈕,初步選定彈性模量為200000(MPa)的lCrl3Ni2(414),摘

0GB/T1239.6-92,標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T4357。

2.6.6伸縮桿彈簧

伸縮桿按鈕彈簧為小型圓柱螺旋壓縮彈簧，材料為40Mn,剪切模量79000MPa,

參數(shù)摘自標(biāo)準(zhǔn)GB/T1973.3-1989,鋼材標(biāo)準(zhǔn)號GB/T4357。

2.6.7伸縮桿按鈕

伸縮桿按鈕的作用是固定伸縮桿位置，提供支撐，作用與鉀釘相似，所以采用

相同的材料。含碳量W0.17%,屈服強(qiáng)度235MPa,抗拉強(qiáng)度375MPa的Q235碳素鋼。

引用標(biāo)準(zhǔn)GB/T15855.3-1995。

第3章午休椅的尺寸及強(qiáng)度校核

3.1數(shù)據(jù)參考

綜合陸劍雄錯誤！未指定書簽。的論文以及網(wǎng)上的資料可以查出，一張椅子尺寸

設(shè)計的參考數(shù)據(jù)如下：

椅子座面寬在38~48cm；座面角度（指座面和水平面之間的夾角且后傾）休息

時，應(yīng)當(dāng)為15。?20。，工作時應(yīng)當(dāng)小于或等于5。；椅背傾角，放松休息時應(yīng)當(dāng)

為105°?108°,座面高度，休息時應(yīng)當(dāng)為38?45cm,工作時應(yīng)當(dāng)為35?50cm；

座深的尺寸休息時應(yīng)當(dāng)為42?45cm,工作時應(yīng)當(dāng)為30?40cm,座面前應(yīng)當(dāng)帶有弧度，

坐墊應(yīng)為2?4cm厚。表格如下圖。

表3-1椅子設(shè)計參考數(shù)據(jù)

座面寬座面高座深座面角度椅背傾角坐墊

休息38?48cm38?45cm42?45cm15°?20°1050?308°2?4cm

工作38?48cm35?50cm30?40cmW5°105°-108°2?4cm

本次設(shè)計的折疊椅設(shè)計數(shù)據(jù)基本參照這些數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計，以下為主要部件的詳

細(xì)內(nèi)容。

3.2尺寸設(shè)計

根據(jù)前面的設(shè)計，午休椅休息形態(tài)于工作形態(tài)相似，座面高度基本沒發(fā)生變化,

可根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)在38?45cm與35?50cm重合的區(qū)間取值，設(shè)定為40cm,即

400nm1。因?yàn)楸敬卧O(shè)計睡眠形態(tài)下需要更多的空間，座面寬應(yīng)在48cm之外，設(shè)定為

52cm,即520mm。同樣，座深不宜太淺。設(shè)定為440mm。

折疊椅的總長度為1780mm,分別由長600mm的腳墊，440mm的座面，773mm的

椅背連接而成。以下為主要部件尺寸設(shè)計，其余詳細(xì)尺寸請閱讀附錄。

3.2.1椅背

椅背近似長方形，一共有兩組共四處開孔，作用分別為連接扶手，連接座面所

在的部件，均采用。突出部分用于連接扶手。考慮到折疊椅需要用來睡覺，座面整

體要稍寬，相應(yīng)的椅背也要稍寬，尺寸為540mm。椅背與座面托架起次要支潭作用，

因此用直徑23nun,厚度為1.5mm的圓鋼管制成。

3.2.2座面托架

座深440mm,前端有一定的弧度，與座面夾角為120。。后端彎曲部分與座面夾

角為135。。彎曲部分到椅背座面連接處的距離為110mm。

3.2.3椅腳

椅腳起主要支撐作用，鋼管材料不變的情況下可以加厚鋼管提升負(fù)載能力。長

40mm,寬20mln,厚度為1.5mm。截面為圓環(huán),外徑20mm,內(nèi)徑17mm°截面如圖3T

所示。

圖3T椅腳截面

椅腳與地面夾角如圖3-2所示，前后椅腳分別為75°與50。0

圖3-2椅腳與水平面夾隹角度

座面高度，休息時應(yīng)當(dāng)為38?45cm,工作時應(yīng)當(dāng)為35?50cm。所以初步確定座

面IWJ度為400mm左右。

根據(jù)400nlm高的座面的設(shè)計，前椅腳分別有三組孔位，均用于連接固定其他部

件。從下往上距離分別是260nm1,291mm,233mm。后椅腳總長283mm。因此可以算出

座面托架后端彎曲部分開孔距離末端70mmo

3.2.4扶手

休息形態(tài)下，前后椅腳分別為75°與50。，座面與水平面夾角為15。，椅背

與座面夾角為105°o椅背孔位與前椅腳空位間距428.4mm。為了使得428.4mm時卡

扣剛好鉤住孔，扶手的尺寸根據(jù)此進(jìn)行設(shè)計。

工作形態(tài)下，椅背孔位與前椅腳空位間距317.1mm,鋼條也應(yīng)該根據(jù)317.1mm

進(jìn)行開孔，使得卡扣鉤住制定孔位時椅背接近105。。根據(jù)計算，孔與孔之間距離

為30mmo扶手外殼橫截面如圖3-3所示。

圖3-3扶手外殼橫截面

尺寸上扶手外殼與鋼條外殼貼合，且為間隙配合，使得兩個外殼之間實(shí)際上留

有一點(diǎn)空間，在不影響鋼條自由度的情況下使得鋼條外殼容易前后移動。

因?yàn)橛锈涐敼潭ǖ脑?，鋼條和外殼即使是間隙配合也不會有太大的松動。

外殼下半部分應(yīng)留下一部分空間裝配卡扣。此部分參考了安全帶卡扣原理進(jìn)行

設(shè)計，鉤子與鋼條幾乎平行，使得鉤子可以鉤住鋼條限制其移動。如圖3-4所示。

圖3-4卡扣裝置

按鈕里面的部分高度不能高于鉤子最低點(diǎn),即小于9.39mm。設(shè)定高度為7mm,

按鈕前椅的距高約為11.56mmo

3.2.5腳墊

腳墊由兩部分套合而成，“H”形的部分中間有連桿進(jìn)行連接，防止使用過程中

彎曲變形。末端帶有公稱長度d=15mm的螺紋。該部分總長343nlm,寬540nlm。如圖

3-5所示。

圖3-5腳墊部件工程圖

另一部件呈“U”形，長300mm,其中留一部分長度用于緊固部件進(jìn)行夾緊。

3.2.6連接部件

以椅背與座面托架之間的連接部件為例，椅背的移動，末端會以鉀釘為圓心進(jìn)

行旋轉(zhuǎn)，因此需要預(yù)留一定的距離防止兩部件發(fā)生碰撞。以部件各自的鉀釘圓心為

參考，根據(jù)勾股定律得知，其距離計算方式為：

其中2部件移動軌跡半徑

11二部件半徑

L鉀釘圓心到末端的距離

L距離長度

圖3-6連接部件

圖3-7連接部件平面圖

實(shí)際上連接部件是一個彎曲的小鋼條，其開孔距離為L,彎曲部分與被固定的

部件相貼合。其寬度等于其他部件寬度相等。

3.3強(qiáng)度校核

折疊椅使用過程中主要受人體的重力以及折疊椅本身的重力，而折疊椅的部件

最小的載荷至少等于兩者之和。折疊椅使用過程中，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的原因重力會產(chǎn)生分

力，使得部件所承載得載荷不能達(dá)到最大。而根據(jù)幾何原理可知，工作形態(tài)下，座

面托架受力面積最小，座面傾角最小，載荷最大；睡覺形態(tài)下，受力面積最大，載

荷最小。強(qiáng)度校檢可按此計算校檢。

該部分為主要部件的強(qiáng)度校核，通過計算來驗(yàn)證關(guān)鍵部件強(qiáng)度是否合格，若不

合格應(yīng)修改數(shù)據(jù)。

3.3.1座面托架

圖3-8座面托架受力分析

假設(shè)一個成年男子體重為70kg,以椅腳托架為研究對象，受力如圖3-8所示。

其中P為座面托架的重力，P1為人坐下時的重力和主要作用點(diǎn)。P到原點(diǎn)的距離約

590mm,Pl到原點(diǎn)距離，即坐著時人的重心到椅背腳的距離，約130mm。Pl到椅腳

連接出距離約為260mmo

設(shè)前椅腳兩邊受到的支持力分別為FA,FB,后椅腳受到的支持力分別為FC,FDo

折疊椅兩邊對稱，理論上FA二FB,FC二FD。以支桿中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系。通過

空間力系平衡方程計算托架載荷。

通過查閱資料錯誤！未指定書簽。，Q255號鋼密度為7.85g/cm3。座面托架體積

約為

2.81X105mm3,可得重力P=22.IN。折疊椅靜止時有：

、Fz=0,-P「P+R+FB+FC+FD=O(3.3)

XMy=0,PiX0+P義460nlm-RX130mm-FBX130mm+FcX590mm+FDX590mm=0(3.4)

2Mx=0,PiX0+PX0-FAX260mm+FBX260mm-FcX260mm+FI)X260mm=0(3.5)

解得

FA=FB=598.78N,FOFD=123.32N

根據(jù)周敏等人的研究錯誤！未指定書簽。多組數(shù)據(jù)測量下，座面最大壓力平均

35.9-47.7小,（椅背角度20°,座而傾角5°）,座面平均壓力為6.2?7.3KPa,座

面受力面積618.84~752,25cm3,數(shù)據(jù)可用作參考。

鉀釘受力面積約為：

ndln23.14x5x2,--9

----------------------------15.7mmi

2_2(3.6)

鉀釘受到的壓力:

(3.7)

其中Q235號鋼制成的鉀釘許用應(yīng)力為160MPa,因此鉀釘負(fù)載能力及格。

3.3.2伸縮桿

圖3-9伸縮桿受力分析簡圖

伸縮桿主要受人體腿部重量，腳墊重量。前椅腳提供支持力，主要受到壓力的

是連接腳墊于椅腳的鉀釘，鉀釘受到的壓力等效于伸縮桿所受壓力。人的腿部重量

占身體重量的16%錯誤！未指定書簽。，腿部質(zhì)量為：

F胭=mg?16%=70kgX9.8N/kgXI6%=112N(3.8)

伸縮桿于腳墊之間的夾角為24°,伸縮桿所受到的壓力為

F產(chǎn)sin240?F制:sin24°義112N=45.55N(3.9)

鉀釘受力面積約為

irdixZX14x5x2

=15.7mm2

(3.10)

鐘釘?shù)膲毫?/p>

P=畀翳=2.90MPa

(3.11)

Q235號鋼制成的鉀釘許用應(yīng)力為160Mpa,2.90MPaW16成的。因此連接伸縮桿

的鉀釘負(fù)載能力及格。

3.3.3扭簧扭矩計算

通過查閱資料錯誤!未指定書簽。，扭簧扭矩計算公式：

T=PXR=(EXd*4Xa)/(3660XnXD)

其中T二扭簧扭矩

d二線徑

D二中徑

P二負(fù)載

產(chǎn)有效圈數(shù)

R二力臂長度

E二材料彈簧模量

a二負(fù)載角度量

根據(jù)已確定尺寸可以得出：

d=1.5mm,D=5.5mm,P=10N,n=10,R=6.26mm,E=200000,a=31°

扭簧提供扭矩:

T=PXR=(EXd^4Xa)/(3660XnXD)=10X

6.26=(2X1OSX1.5'X31)/(3660X10X5.5)=60.26(N?mm)(3.12)

表3-2酚醛塑料部分參數(shù)

結(jié)拉伸

密度彎曲模伸長

材料熔點(diǎn)(°C)Tg晶強(qiáng)度典型用途

(g/cm3)量(Gpa)率

度(MPa)

酚醛瓶子，食品

塑料0.90-0.