老张师徒谈按摩椅系列之一
撬动地球的支点
——谈按摩椅的整体受力结构
张生明 侯象洋
后天就要发货了，艾力斯特的一款新产品样机正在紧张的进行最终测试，研发人员、测试人员及相关的工艺生产人员齐聚一堂。按照惯例，每个人都要坐上去试机。当被称作“艾力斯特一号”的刘伟坐上去之后，问题出现了。在按摩椅靠背平躺到最低，小腿抬升到最高的状态下，当座架后仰到最大角度之后，发现座架无法回位！为什么？为什么？大家分头寻找原因。横梁？没有干涉；轴套？没有卡死；电动缸？没有故障。那么，一定是超过了电动缸的最大拉力。粗测了一下转动点两端的力臂，竟然达到了7.5：1！也就是说，要把刘伟这个将近两百斤的大胖子回位，电动缸拉力至少要7500牛（约750公斤力）。而电动缸的最大拉力为4000牛（约400公斤力），难怪会把刘伟卡在头下脚上的位置上憋得满脸通红了。
对于按摩椅来说，受力结构方面出现的任何问题，到了最后一定表现为严重的缺陷。如何分配好各个受力点，从结构上完成受力的分解与合成，这不但关乎到按摩椅的舒适度，而且关乎按摩椅的实用性和安全性。
按摩椅的整理受力，一般分为两个层面：第一，是对人体的整体支撑。这是一个受力分解的过程。将人体重力分解并合理的分布到皮套与人体的交界面上，使人体感觉更加舒适。一般来说，分布到腰部弯曲、臀部后侧及小腿后侧的时候，由于长时间处于受压状态的脊柱、脚底处于放松状态，人体会感觉比较舒服。而位置的转换将会避免某一部位处于长时间紧张状态，防止疲惫状态的产生。另一方面，就是座架、靠背架和小腿架将这些力进行合成，集中到各个支点。通过对各个支点位置的变化，使按摩椅的状态发生变化，从而带动人体受力部位发生转移，达到人体放松享受到目的。跟传统的家具不同，因为按摩椅存在状态的变化，所以按摩椅的受力结构设计不但要考虑某一个状态，而且要考虑达到这种状态过程中的运动轨迹（即过程状态）。
对于人体的整体支撑，首先要考虑脊柱的放松。一般来讲，无论是处于站立、坐直、斜躺还是平躺状态的时候，脊柱越是接能够保持自然弯曲（如图1），人体越是感觉轻松。甚至，刻意的加大（或减小）弯曲的形状后，当人体恢复自然弯曲的时候，人们会自然而然的产生一种恢复的快感。所以，按摩椅靠背的设计应当在整体上符合这个弯曲（如图2），这样做会使得人坐上去很舒适，不会感觉别扭。在功能上，可以有改变脊柱弯曲的动作，但这个动作持续时间不能过长。从中医原理上，人们享受到的是一种脊柱恢复过程中的快感。这种快感，往往是一种“痛并快乐着”的感觉。
确保按摩椅靠背具有类似脊柱弯曲的形状的同时，还需要对背部肌肉的缓冲。这个缓冲过程实际上就是受力分解的过程。通过靠背垫将背部受力进行分解到那些更易受力的部位。一般来说，当直立的时候，分布到腰托部位；当接近平躺的时候分布到臀部、腰托和肩部下方部位。而且，需要在按摩椅靠背从竖直到平躺的过程中，受力点逐部位进行延伸。
对于座架的设计，则是一个相反地过程。座架的作用是将这些力集中起来，利用某一个支点完成相关的运动。在这个过程中，主要体现的是力的合成。分析的点也是合力的相关作用。这里主要体现为两个方面：第一，是强度因素。强度因素，顾名思义，就是钢结构的强度能不能达到所需的力学要求。考虑到客户体重的范围及使用的条件，整个按摩椅构架能否满足力学上的支撑。而且，在这个过程中，能否满足相关的驱动构件的最大拉力要求。就像在上面的案例中刘伟所遇到的问题一样，当所需的拉力大于电动缸的最大拉力的时候，就会导致电动缸无法收回。第二个方面，是稳定性因素。稳定性，需要考虑各个支点的配合是否合理，是否会出现重心上移及外移的现象。2009年底，我们有一款新产品，各项性能都很优越。但在测试中发现了一个问题，就是当按摩椅平躺后，用手压一下靠背顶端，按摩椅就有可能向后翻倒。这个缺陷被定义为致命缺陷，直接否定其作为新产品进行展销的可能。而且，因为按摩椅是能够进行运动的，所以，除了这两个因素以外，还有一个空间因素必须要考虑。空间要素，主要考虑的是钢架在转动/移动过程中会不会发生干涉，以及按摩椅整体的活动范围如何。我们在研发一款新型按摩椅的过程中，曾经发生过这种问题。由于按摩椅的活动范围过大，我们采用扶手直接挂在座架上的方式安装。但这样做就必须让座架支架从座架外侧移到里侧。这样一来，当按摩椅靠背平躺的时候，发生了严重的干涉，靠背转动架直接卡在了座架支架上。我们不得不对整体构架进行了重新设计，将支架前移，并重新计算各个支座的位置，最终才解决这个问题。
目前，按摩椅一般采用两种座架结构。一种是座架就是底架，整个座架的上部是座架，上面可以直接放座垫；另一种是座架和底架分离，两者采用某种运动结构进行连接。第一种结构的优点是非常简单，非常稳定。但这种结构的座架一般无法进行大幅度的运动，无法完成座架摇摆，不能进行座架倾斜等各种状态的调整；第二种结构就可以进行较大幅度的运动，进行各种状态的调整。
从根本上来说，按摩椅的设计，实际上就是受力结构的设计。只有比较好的按照受力法则，严格实施力的分解与合成，确保整个按摩椅的强度与稳定性，才能确保整个按摩椅的舒适性与安全性，彻底避免类似于刘伟遭遇的尴尬的事件发生。