多功能折叠椅的设计

毕业设计（论文）任务书

2、类别是指毕业论文或毕业设计，类型指应用型、理论研究型和其他。

目录

第一章绪论 (4)

1.1家具形态设计中的结构形态设计 (4)

1.2折叠椅的历史 (10)

1.3折叠椅的模型 (11)

第二章多功能折叠椅的设计 (12)

2.1折叠椅的设计调研 (12)

2.2多功能折叠椅的设计方案 (13)

第三章多功能折叠椅的力学分析 (16)

3.1折叠椅的受力分析 (16)

3.2多功能折叠椅强度条件的建立 (19)

3.3折叠椅的计算 (24)

3.4设计总结 (26)

第四章基于Pro/E多功能折叠椅的实体设计 (27)

4.1 Pro/E的介绍 (27)

4.2各构件的基于Pro/E的实体设计 (29)

4.3多功能折叠椅的装配 (33)

结束语 (34)

主要参考文献 (35)

致谢 (36)

第一章绪论

一、家具形态设计中的结构形态设计

通常，物体形态的存在必须依赖于物体本身的结构。一切物体要保持自己的形态，必须要有一定的强度、刚度和稳定性的结构来支撑。家具产品的形态也是如此。结构在家具产品中的地位，如同人体的骨架对人的重要性一样。一件家具产品，如果没有像骨架一样的结构来连接和支撑，也许只是一堆废料，既不能构成产品的形态，也满足不了使用功能。

一件优秀的家具产品，必然要使用具有一定强度的材料，通过一定的接合方式来实现其功能和基本要求，同是还应注重其审美功能和结构的新颖独特。

家具产品的结构强度是实现其基本功能的基础。没有一定强度的家具产品，无论外表怎么优美华丽，也只是虚有其表，根本满足不了使用功能。

然而家具产品的结构构成需要通过一定的接合方式才能完成。在家具产品中，除了一些传统的接合方式仍在沿用外，为适应家具产品“可拆装”的要求，连接件接合是使用最多的方式。

由家具产品结构的形式特点所决定的家具产品形态可以称之为家具的结构形态。家具产品的结构形态主要表现在两个方面：一是由于内部结构不同而被决定了家具外观形态；二是家具的结构形式直接反映在家具的外观上。

因此，研究家具产品的结构形态，可以从以下几个方面着手：家具产品结构形态的意义；家具产品的结构形态与接合方式；家具产品的内在结构形态与外在结构形态及其表现形式；家具产品形态设计与结构创新。

1、家具产品结构形态的意义

家具产品之所以表现出它特有的结构形态类型，其意义是二：一是创造出家具产品应有的使用功能；二是保证家具产品具有足够的强度和稳定性特征。

家具作为一种工业产品，首先应该具有使用功能。家具产品的功能特点是通过人的使用体现出来的，而家具产品的结构形式是体现其功能的具体手段。工业设计能否充分体现功能的科学性、使用合理、舒适、安全、省力和高效等都反映出产品结构是否合理、

造型是否全宜。除了满足使用功能外，家具产品的某些外部结构还具有审美功能。例如中国传统家具中椅子腿上的横档和矮老，以及桌腿间牙条、牙板和桌腿与桌面间牙头等的使用，不仅加强了各个零、部件之间的强度，实现其应用的使用功能，还起到了很强的装饰作用。

家具产品要实现基本的使用功能，其结构必须具有足够的强度。结构的强度与结构本身的构成形式有着密切的内在关系。首先，结构的强度与家具所使用的材料形态有着很大的关系。例如，两个材料相同，截面积相同的不同形态的材料，其截面积为方形的强度要比截面积为圆形的强度高。根据力学测定，力对材料的影响主要作用于材料相对的两端，而材料的中间部分，即中性轴部分，受力的影响相对较少，同样面积的方形和圆形材料相比较，圆形中性轴上的材料要比方形的多，故圆形材料受力部分要相对少一些。因此，方形材料要比圆形材料的强度高。其次，结构强度还受受力方向的制约。例如常见的折叠椅，如果使用者从前后向椅子施加压力，椅子就会因为结构不稳而倒，而如果使用者端坐在椅子上，力的方向自上而下，其结构就相当稳定。

结构本身的稳定性对家具产品基本功能的实现也起着至关重要的作用。如三角形结构形式是一种最稳定的结构形式，很多家具产品都利用了这一结构原理。

然而，在中国，很多家具产品在设计和制造过程中，企业和设计人员并没有重视对结构的力学强度进行合理分析，有的只停留在以往的经验或个人单纯的外部感官上，但是随着新材料、新技术的不断涌现，设计者对结构形式的不断开发创新，某些过进的经验和个人的感官未必还能奏效。因此，笔者认为，家具产品的设计应注重对结构的力学分析，做到结构科学、强度合理。

2、家具产品的结构形态与接合方式

对于绝大部分家具产品而言，如果没有运用一定的接合方式对其零、部件之间进行连接，家具将“面目全非”，毫无用处，更构不成家具产品的外观形态，对其结构形态的分析也只能是“纸上谈兵”、“天马行空”，毫无意义可言。

从产品的角度来看，则于其接合方式的不同，赋予了家具产品不同的形态。如，传统家具中的榫铆接合，形成了独特的以线、面等形式构成要素为主的框式家具形态；各

种连接件的使用又使现代家具形态有别于传统家具形态。现代家具如板式家具，以面、体的形态构成要素为主，通过部件、单体的形式来构成产品形态（如32mm系列板式家具）；而适用于金属、塑料等材料的焊接、粘结和胶结等接合方式又赋予了家具产品别具一格的整体构成形态。

连接件对家具产品的结构组成是至关重要的，其功能有二：连接和装饰。连接件的连接功能就如人体骨骼间的“关节”，连接着各个零、部件，把本来毫无生机的各种材料组合起来，从而赋予了家具应有的功能和使用要求，同时构成了各种生动活泼、姿态万千的家具形态，也实现了设计者的各种创意梦想。

此外，各种连接件的使用，对家具产品的外观形态起到了很大的装饰作用，有“画龙点睛”之功效。中国古代传统家具常使用五金件，这些金属饰件形式多样，造型优美，使传统家具倍增光彩，如包角、套腿、合叶、吊牌、吊环的使用。又如，现代家具产品中形态各异的拉手，由于所使用的材料、造型不同和色彩上的千变万化，使家具形态产生不同的视觉效果。如儿童家具中圆形、三角形等几何形拉手的使用，加上其鲜艳明亮的色彩，给儿童家具增添了几分童趣。

3、家具产品的内在结构形态与外在结构形态及其表现形式

家具产品的内在结构形态包含两个方面的含义：一是指由材料本身的结构特性所决定的，不同材料种类所产生的不同的家具产品形态。如金属家具、塑料家具、竹藤家具、充气家具及软体家具等都有自己独特的结构特点和表现形式。这是一张使用玻璃纤维增强树脂制造而成的，名为“佛罗瑞斯”的儿童椅。设计师利用材料的特殊性质设计出了这把结构和造型非同一般的椅子。另外，人造板如胶合板、刨花板、纤维板等，由于其材料本身内部与天然实木的内部结构大不相同，因此人造板家具形态与实木家具也存在着很大差异；二是指隐藏在家具外观形态之内，不易被人们察觉的家具零、部件之间的连接结构形态以及由它们所决寂静的家具造型形态。此沙发的外表很一般、很简单，但隐藏在其外表之后的内部结构却比较复杂。为了达到展开一折叠的使用要求，其内部必须运用多个零、部件通过一定的连接方式，及采用一些特殊的连接件才能完成。

家具产品的外在结构，即指外观结构，它充分暴露在人的视觉范围之内。家具产品的外在结构与内在结构最大的区别就在于外在结构直接表现在产品的外观形式上，它在

满足产品基本功能和要求的同时，还具有很强的审美功能。如，世界著名设计师华伦?普拉特勒（Warren Platner）在1996年设计的金属扶手椅系列堪称经典。其史无前例的使用多根棒状结构产生的光学效果，使产品外观表现出很强的现代感，优雅而又豪华。椅子和桌子的基座展现出由钢环连接着的精细金属棒构成的金属结构，产生了奇特的光学效果一波纹效应，就像带水的丝绸，美丽而又富有动感。又如，传统家具中的榫、铆结构形式反映了家具外表的结构美；外露的销、钉等反映出“点”的特性，拉手反映出“线”的特征等，这些都是对家具外表起到了不同程度的装饰作用。

但是外观形态与结构之间并不存在对应的关系。比如同一结构形式，若使用不同的材料和颜色，家具产品将会产生截然不同的外观效果。

4、家具产品形态设计与结构创新

古往今来，家具产品形态设计上的求新、求变，其主要途径之一即是力求结构形态上的变化创新。家具产品在满足其基本功能和使用要求的条件下，设计者就在努力探索如何在结构上进行变化，以求产品功能的拓展和形态的新颖独特。

家具产品的结构形态是实现其功能的基础。因此，家具产品使用功能的开发与拓展需要进行结构创新。这把多功能休闲椅正如它广告词所说的“It extends on its own”，它完全依靠其本身结构上的变化来产生各种姿势。更巧妙的是它只是多使用了一根弧形金属滑竿和滑套就实现了。

另一方面，通过对家具产品结构创新，还可以提高产品的审美功能，尤其是对产品外在结构的创新。这就是有名的“钻石安乐椅”，由设计师阿里托（哈里）伯尔托亚（A rieto （Harry） Bertoia）于20世纪50年代工设计的。椅背和扶手采用相互贯穿的钢网结构连成一体，“像雕塑一样主要由空气组成，空间贯穿在其中”。

然而不可否认，家具产品结构形态上的创新，新技术、新材料、新工艺的发明起了至关重要的作用。它们的出现和使用家具产品的新结构和新造型从“空想”变成现实。面对现代家具设计师“异想天开”的杰作，如埃诺?阿尼奥（Eero Aarnio）的“泡沫椅”，“佛罗瑞斯”儿童椅，古代家具设计师也只能望洋兴叹，望尘莫及。又如，随着人造板的发明及相关技术的发展，32mm系列自装配家具以前所未有的新型结构形式诞生了。这

种全新的结构形式不仅与以往的框架结构完全不同，还顺应时代的发展实现了家具产品的标准化、系列化、通用化以及便于装配和运输的功能和要求。这些都是人类的不断探索创新和科技的发展进步所带来的。由此可见，家具产品结构的科学性与合理性能体现出一个时代的科技成果及该时代人们对新的生活方式的追求。

此外，大自然也是物体基本结构产生的源泉，它对家具的结构创新有着很大启发性。例如，人类在吸取了大自然中科学合理的基本结构原理之后，创造出如壳体结构、折板结构、蜂窝板结构和充分结构等多种多样的新颖结构。

随着人类对自然的不断认识，对生物结构的不断探索和研究，以及对不断出现的新材料、新艺、新技术的使用，家具产品的结构形式将会越来越多样化，家具产品也会不断满足使用者的生理、心理需求，甚至各种个性需求。

综上可知，家具产品的结构形态设计是家具设计的主要内容之一，其地位和作用在家具产品形态设计中是任何要素都无法替代的。家具产品的结构形态设计需要考虑很多方面的因素。归结起来包括产品功能的满足与拓展、材料的强度、零部件的接合方式、连接件的使用以及新材料、新技术、新工艺的发明和使用等主客观因素。

二、折叠椅的历史

许多世纪以来，折叠椅一直被认为是最重要的家具之一，是社会地位的象征。在古文明中，折叠椅不只是为了供人就座，还用在了各种正式场合和仪式中。

在古埃及的家具中，折叠椅被列为其中最重要的家具之一。折叠椅的发展开始于约公元前2000～1500年，起初的折叠椅是战场上军队指挥官的专用座椅，同时也是权势与威望的象征。虽然时间在不断推移，折叠椅却始终带有权力的象征。

埃及的折叠椅，与随后的希腊和伊特鲁里亚(意大利中西部古国)的折叠椅一起，成为后来罗马折叠椅的原型，在罗马共和时期，sella curulis椅开始广泛出现在了平民法庭上。

从罗马的“sella curulis”椅，到伦巴族人的“sella plicatilis”，再到加洛林王朝的“faldistorium”，我们可以发现一种形态的改变。

由在椅子两侧交叉的椅子腿，转到椅子正前方交叉。这是为了强调交叉的“x”结构，显示权力的象征。最好的例子就是the franconians君王dagobert一世的座椅。

文艺复兴时期之前，出现了折叠椅的类型学。我们发现了16世纪的sedia della forbice椅（剪刀椅）继承了faldistorium的特点。但是由两个主要的不同：the 'chair of petrarca' 和the 'sedia a tenaglia' 继承了the 'savonarola' 和the 'dantesca'，而且它们的椅腿交叉处又回到了椅子两侧。

在巴洛克时期，包含交叉椅腿的椅子并不能折叠，特别是在路易十四到路易十六时期，'x'结构带有排外的象征。拿破仑的战场座椅“fauteuil”从词源学讲来自古法语“faldestoel”，而词根源于拉丁语”faldistorium”。过去折叠椅的命名带有尊严和高贵的意蕴，而这个拿破仑椅“fauteuil”一直作为长官座椅的名称而存在。

由于折叠椅本身成为人们普遍的座椅，所以出现了形式与制作工艺的多样化。也由于折叠椅已经不包含太多的权力与尊贵的象征，所以这也导致了新功能、新设计的发展。19世纪末，折叠椅已是功利主义者所玩弄的设计品，出现了各种形式各种用途的座椅三、折叠椅的模型

折叠椅是家具中很普遍的一种家具，在家里、办公室、公共场所都能看到折叠椅的身影，它们以不同的种类、结构、材料等形式分布于社会的各个角落。给人们出行、旅游、办公带来了方便。因此，其广阔的前景给人以无尽的遐想。

随着社会的进步，人类的物质需求越来越追求于理想与完美，折叠椅的设计也越来越科学，多种多样的折叠椅出现在人们面前，因此，多种多样的设计方式也为人们所知，也为人们所用。由于折叠椅的设计是要借助于画图软件，为此，各种的画图软件为人们所用，如常见的：Pro/E、UG、Solder work等，本次设计将用Pro/E软件来进行画三维图，AutoCAD来绘制二维平面图。

本次设计将设计多功能折叠椅，它有普通的折叠椅改制而成，如图1-1所示，图（a）、（b）、（c）为多功能折叠椅的模型图：

（a）

(b)

(c) 图1-1

根据模型图我们可以对折叠椅进行合理的设计。

设计一合理而新颖的折叠椅，就要不断的创新，全世界有成千数万的专利是关于折叠椅（凳）的新奇想法。设计师、发明家和普通工匠都把他们的精力投入到座椅设计中，极为关注于椅子的折叠、调节与舒适性，但是大量生产的椅子并不都包含了精细的设计。

因此对于折叠椅的设计应有大胆的创新与精细的设计。

第二章多功能折叠椅的设计

一、折叠椅的设计调研

我国家具与室内设计行业从80年代开始起步，到90年代已形成独立生产的行业，其产值已达到80亿元，到1997年达到1000亿，到2002年已达到2100亿，其发展前景十分广阔。

据资料所得，最初的折叠椅是由那些水手和远足人员制造并使用的，并且是在那些需要椅子尽可能重量轻和少占面积的地方使用。例如：露营用的折叠椅，体积小和省地方；在花园里用以喝酒的折叠椅。可见折叠椅在出世后，很受人们的青睐。

在人们长期的研究中，越来越多种类的折叠椅为人们所创造。如：有休闲类的、办公用的、户外用的等，根据其结构分有：V型折叠椅、U型折叠椅、婴儿推车类型等，根据其材料分类有：皮革做的、塑料做的、合金钢做的等，各有各的特点于优势。为此，折叠椅在人们生活中也成为一大热点。

但在我国，家具很少用科学方法从理论上对结构的强度、刚度进行分析计算，长期依赖于实践经验，致使国内家具科学发展缓慢，产品出现很多问题：有的为了加强安全，用料过大，造成浪费；有的强度或刚度不够，导致变形甚至破坏。

随着科学技术的发展，中密度板、刨花板、空心板、塑料、金属等新材料在家具制造中不断地被广泛应用，家具材料及其结构强度就越来越为人们重视。为了合理使用材料，保证家具的功能，有必要对其结构强度进行分析和研究，以便更好的进行家具设计。

然而在当代现实中，一些不合理的椅子经常危害人们健康，我们常常看到打字员、会计、司机等因座椅不合人体尺寸而造成别扭的姿式，长期如此造成过度疲劳，脊柱弯曲、腰间盘突出、驼背等职业病；学生因座椅不适而坐姿不正、影响身体发育，使近视率上升；日本办公室的选椅标准：“办事员是旋转椅，组长的椅子有扶手，科长的椅子靠背高，部长的椅子暄腾腾。”这种标准只从形式上考虑，而未顾及坐者是否舒服。而折叠椅也在其中，为此，我们有必要对折叠椅进行合理的设计。

二、多功能折叠椅的设计方案

折叠椅的功能设计

椅子的各部位尺寸，不论是坐位的高低、深度和宽度，扶手和靠背，以及坐面的弯曲度都要的严格的依据，如果稍有差错就会影响人体的肌肉、韧带和关节等组织，使人感到不安和痉，所以椅子的各部位尺寸都要适合人体的尺寸。

坐高：坐高是指坐板前沿高度，这个高度决定了椅子的舒适程度。根据人体工程学的理论，人体质量和压力的散布和紧张的松弛乃是获得舒适的基础，这是因为人坐在椅子上的时候，身体质量由脊骨至坐骨，尽管坐骨结节点承受了最大压力，但因骨盆拱骨的尖端力学作用，臀部的各部位均分别承受不同压力使压感略有减缓。坐面的高低使人体的接触面也不同，因而决定了坐椅的舒适程度，通过以小腿高为标准的坐高与高于小腿高度的坐面实测，可以看出其体压是不同的。理想的坐面高度要与人的小腿长度相等，最好是略小于坐者的小腿长度，使脚部能安置在地面上，并使腿部能完全放松。如果坐位太低，要保持身体平衡惟有把双脚向后屈，但这样会使上身全部质量集中在臀部中央，使臀部的一些肌肉受到很大压力，同时两腿又容易疲劳，很难得到休息。但是坐面过高，大腿前半部近膝窝处就会受到约20kPa的压力。这种压力虽不算大，但时间长了易引起血液循环障碍，肌腱就会发胀而麻木。椅面过高相对桌降低，令人不得不把身体向前俯斜，把全部力量压在椅座前沿，只要坐上片刻便会感到背部和小腿麻痹。由上述可知，坐高的决定与人的小腿高度有密切关系，按照人体工学的基本原理，坐高应小于人体坐姿态时小腿肋窝到地面的高度，根据我国男性平均胭窝为408mm，女性为385mm，再加上2.5-3.5mm鞋的高度，则高为420-430mm，考虑到小腿的活动作地，一般采用400-410为宜。

坐深：坐深确定通常是根据人体大腿水平长度，即胭窝到臀部后端的距离作为依据，为养活小腿内侧受到压近或使靠背失去作用，坐位浓度实际尺寸还应减去椅座前沿到胭窝之间大约60mm的空隙，也就是坐深小于坐者大腿的长度，使膝下没有压力，为了使坐深设计得适合于多种人体尺寸的需要，下腿水平长度应取平均值。如果坐位过深，会令人背部无法触及靠背，使腰部的支撑点悬空，上身一部分质量要靠颈项来支持，同时下身还有向外滑出趋势，使人无法久坐。一般来说普通椅子在通常就坐的情况下，由于腰椎到盆骨之间接近垂直状态，其坐深可以浅一些，对于倾斜度大的休息用椅，因使人腰椎至盆骨也呈倾斜状态，故坐深就要加大一些。我国成年男女的大腿水平长度尺寸平

均可取420mm，故一般常用的靠背椅坐深不宜大于420mm。

坐宽：坐位宽度必须大于臀部的宽度，使身体改变姿势时有足够的移动空间，但坐宽过大两臂不能均匀地倚靠扶手，坐宽过窄没有横向挪支的作地，易产生促感，这样很容易产生疲劳。根据我国人体尺寸，一般靠背椅坐宽不应小于380mm,扶手椅不小于

460mm。座必须有适宜的弧度或弹性，使全身压力不致集中在骨盆的承重尖端。

靠背高度：靠背高度是指椅背上沿至椅背与坐面交接处的距离，是沿椅背平面中线测量的长度，靠背必须具有支持背部的作用，并且根据需要稍向后倾斜，以支持身体的质量，两者之间必须形成95度或更大的角度，它的作用是使人的身体保持一定的姿态，同时分担部分人体质量，如果靠背垂直和太低，就使人腹部凹曲，腰部肌肉被拉紧，尤其是背部受椅背板边缘压迫。这样的椅子，会使人身体的压力有一部分向前滑去。正确椅背高度应依据椅子的使用功能而定，一般椅背应在肩胛骨以下，以便于背部肌肉得到适当的休息，同时也便于上肢活动；对工作用椅为全球上肢前后左右活动，高度要低于腰椎骨上沿；休息用椅坐者处在躺坐之间，靠背应加高至颈部或头产。此外，坐位和靠背的位置最好可以自由调节，以适应各种姿态需要。

扶手：扶手是增加坐椅舒适性的补助支撑构件。坐者前臂得到自然支撑，减轻两臂和背部的疲劳，对上肢肌肉的休息也有作用。扶手高度应与人体坐骨结节点到自然垂下的肘部下端的垂直距离相近，通常认为距坐面高240mm左右最为合适，并应与坐面平等。扶手过低两肘不能自然落在扶手上，前臂得不到有效支撑；扶手过高，双臂不能自然下垂，会造成坐者抬肘耸肩的不良坐肩部、背部和上臂的多处肌肉处于紧张状态。两扶手内侧距离在420-440之间，扶手前端应比后端稍宽，一般是两侧分另张开10度左右。

部件与部件的协调部件之间的协调可以增加人体与支撑面的接触，将过于集中的体压分散开。人坐在椅子上可有多种不同姿态，对椅子各部件的作用力也就有所不同。所以舒适的坐椅最好是从坐面与靠背所构成的角度和支撑的位置选择来设计。水平的坐面和垂直的靠背椅子不适应人体自然活动状态，坐和倚靠都不舒服，因为这时候很大一部分人体重量都通过靠背伟给椅座，这样靠背和坐面必须依使用需要向后倾斜，靠背与水平面之间成夹角B以支撑身体重量。至于倾斜多少，这要根据使用要求决定，通常认为在90度～120度的范围内改变靠背的角度，同时上下移动支撑点能获得较好的舒适效果。根据人体测试数值表明，一般倾斜角度的支撑位置在第二到第四腰椎之间；再稍倾斜时支撑位置在第九胸椎和第二腰椎两处；倾斜度再大些时，支撑位置在腰椎、胸椎下部和关部三处。其中以腰椎的支撑最为紧要。从上述分析可以看出，随着靠背斜度B角

的增加，靠背支撑点的位置也需逐步上移，也可以从一个支点增加到两个支点。轻休息和休息椅由于B角较大，靠背支撑点的位置也需逐步上移，也可从一个支点增加到两个支点。躺椅因使用功能以躺卧为主，B角增加一点枕头部位的功能，其长度可与颅骨枕外隆突点的位置一致，枕头点上沿离椅面的距离可在720——775mm范围内选用。写字及餐饮用椅斜度就要小些，这类椅子的靠背只需做间隔条形，能承受很小的倚靠就可以。休息性强的椅子靠背要支撑整个背部以不露空隙为好，使之具有支持背部的作用。由于靠背的倾斜坐面也相应的后倾角，使坐面与水平面之间形成夹角ɑ，这样使可以使身体稍向后倾。平坐面容易使整个身体向滑支，使休重移至背的下部与大。

折叠椅就是由折叠连接把前、后腿和座板连接起来的家具。本次设计是多功能折叠椅的设计，它由普通的折叠椅改做而成，在普通的折叠椅上加以写字台、扶手等部件。

我们从前人的研究基础上，可以得到很多的理论知识，从人类功效学数据可以看到一些有关设计椅子的原理，椅子的坐面应向后倾斜14～24度（相对与水平面），以使臀部不向前移滑。靠背与坐面的夹角应在105～110度。靠背与水平面的夹角应在110～130度。靠背在相应腰的地方要鼓起，它距坐面的垂直高度从10～18厘米。腰部凸起，可以减少脊椎后凸，并使脊柱尽量接近与自然状态。折叠椅家具是运用平面机构的原理，以铆钉接合作铰链结构，把产品中的各部分（杆件）连接起来的家具。折叠家具在家具的折叠部位采用铰链连接，停止使用时可以折叠起来，以便搬运，它在住房面积较小的情况下使用最为合适。

本次设计的折叠椅可适合身高在 1.37 米—2.06 米之间的人，坐在其上与坐在普通椅子上的高度完全一样，无论在办公室还是在家里，使用这种坐具都很合适。它使人们从长期坐旧式椅子所带来的腰背疾病痛苦中解脱出来，给人们以舒适感。

第三章 多功能折叠椅的力学分析

一、折叠椅的受力分析

折叠椅的受力分析情况如图2-1-1。靠近座板前边有载P 作用，根据已知条件，可做如下受力分析 。

图2-1-1

分别在A 、B 点取距，前、后腿受力公式如下：

)cos (1α?---?=?b f c s P s N A

)cos (1α?++?=?b c f P s N B

可得：

s P b f c s N A ??---=

)cos (1α………………………………………………………2.1 P s

b f

c s N B ??+++=1cos α………………………………………………………2.2 分别取各杆件为研究对象，各铰支点摩擦忽略不计，如图2-1-2所示。计算结果如下：

根据座板受力情况，依M 点取距，有

P c

f N N DY DY ?=='…………………………………………………………………2.3 DY A CY CY N N N N +==' =P s

b f

c s c f ??---+)cos (1α………………………………………………2.4 依C 点取距可求出

)cos sin ()(cos 211ααα?-??=+?DY DX A N N P b a N

P a s b a b f c s c f N DX ????+??---+??=)sin cos )()cos (sin cos (1

1111ααααα…………………2.5 由图2-1-2可知：

'''CX CX MX MX DX DX N N N N N N =====……………………………………………2.6 若C 点取距可有

P c

c f N N MY MY ?+=='……………………………………………………………2.7 各结点受力的方向如图2-1-2所示。

(a)

(b)

(c)

(d) 图2-1-2

二、多功能折叠椅强度条件的建立

前、后腿和座板的强度条件

前、后腿和座板是铰链，简化后均可看作是简支梁AC 、DG 和BC ，三杆所受法向力及弯距如图2-1-3所示。后腿AC 的危险点为D ，将各支点的力都分解成垂直于杆件的弯曲力和沿着杆件作用的轴向力，A 点的杆件垂直力：

1cos α?=A A N R ………………………………………………………………………2.8 1m ax cos α??=?=A A N b AD R M ……………………………………………………2.9 Z

A Z W W N b W M 1max cos ασ??==………………………………………………………2.10 式中：为D 点后腿抗弯截面模量。

由后腿受力分析可知， AD 段受轴向力作用：

1sin α?=A Y N P ………………………………………………………………………2.11 A

P Y Y =σ………………………………………………………………………………2.12 Y W σσσ+=总 =[]σαα≤?+??A

N W N b A Z A 11sin cos …………………………………………2.13 式中： A —结点D 处后腿截面面积；

[]σ—后腿材料的许用应力

对于座板DG 的危险点在M 处。

''DY D N R =

MY M N R =