升降椅类型及动作特点调查与分析报告

机械原理课程设计论文

升降椅类型及动作特点调查与分析

目录

（一）摘要,关键字 (2)

（二）各类型升降椅具体分析 (3)

2.1气压棒升降椅 (3)

2.1.1气压棒升降椅工作原理 (3)

2.1.2气压棒升降椅关键部位的特点及应用 (4)

2.2液压千斤顶升降椅 (5)

2.2.1液压千斤顶升降椅工作原理 (5)

2.2.2液压升降椅关键部位的特点及应用 (5)

2.3螺旋式升降椅 (7)

2.3.1螺旋式升降椅工作原理 (7)

2.3.2螺旋式升降椅的特点 (10)

2.4固定位置升降椅 (11)

2.4.1固定位置升降椅原理 (11)

2.4.2固定位置升降椅特点 (12)

2.5电动升降椅 (12)

（三）总结对比分析 (13)

（四）参考文献 (14)

升降椅类型及动作特点调查与分析

（一）摘要, 关键字:

摘要:通过市场调研和参阅相关资料，我们发现目前最常见的升降椅有气压棒升降椅和螺旋升降椅，其中气压棒升降椅尤为普遍。在一些特殊的适用场合还能够见到液压升降椅、电动升降椅、固定位置升降椅等类型，我们着重选择了市场上现在比较常见的气压棒升降椅、螺旋升降椅、固定位置升降椅以及运动特点比较典型的液压升降椅进行了重点分析。

关键字:升降椅,气压棒升降椅,液压升降椅,螺旋式升降椅,固定位置升降椅,电动升降椅,自锁型气弹簧,结构图,原理图。

表1-1 各类型升降椅简要比较

类型基本原理优点缺点

气压棒升降椅自锁型气弹簧调节操作灵活，结构

简单，应用广泛

安全性相对较差

液压升降椅液压千斤顶工作

原理

结构紧凑，工作

平稳

起升速度慢，易

出现漏油，适用

范围窄

螺旋式升降椅“拧螺丝”原理，

螺旋副的自锁

安全，结构简单

容易生锈，使用寿

命不长，升降缓慢

固定位置升降椅螺钉在预定位置

的卡死

安全稳固，结构简单

升降的位置比较固

定,灵活性差

电动升降椅电力驱动；电动推

杆升降立柱

使用方便，耐用性

强，省力

使用受限制，需在

有电情况下才能使

用，造价昂贵

（二）各类型升降椅具体分析

2.1气杆升降椅:

图2-1 气压升降椅（办公椅）图2-2 气压升降椅（酒吧椅）

2.1.1气压棒升降椅工作原理：

气压棒升降椅的关键部位是气压棒即自锁型气弹

簧。自锁型气弹簧又称调角器，是一种可以在行程任

一位置锁定的气弹簧。包含一直立延伸的中空管状

外缸、一同轴固结于该外缸中且内部界定出一气室

的中空管状内缸、一可上下移动地气密塞装于该内

缸内的活塞、一自该活塞向下延伸出外缸的活塞

杆，及一气密地装在内缸上端部内的控制装置；该

内缸具有一由硬质塑胶材料制成且外周面固结于

该外缸的内周面的缸壁，及一自该缸壁底面向上延

伸并以一顶端与气室的上端部连通的流道，该控制

装置可选择地连通与阻隔于该气室上端部与该流

道顶端开口间。气弹簧由两个直径不同的钢管套接组

成的密闭管状物，内充有数个气压的高压气体。它安

图2-3 气压棒原理图装在椅座和五滑轮椅架之间，一端接到椅座底部，一端接到椅架上。气动椅在座位下部设有一个压杆，用来调节座位的高度。人坐在椅子上就可调节座位高度。

在自锁型气弹簧的活塞杆端部有一个针阀,打开这个针阀，则自锁型气弹簧可以像自由型气弹簧那样运行；松开针阀，自锁型气弹簧能够自型锁定在当时的位置， 并且自锁力往往很大，即能够支撑相对较大的力量。所以自锁型气弹簧在保持了自由型气弹簧功能的同时，还可以在行程的任一位置锁定，而且锁定后还可以承

载较大的负荷[1]

。

图2-4 气压棒结构图 图2-5 气压棒局部放大图

自锁型气弹簧功能的实现： 设气缸被活塞分成的两个部分分别为A 、B ，对应的压强分别为P A 、P B ；

当针阀开启时，A 、B 仓导通,P A =P B ，活塞可在气缸任意位置运动；

当针阀关闭时，A 、B 仓被活塞分隔开，无外力施加时，总有P A =P B ；当向活塞杆施加沿杆向的压力F 时，相当于压缩气体做功，产生反向力：

F PA =P A *S

其中S 为活塞横截面积。这时F PA 与F 平衡：

F PA =-F

活塞不再发生运动，即实现了气杆的自锁功能。

2.1.2气压棒升降椅关键部位的特点及应用：

自锁型气杆同时具备支撑、调节高度的功能，而且操作十分灵活，结构相对简单，因此方便于组装加工，进而可降低整体制造成本。它在医疗设备、美容椅、家具、 航空、豪华客车等领域等到了广泛地应用。目前市场上主流的升降椅均为气压棒升降椅。

A

B

2.2液压升降椅：

液压升降椅多用于诸如理发椅等特殊场合，使用

时需要肺使用者外的第三者施加驱动力来实现椅子的升降功能，关键的液压升降机构即液压千斤顶的原理。

图2-6液压升降椅产品图

2.2.1液压千斤顶升降椅工作原理：

图2-6液压千斤顶工作原理图[2]

（1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4，7—单向阀5—吸油管

6，10—管道8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱）

液压升降椅的升降机构根据的是液压千斤顶的工作原理：

如图，大油缸9和大活塞8组成举升液压缸，杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。

由上面的原理图可知液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。

如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。

通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，也可以初步了解到液压传动的基本工作原理。它所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力的比较小（在液压升降椅系统中相

），而大的活塞上施加的压力也比较大(相当于施加于椅当于施加的使椅子升起的外力F

1

子上的压力G），这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的[3]。

2.2.2液压升降椅关键部位的特点及应用：

液压升降椅关键部位液压千斤顶由人力驱动液压泵，通过液压系统传动，用缸体或活塞作为顶举件。液压千斤顶可分为整体式和分离式。整体式的泵与液压缸联成一体；分离式的泵与液压缸分离，中间用高压软管相联。液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，传动效率较高，故应用较广；但易漏油，不宜长期支持重物。如长期支撑需选用自锁千斤顶，螺旋千斤顶和液压千斤顶为进一步降低外形高度或增大顶举距离，可做成多级伸缩式。由于是外力驱动升降，在诸如理发椅、美容椅等特殊使用领域应用广泛。

2.3螺旋式升降椅：

图2-7螺旋升降椅产品图[4] 图2-7螺旋升降椅升降杆

2.3.1螺旋式升降椅工作原理：

螺旋式升降椅应用的基本原理简言之就是“拧螺丝”，通

过螺旋副的自锁来实现椅子位置的卡死；

图2-8升降杆结构简图

螺旋升降椅用到的基本原理是螺旋副中的摩擦的原理：

如图(a)所示，滑块1置于升脚为α的斜面2上，Q为作用于滑块1上的铅垂载荷。求使滑块1沿斜面等速上行（通常称为正行程）时所需水平驱动力P；以及如图（c）所示，让我们可以得到滑块1沿斜面2等速下滑（称为反行程）时的水平力P’：

图2-9正行程运动图2-10正行程力求解

图2-11反行程运动图2-12反行程力求解

（1）正行程：如图2-9所示，根据移动副中总反力的确定原理可以确定出总反力R21的方位，由力的平衡条件可得

=0

P+Q+ R

21

的大小未知，故可作出力的三角形如图2-10所示。由图2-10可得

上式中仅P和R

21

P=Qtan(α+φ) (1)

（2）反行程：如图2-11所示，仍以滑块1为示力体研究，滑块1所受总反力为R’

。

21

同理可得

P ’+R ’21+Q'=0

从图2-12的力三角形可求得

P ’=Qtan(α-φ)………………………… （2） 分析式（2）可知：

A,若α>φ，P ’为正，与图示方向相同，说明P ’是阻止滑块下滑的阻力。

B,若α<φ，P ’为负，与图示方向相反，说明P ’成为驱动力，它和Q 力共同作用才能驱动滑块1沿斜面等速下滑，否则，仅靠Q 力驱动，不论多大都不能是滑块运动，即所谓移动副自锁。

图2-13受力分析 图2-14等高模型 二 具体分析：

如图2-13

螺母1与螺杆2旋合构成螺旋副。通常在研究螺旋副的摩擦时，假设螺母螺杆之间的压力是作用在螺旋中径d 2的螺旋线上，d 2=(d+d 1)/2。若将螺杆沿其中径d 2的圆柱面展开，则其上螺旋线将展成为一个斜面。该斜面的倾斜角α即为螺杆在其中径d 2上的螺旋升角，由图2-14知tan α=l/∏d 2=zp/∏d 2 式中，l 为螺旋的导程，z 为螺纹的头数；p 为螺距。

如在螺母上加一力矩M ，使螺母旋转并逆着Q 力方向等速向上运动（这时为拧紧螺母），则如图2-14中所示，也就相当于在滑块1上施加了一个水平力P （P=2M/d 2）,使滑块1沿着斜面2等速向上滑动。根据式（1）得

P=Q tan(α+φ)

而拧紧螺母时所需的力矩M 为

M=Pd 2/2=d 2 Q tan(α+φ)/2

反之，当螺母顺着Q力的方向等速向下运动时（这时为松退螺母），即相当于滑块1沿着斜面2等速下滑。根据式（2）可知

P’=Q tan(α-φ)

而放松螺母时所需的力矩M’为

M’=P’d

/2=d2 Q tan(α-φ)/2

2

分析上式可知：

（1）当α>φ时，M’为正值，它是阻止螺母加速放松的阻抗力矩。

（2）当α<φ时，M’为负值，它是匀速放松螺母时所必须外加的驱动力矩。若不加M’，螺母保持拧紧状态而不会松退[5]。

2.3.2螺旋式升降椅的特点：

采用螺栓和螺母的原理进行升降，结构简单，升降时只需旋转椅坐就能实现其功能。此类升降椅也是相当安全的，一般不会带来安全隐患。不过进行旋转的时候可能会花费较长时间，因为旋转一圈只能上升或者降低很小的一段距离；螺旋升降椅的螺栓和螺母容易生锈，因此耐用性不好，此外，长时间使用时间后，螺杆连接部分由于外力施加时的磨损等因素容易出现松动，使用者坐上之后出现晃动，产生不适。

2.4固定位置升降椅：

固定位置升降椅的可以实现预定若干位置的升降，通过螺钉连接卡死椅腿椅座连接的部分和可实现升降活动，结构简单，但是调节较为不便，多用于儿童座椅上。

图2-15固定位置升降椅

2.4.1固定位置升降椅原理：

图2-16固定位置升降椅原理图 图2-17不同位置升降的实现

此类升降椅的腿是由两部分组成的,如图2-16中a,b 所示:

a,b 上有相互匹配的螺丝孔，椅子腿的固定是通过将a 部分插入到b 部分，将a,b 上的孔相互对应，然后再用螺丝钉c 固定，如图2-16所示。当需要降低椅子的时候，将椅腿上的螺丝钉拧下，然后降低椅子的上部分，使椅子a 部分较靠上的孔与b 部分的孔相互匹配，然后再拧上螺丝钉。当需要升高椅子的时候则相反，将椅腿上的螺丝钉拧下，然后提升椅子的上部分，使椅子a 部分较靠下的孔与b 部分的相互匹配，然后再拧上螺丝钉。椅子升降的各状态如图2-17所示。

连接椅座部分

固定部分

位置1

位置2

位置3

2.4.2固定位置升降椅特点：

固定升降椅较其他升降椅来说是比较安全的一种，它只是采用了两部分构件通过螺钉进行连接，结构简单，明了。但是，由于它使用螺钉连接，所以它每次进行升降之前都必须拧下椅腿上的螺丝钉，升降完成以后还要再将螺丝钉拧上。这就增大了工作量，并且给用户带来了不便，此外由于结构的限制，此类升降椅只能实现固定位置的升降，灵活性相对较差。

2.5电动升降椅（简）：

此外，通过网络资源，我们还找到了一种电动升降椅：电动升降椅关键部位是线性驱动器电动推杆升降装置电动推杆升降立柱主要由电机、推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线升降执行机构，可以实现远距离控制、集中控制。电动推杆升降立柱在一定范围行程内作往返升降运动，一般电动推杆升降立柱标准行程在，100，150，200，250，300，350，400mm，特殊行程也可根据不同应用条件要求设计定做。电动推杆可以根据不同的应用负荷而设计不同推力的电动推杆升降立柱，一般其最大推力可达6000N，升降立柱在负荷后其运行速度为5mm/s,并采用四面导向结构设计和直流电动推杆驱动，使得电动推杆升降立柱具有升降平稳，静音的优点，由于电动推杆具有体积小,静音设计;而且安全性高,其锁紧力可达推力的十数倍，绝对安全;操作方便,线性电动推杆的所有操作集中在一个遥控板上可以灵活操作；

电动升降式倚具有以下特点:1,有较强的耐用性,不易出现故障;2,性能可靠,美观大方,坐上舒适;3,电动升降,使用方便:它杜决现有产品通过液压升降易出现漏油的弊端,采用了线性驱动器电动推杆升降的原理,使用的寿命大大的增强.使使用者减少了每两

三年就要重新设备投入的支出.同时在提升理发店挡次的同时,也能使客户在理发过程里,感到是一种享受；但是电动升降椅价格昂贵，适用范围相对较为局限，不适宜在家庭的日常生活中使用[6]。

（三）总结对比分析：

以上五种升降椅是比较典型的升降椅类型，不同的种类各自拥有自己的特点。

一，气压棒升降椅是现在比较普遍的一种，各大家具市场中的升降椅大部分都是此类型，这说明气压棒升降椅已经成为现今的主流，它能成为主流必然是由于它具备了某种特性，使得人们热衷于使用它。它操作十分灵活，结构相对简单，因此方便于组装加工，进而可降低整体制造成本。气压棒升降椅的这些优点深受人们的喜爱。有人说过，未来的社会是使人变得越来越懒的社会。人们越来越将“方便”当做了首要标准。但与此同时，我们不得不为我们的“方便”付出一些代价。气压棒升降椅有一个很大的安全隐患，那就是它有发生爆炸的危险，对于正规的升降椅，一般有三种情况可能发生爆炸：一是氮气纯度不足，在高温环境或摩擦过于频繁的情况下，会导致气缸温度骤升、压力变大，可能发生爆炸；二是气缸容器壁不够坚固或是材质差，可能发生爆炸；三是封口密封不严密，导致气体迸出。有些黑厂家为压低成本，填充的甚至是高压空气，更容易引起爆炸。这个安全问题给一些用户带来了人生伤害，所以我们不得不提高警惕，特别是对于那些黑厂家，用户应该应用法律知识来维护自己的权益。

二，液压千斤顶升降椅多用于诸如理发椅等特殊场合，通常需要使用者之外的第三者施加驱动力来实现椅子的升降。由此一来，液压千斤顶升降椅就不如气压棒升降椅那样方便了。不过它结构紧凑，工作平稳，这一点是其突出的优点。但同时它也有缺点也较明显——容易漏油，尤其是在理发馆、美容院这样的场所，给用户带来了极大的不便。

三，螺旋式升降椅采用了螺后旋副中的摩擦，此类升降椅在气压棒升降椅问市之前比较流行，它结构简单，使用安全可靠，使用方法简单明了，但是由于采用了螺栓和螺母，和空气的接触面积比较大，所以它的杆容易生锈。使用一段时间后再要旋转进行升降就会花费更大的力气和更多的时间。进而新的升降椅诞生了，不过，它的简单与安全的特性应该被继承。

四，固定位置升降椅升降方式相对其余的四种升降椅的升降方式就要机械得多了，它是靠螺钉固定的，每次升降的时候都要用工具将螺钉卸下才能进行升降，而且升降后的位置也是相对单一和固定的。不过它是一种特别安全的升降椅，几乎没有安全隐患。但是由于它的不方便性，现在很少有人使用此类升降椅了。

五，电动升降椅采用了线性驱动器电动推杆升降的原理，它杜决现有产品通过液压升降易出现漏油的弊端,同时它的使用寿命大大的增强。使使用者减少了每两.三年就要重新设备投入的支出。并且，现今电器的使用已经成为了一种时尚。但与此同时，它的造价昂贵，消耗大，一方面加大了电量的使用，另一方面限制了有电的情况下才能使用。加之，电本身就具有一定的危险性。

此五种升降椅代表了升降椅的一个发展历史，从最简单的固定位置升降椅在到现在流行的气压棒升降椅，可以看到技术的一个发展过程，科技的发展，带来了产品性能的不断革新；但是我们也不能一味的追求技术的先进而忽略了人的因素。我们设计出来的

升降椅不仅要方便，安全因素也绝不能被忽略。虽然旧式的固定升降椅采用的升降方式机械，但不能否认的是它的确是相当安全的，而现在流行的气压棒升降椅却给一部分用户带来了很大的伤害。因此，未来的升降椅应该实现方便和安全的双赢。

（四）参考文献：

[1]https://www.360docs.net/doc/7f17085328.html,/138/1389915.html,气压棒升降椅原理。

[2]https://www.360docs.net/doc/7f17085328.html,/i?ct=503316480&z=0&tn=baiduimagedetail&word=%D2%BA%D1%B9%C7% A7%BD%EF%B6%A5%D4%AD%C0%ED%CD%BC&in=785&cl=2&lm=-1&pn=3&rn=1&di=36567668715&ln=332&fr= &fmq=&ic=0&s=0&se=1&sme=0&tab=&width=&height=&face=0，液压千斤顶原理图。

[3]https://www.360docs.net/doc/7f17085328.html,/question/124244272.html?si=5，液压千斤顶工作原理。

[4]https://www.360docs.net/doc/7f17085328.html,/i?ct=503316480&z=0&tn=baiduimagedetail&word=%C2%DD%D0%FD%C9% FD%BD%B5%D2%CE%D4%AD%C0%ED%CD%BC&in=24193&cl=2&lm=-1&pn=7&rn=1&di=22587695130&ln=2000& fr=&fmq=&ic=0&s=0&se=1&sme=0&tab=&width=&height=&face=0，螺旋升降椅原理图。

[5]张伟社.机械原理教程[M].西安:西北工业大学出版社，2006。

[6] https://www.360docs.net/doc/7f17085328.html,/company/weblog_viewEntry/1063977.html，电动升降美发椅电动推杆。