新一代课桌椅的研制

方诚明　陆强　姚梦阳　任民山　杨春杰*（湖北省黄石市湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石 435000）

新一代课桌椅的研制

方诚明陆强姚梦阳任民山杨春杰*
（湖北省黄石市湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石 435000）

本文介绍一款新型的有益于学生身心健康的课桌椅的设计原理及其具有的机械结构，并介绍了在不同工作状态下的优点。该产品拥有三种不同的工作状态，通过调节能够在写字、阅读、休息三种模式之中任意装换来提供一种既舒适而又安全的距离和角度，因此提高学生的舒适度，降低学生近视的发生率，而不同的状态之间的装换可以舒缓肩颈的压力从而降低驼背的产生。

人性化 预防近视 多功能 课桌椅

1　引言

有关调查显示：抽取昌平区71所中小学校1 960套课桌椅，根据《学校课桌椅功能尺寸》（GB/T 3976—2002）规定测量学生及课桌椅高度，进行卫生学评价。结果昌平区2011年中小学校课桌分配符合率为75.10%，课椅分配符合率为71.43%，课桌椅分配符合率为66.02%；城乡学校课桌椅分配符合率差异有统计学意义（P＜0.05），不同学段课桌椅分配符合率差异无统计学意义（P＜0.05）。结论昌平区中小学校课桌椅分配符合率偏低，应引起社会、学校、家长、学生的高度重视［1］。

在竞争恶劣的应试教育环境下，学生们的压力变得越来越大，随之近视和脊椎变形也越来越普遍，追其重要原因之一是由于我国学校教室所采用的都是不可调节的课桌椅，而这些不能满足自身身高条件的课桌椅，导致学生长时间不正确的书写姿势，脊椎因此受力不均匀，从而引起脊椎弯曲，尤其是高校课桌椅设计所依据的尺寸仍旧沿用我国1988年所颁布的国家标准GB10000-88《中国成年人人体尺寸》距今已有20年时间，显然不适应发展的需求［2］。

2　产品主要功能

“新型多功能课桌椅”是一款采取人体工程学将“舒适”作为最高理念而设计制作的产品。将机械结构合理巧妙的应用于实际产品中，在尽量减少空间的情况下，赋予了产品更多的功能。

根据学生的需求，该产品可通过机械结构和部件的空间变换来提供三种不同的模式：

2.1书写模式

当我们最先看到课桌椅时，它呈现的是最初始的状态，如图2.1所示。当学生们晚会时，桌面上的东西可以转移至椅子的下面的抽屉，而写字板的收起会给予了学生们更多的活动空间，靠背采取流线形设计减少背部脊椎的受力，给人更多的舒适感。如图2.2所示这就是椅子的书写模式，将位于椅子两旁的写字板（若需要旋转一块也可）向前旋转至水平后在旋转90°，然后在根据自身的升高条件来调节椅子的高度和写字板与胸口的距离，椅子的升降采取气压的结构，升降过程平稳安全可靠同时又不会产生噪音而影响别的同学。伸出的写字板调节至距离胸口至少一拳远，这样才能够保护视力。

2.2阅读模式

如图2.3所示，是椅子的第二种模式。我们查阅了大量的资料，当桌面与水平成45°时为最佳阅读角度，孩子可以靠在椅背上阅读，眼睛为书本是水平的，视角也为70的健康视角，不用将脖子伸出去在低头阅读，也不用双手捧着书本，就像有人拿着书本让孩子看一样，这样可以缓解眼部疲劳，减轻肩颈手臂压力，给予最舒适的状态。

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2.3午休模式

随着学习压力的变大，很多中小学校的学生中午都在教室午休，可是长时间保持一个固定的姿势，被压的肢体的血液微循环受到影响导致肢体麻痹。为了解决这一麻烦同时可以睡一个好觉，我们设计了椅子的第三种模式，如图2.4所示。靠背可以向后延展，写字板可以降低高度，此时就变成了一张舒适的睡椅，底部采用框架式的铝合金基座保证了其稳定性。

而一些细节上的设计例如，椅子上容易弄伤孩子的地方我们都采取圆角设计，避免爱打闹的学生不小心的碰撞；椅子底座的后下方，我们安装了悬空的滑轮，当教室需要清洁时可以自由的移动等等。

3　产品的机构及其原理

我们从成本入手，以最简单的结构来实现所需的功能。

产品采用的主要设计有：（1）基座设计：考虑到组合的方便性，基座部分包括底座和扶手机构，两者通过位于底座上的销钉定位。底部和上部通过气压杆连接。（2）靠背设计：在这个部分的设计过程中，我们主要考虑到了学生的舒适度。如果长时间保持同一个姿势的话，脊椎也将保持着同一种状态，不同的靠背角度可适当的活动脊椎，避免了驼背的产生。S型的曲线会给予了学生更加的舒适感。（图3.1）

4　产品材料的选择

（1）底座：采用合金钢管，不仅材质较轻而且光滑的表面还可以提高观赏度。（2）扶手机构：采用夹板，材料来源容易，成本较低。（3）滑槽轨道：由于此处对零件精度要求较高，因此该处采用钢板，加工可容易得到相应精度。

5　产品应用前景

中国青少年研究中心所做“2012年中国青少年人口详数”调查材料。Fei等以偏钒酸铵和草酸为原料、二甲基亚讽和水作溶质，将装有混合溶液的反应釜180℃下保温24h，合成了由单晶纳米粒子组成的玫瑰状V2O5层状结构。Yu Wang等以偏钒酸铵为原料，用销酸调节溶液pH2-2.5，并在反应荃中置一倾斜放置的铁箱，反应签再在180℃下保温24小时，即得V2O5纳米带阵列。

2.3气相沉积法

气相沉积法是一种或数种反应气体在加热、激光、等离子体等作用下发生物理或化学反应，最后经冷却、凝聚、长大形成纳米微粒的方法。气相沉积法可以分为物理气相沉积法和化学气相沉积法，物理气相沉积法又可分为热蒸发法、等离子体蒸发沉积、激光蒸发沉积、粒子溅射等，而制备V2O5纳米材料主要采用其中的热蒸发法。Candace K.Chan等将V2O5粉末放置于瓷坩埚中加热到690℃（超过熔点），蒸气由氧气运输至基板位置发生沉积，得到了单晶V2O5纳米带。Yan等通过将覆盖有Si圆片、不加催化剂的钒溶在环境条件下加热到660℃，保温6小时制备得到了细长的V2O5纳米带。Yan等将乙酰丙酮氧钒加热到600℃并在氧气流中保温20min（系统压力大约为0.1毫巴），得到了沉积在SnO2纳米线上的V2O5纳米纤维。

2.4模板法

材料的多维结构和可控化制备已成为纳米科学的一个热门研究方向，不同形貌的材料展现出来不同的性能，纳米线纳米带以及多级结构正被日益广泛地研究。常用的模板主要有含有有序孔洞阵列的氧化铝模板和含有无序分布孔洞的高分子模板，此外还有金属模板等。Wang等电化学沉积的的聚碳酸酯多孔膜模板替换为ITO基板（ITO化物，涂有银膏），制备得到了管长约10 um，外直径约200 nm，内直径约100nm的V2O5纳米管阵列。下图（4-5）为Hao Bin Wu等利用碳球为模板获得的氧化钒纳米结构。

3　结论与展望

V2O5优异的性能和可能的应用引起了科学家极大的兴趣，目前对其研究已经扩展到信息能源材料健康等各领域。但其实验室进展工业化缓慢，且有众多亟待解决的问题，高纯钒的洗选和提取需要广大化工学者尽很大的努力，而人类下一个研究热点能源电池，钒系材料作为一种很高的电极材料，必将发挥很大的优势，又作为一种很好的前驱体，在其他钒酸盐或者复合材料制备中成为明星材料。研究显示，全国中小学生总人数约2.08亿。由此可见，中国中小学生的人口基数是庞大的。目前，中国初级卫生保健基金会主办的全国学生爱眼工程已经正式启动，据最新抽样调查统计，中国儿童、青少年学生的近视率已居世界第二位，小学生近视率达28%，初中生近视率高达42%。而造成中国儿童、青少年近视的主要原因是不良的学习习惯，广大中小学生长期驼背趴着读书写字，导致儿童、中小学生近视率居高不下，同时部分同学导致驼背、脊椎弯曲和变形。我们研制的新型多功能桌椅就是矫正学生不良的阅读写字习惯，让广大儿童、中小学生从此摆脱驼背和近视的烦恼。这款结合人体工程学而设计的课桌椅，在现有的技术上进行一次设计改革，跳出传统的思维模式，让学生在使用时，可以保持正确视距，远离近视，引导良好坐姿，矫正脊椎发育。该产品把各个机构完美的融合到了有限的空间里，用最简单的的机构和原理实现了所需要的多种功能，具有极大的市场前景［4］。

通过调查可知：专业教室的桌椅利用率比较高，调查者对于一些基本的功能和尺寸不够满意。但是对于很多的功能和尺还是不能够满足他们的需要，还有很多平时根本用不到的功能，不但浪费材料而且还会占用空间，造成没必要的浪费。

［1］张崛，郭红侠，崔永强.2011年北京市昌平区中小学校课桌椅卫生学监测结果.职业与健康，（2013.1） 第1期.

［2］李晟泽，史皓天，罗嘉恒，陈磊.基于人体舒适度模型的课桌椅设计研究.纯粹数学与应用数学，（2011.10）第30卷，第6期，P244-248.

［3］王洪，银金光.工程力学［M］.北京：希望电子出版社，2006：p275-300.

［4］成大先.机械设计手册（2-5卷）［M］.北京：化学工业出版社，2002：p24-225.

［5］郑玉华.典型机械产品构造［M］.北京：科学出版社，2004：p230-400.

湖北省教育厅大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201410920035）；湖北理工学院大学生科技创新项目（项目编号：13c41）。

方诚明（1995—），男，湖北咸宁人，2013年毕业于咸宁市高级中学，现就读于湖北理工学院机电工程学院，专业方向：机械设计制造及自动化（新兴产业）。

杨春杰（1973—），女，黑龙江大兴安岭人，2001年毕业于武汉理工大学，工学硕士，现任教于湖北理工学院机电工程学院，副教授，研究方向：计算机图形学、 虚拟设计与仿真。