座椅的力学设计靠椅设计(final).doc.docVIP

坐椅 的 力学原理 环11 鲁颐琼010309 环11 陈 珊010315 环12 王 垚010344 环12 梁 熹010367 环11 赵晨曦010314  序 椅子是日常生活中非常常见的。随着时代的改变，椅子的材料和式样也有了许多变化。不但外观趋向于简洁、新颖、人性化，材料更是千差万别。但人们首先注重的必然是其耐用、经济的程度。由此，椅子的各部分受力分析充分体现了工程力学中的基本概念和原理。于是我们组查阅了一些椅子设计大赛的作品，挑选了两把较实用新颖的椅子，并根据它们的受力分析，综合其优缺点，自己设计了一把合金钢管椅。 目录： 靠椅一受力分析及讨论 ………………………… 3 靠椅二受力分析及讨论 ………………………… 15 靠椅的设计 ………………………… 26 小结 ………………………… 46 靠椅一受力分析及讨论 A：侧面图 侧面是平面问题，将其转化如下： a） 人坐在椅子上时，椅子受力如下图所示： b）椅子和人共同受力如图： c）椅子分段如下： OA、AB、BC、CD段 细分如下：A点，由两直段与一弯曲段组成 B点，同A一样， C点， 外力计算与讨论： 先计算椅子在承受人压力时所受地面支持力，假设人，椅中心延长线在距底部左支点S处，各参数如图： 人坐在椅子上时，椅子底部所受地面支持力 即： 计算人与椅子的相互作用 Fc Fb G 人的受力如下： 得到 假设靠背与座位均是全接触，即作用长度为b、c，且靠背 假定背部底端与椅子为分离的临界状态，即，由此可得出 ③ 关于外力的讨论与结论： 人与椅子所受重力G，其中椅子重力在此忽略不计，椅子所受外力简化如下， 当在l右端为0时，此时整个人椅系统是一个平衡的临界状态，即即将后仰起来。如果G是一定的，那么可由此求出的一个最小值，即当时， 可见，底部最短长度与重心位置S成了3倍关系，当然这是将整个系统简化为理想状态后得到的一个近似的制约关系，但这一点时设计椅子时的必要步骤。 内力分析讨论 对于此椅子，若几个连接处均成直角连接，则在角上，理论应力为无穷大，所以将连接处设计为圆弧相连最为合理，对于材料的选择会有较大的空间。 所以在几个连接处，会出现危险面/点，现将内力分布分析如下： 轴力 ●OA段约直段处不受轴力，即轴力为0，而A处的弯弧段开始受轴力，如下图分析： 即 ●AB直段上，轴力保持的最大值 而倒了B处的弧段时，受力有两部分：一部分与靠背OA上的外力平衡，另一部分与AB上外力平衡，如下图： 其中 BC直段上仍保持着的轴力 而在C处，其受力与上类似 分析轴力： 由于有边界点，所以只要分析三个连接处的轴力即可 A处 B处 C处 三处最大轴力分别为 处 （这是因为椅子） 即三个危险面： 如红线所截 剪力 OA段剪力为： 在弯弧A处，剪力逐渐变小到AB直段的左端减至0。 如图所示： 在AB直段上，剪力随长度变化为 如上分析，在B弯弧段的剪力随角度变化为： 在BC直段上剪力为 在C弯弧上剪力为 在CD直段处剪力与底杆长度关系为 弯矩 OA直段弯矩 AB直段弯矩 BC直段弯矩 为计算方便，DC段分析以D为起点，则截面上弯矩为 还有三个连接处的弧段上的弯矩 A处：由于弯弧的曲率半径很小，故各处对于圆弧上的弯矩与对AB直段最左端相差无多，故可近似为 时， 同理，B、C处弯矩分别近似为BC段直段最上端与CD直段最右端 其轴力图、剪力图、弯矩图如下： 轴力图： 剪力图： 弯矩图： 分析和结论： 由以上的分析可以确定其危险面，本椅是木质材料制成，截面均匀，故应力分布的危险截面与