新一代課桌椅的研制

方誠明　陸強　姚夢陽　任民山　楊春杰*（湖北省黃石市湖北理工學院機電工程學院，湖北黃石 435000）

新一代課桌椅的研制

方誠明陸強姚夢陽任民山楊春杰*
（湖北省黃石市湖北理工學院機電工程學院，湖北黃石 435000）

本文介紹一款新型的有益于學生身心健康的課桌椅的設計原理及其具有的機械結構，并介紹了在不同工作狀態下的優點。該產品擁有三種不同的工作狀態，通過調節能夠在寫字、閱讀、休息三種模式之中任意裝換來提供一種既舒適而又安全的距離和角度，因此提高學生的舒適度，降低學生近視的發生率，而不同的狀態之間的裝換可以舒緩肩頸的壓力從而降低駝背的產生。

人性化 預防近視 多功能 課桌椅

1　引言

有關調查顯示：抽取昌平區71所中小學校1 960套課桌椅，根據《學校課桌椅功能尺寸》（GB/T 3976—2002）規定測量學生及課桌椅高度，進行衛生學評價。結果昌平區2011年中小學校課桌分配符合率為75.10%，課椅分配符合率為71.43%，課桌椅分配符合率為66.02%；城鄉學校課桌椅分配符合率差異有統計學意義（P＜0.05），不同學段課桌椅分配符合率差異無統計學意義（P＜0.05）。結論昌平區中小學校課桌椅分配符合率偏低，應引起社會、學校、家長、學生的高度重視［1］。

在競爭惡劣的應試教育環境下，學生們的壓力變得越來越大，隨之近視和脊椎變形也越來越普遍，追其重要原因之一是由于我國學校教室所采用的都是不可調節的課桌椅，而這些不能滿足自身身高條件的課桌椅，導致學生長時間不正確的書寫姿勢，脊椎因此受力不均勻，從而引起脊椎彎曲，尤其是高校課桌椅設計所依據的尺寸仍舊沿用我國1988年所頒布的國家標準GB10000-88《中國成年人人體尺寸》距今已有20年時間，顯然不適應發展的需求［2］。

2　產品主要功能

“新型多功能課桌椅”是一款采取人體工程學將“舒適”作為最高理念而設計制作的產品。將機械結構合理巧妙的應用于實際產品中，在盡量減少空間的情況下，賦予了產品更多的功能。

根據學生的需求，該產品可通過機械結構和部件的空間變換來提供三種不同的模式：

2.1書寫模式

當我們最先看到課桌椅時，它呈現的是最初始的狀態，如圖2.1所示。當學生們晚會時，桌面上的東西可以轉移至椅子的下面的抽屜，而寫字板的收起會給予了學生們更多的活動空間，靠背采取流線形設計減少背部脊椎的受力，給人更多的舒適感。如圖2.2所示這就是椅子的書寫模式，將位于椅子兩旁的寫字板（若需要旋轉一塊也可）向前旋轉至水平后在旋轉90°，然后在根據自身的升高條件來調節椅子的高度和寫字板與胸口的距離，椅子的升降采取氣壓的結構，升降過程平穩安全可靠同時又不會產生噪音而影響別的同學。伸出的寫字板調節至距離胸口至少一拳遠，這樣才能夠保護視力。

2.2閱讀模式

如圖2.3所示，是椅子的第二種模式。我們查閱了大量的資料，當桌面與水平成45°時為最佳閱讀角度，孩子可以靠在椅背上閱讀，眼睛為書本是水平的，視角也為70的健康視角，不用將脖子伸出去在低頭閱讀，也不用雙手捧著書本，就像有人拿著書本讓孩子看一樣，這樣可以緩解眼部疲勞，減輕肩頸手臂壓力，給予最舒適的狀態。

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2.3午休模式

隨著學習壓力的變大，很多中小學校的學生中午都在教室午休，可是長時間保持一個固定的姿勢，被壓的肢體的血液微循環受到影響導致肢體麻痹。為了解決這一麻煩同時可以睡一個好覺，我們設計了椅子的第三種模式，如圖2.4所示。靠背可以向后延展，寫字板可以降低高度，此時就變成了一張舒適的睡椅，底部采用框架式的鋁合金基座保證了其穩定性。

而一些細節上的設計例如，椅子上容易弄傷孩子的地方我們都采取圓角設計，避免愛打鬧的學生不小心的碰撞；椅子底座的后下方，我們安裝了懸空的滑輪，當教室需要清潔時可以自由的移動等等。

3　產品的機構及其原理

我們從成本入手，以最簡單的結構來實現所需的功能。

產品采用的主要設計有：（1）基座設計：考慮到組合的方便性，基座部分包括底座和扶手機構，兩者通過位于底座上的銷釘定位。底部和上部通過氣壓桿連接。（2）靠背設計：在這個部分的設計過程中，我們主要考慮到了學生的舒適度。如果長時間保持同一個姿勢的話，脊椎也將保持著同一種狀態，不同的靠背角度可適當的活動脊椎，避免了駝背的產生。S型的曲線會給予了學生更加的舒適感。（圖3.1）

4　產品材料的選擇

（1）底座：采用合金鋼管，不僅材質較輕而且光滑的表面還可以提高觀賞度。（2）扶手機構：采用夾板，材料來源容易，成本較低。（3）滑槽軌道：由于此處對零件精度要求較高，因此該處采用鋼板，加工可容易得到相應精度。

5　產品應用前景

中國青少年研究中心所做“2012年中國青少年人口詳數”調查材料。Fei等以偏釩酸銨和草酸為原料、二甲基亞諷和水作溶質，將裝有混合溶液的反應釜180℃下保溫24h，合成了由單晶納米粒子組成的玫瑰狀V2O5層狀結構。Yu Wang等以偏釩酸銨為原料，用銷酸調節溶液pH2-2.5，并在反應荃中置一傾斜放置的鐵箱，反應簽再在180℃下保溫24小時，即得V2O5納米帶陣列。

2.3氣相沉積法

氣相沉積法是一種或數種反應氣體在加熱、激光、等離子體等作用下發生物理或化學反應，最后經冷卻、凝聚、長大形成納米微粒的方法。氣相沉積法可以分為物理氣相沉積法和化學氣相沉積法，物理氣相沉積法又可分為熱蒸發法、等離子體蒸發沉積、激光蒸發沉積、粒子濺射等，而制備V2O5納米材料主要采用其中的熱蒸發法。Candace K.Chan等將V2O5粉末放置于瓷坩堝中加熱到690℃（超過熔點），蒸氣由氧氣運輸至基板位置發生沉積，得到了單晶V2O5納米帶。Yan等通過將覆蓋有Si圓片、不加催化劑的釩溶在環境條件下加熱到660℃，保溫6小時制備得到了細長的V2O5納米帶。Yan等將乙酰丙酮氧釩加熱到600℃并在氧氣流中保溫20min（系統壓力大約為0.1毫巴），得到了沉積在SnO2納米線上的V2O5納米纖維。

2.4模板法

材料的多維結構和可控化制備已成為納米科學的一個熱門研究方向，不同形貌的材料展現出來不同的性能，納米線納米帶以及多級結構正被日益廣泛地研究。常用的模板主要有含有有序孔洞陣列的氧化鋁模板和含有無序分布孔洞的高分子模板，此外還有金屬模板等。Wang等電化學沉積的的聚碳酸酯多孔膜模板替換為ITO基板（ITO化物，涂有銀膏），制備得到了管長約10 um，外直徑約200 nm，內直徑約100nm的V2O5納米管陣列。下圖（4-5）為Hao Bin Wu等利用碳球為模板獲得的氧化釩納米結構。

3　結論與展望

V2O5優異的性能和可能的應用引起了科學家極大的興趣，目前對其研究已經擴展到信息能源材料健康等各領域。但其實驗室進展工業化緩慢，且有眾多亟待解決的問題，高純釩的洗選和提取需要廣大化工學者盡很大的努力，而人類下一個研究熱點能源電池，釩系材料作為一種很高的電極材料，必將發揮很大的優勢，又作為一種很好的前驅體，在其他釩酸鹽或者復合材料制備中成為明星材料。研究顯示，全國中小學生總人數約2.08億。由此可見，中國中小學生的人口基數是龐大的。目前，中國初級衛生保健基金會主辦的全國學生愛眼工程已經正式啟動，據最新抽樣調查統計，中國兒童、青少年學生的近視率已居世界第二位，小學生近視率達28%，初中生近視率高達42%。而造成中國兒童、青少年近視的主要原因是不良的學習習慣，廣大中小學生長期駝背趴著讀書寫字，導致兒童、中小學生近視率居高不下，同時部分同學導致駝背、脊椎彎曲和變形。我們研制的新型多功能桌椅就是矯正學生不良的閱讀寫字習慣，讓廣大兒童、中小學生從此擺脫駝背和近視的煩惱。這款結合人體工程學而設計的課桌椅，在現有的技術上進行一次設計改革，跳出傳統的思維模式，讓學生在使用時，可以保持正確視距，遠離近視，引導良好坐姿，矯正脊椎發育。該產品把各個機構完美的融合到了有限的空間里，用最簡單的的機構和原理實現了所需要的多種功能，具有極大的市場前景［4］。

通過調查可知：專業教室的桌椅利用率比較高，調查者對于一些基本的功能和尺寸不夠滿意。但是對于很多的功能和尺還是不能夠滿足他們的需要，還有很多平時根本用不到的功能，不但浪費材料而且還會占用空間，造成沒必要的浪費。

［1］張崛，郭紅俠，崔永強.2011年北京市昌平區中小學校課桌椅衛生學監測結果.職業與健康，（2013.1） 第1期.

［2］李晟澤，史皓天，羅嘉恒，陳磊.基于人體舒適度模型的課桌椅設計研究.純粹數學與應用數學，（2011.10）第30卷，第6期，P244-248.

［3］王洪，銀金光.工程力學［M］.北京：希望電子出版社，2006：p275-300.

［4］成大先.機械設計手冊（2-5卷）［M］.北京：化學工業出版社，2002：p24-225.

［5］鄭玉華.典型機械產品構造［M］.北京：科學出版社，2004：p230-400.

湖北省教育廳大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201410920035）；湖北理工學院大學生科技創新項目（項目編號：13c41）。

方誠明（1995—），男，湖北咸寧人，2013年畢業于咸寧市高級中學，現就讀于湖北理工學院機電工程學院，專業方向：機械設計制造及自動化（新興產業）。

楊春杰（1973—），女，黑龍江大興安嶺人，2001年畢業于武漢理工大學，工學碩士，現任教于湖北理工學院機電工程學院，副教授，研究方向：計算機圖形學、 虛擬設計與仿真。