一種預(yù)應(yīng)力床墊及其設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種人類生活用品領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)應(yīng)力床墊及其設(shè)計方法，預(yù)應(yīng)力床墊包括彈性層，還包括對所述彈性層進(jìn)行預(yù)壓縮，使所述彈性層獲得預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。當(dāng)人體對預(yù)應(yīng)力床墊的壓強(qiáng)小于f0時，預(yù)應(yīng)力床墊不會產(chǎn)生變形，當(dāng)人體對預(yù)應(yīng)力床墊的壓強(qiáng)大于f0時，預(yù)應(yīng)力床墊才產(chǎn)生變形，并且大于f0的那一部分壓強(qiáng)與剛度系數(shù)Kb成線性關(guān)系，設(shè)計出的預(yù)應(yīng)力床墊具有雙參數(shù)，豐富了床墊的類型，使床墊性能更加多樣，更加適應(yīng)人們各種不同需求。
【專利說明】一種預(yù)應(yīng)力床墊及其設(shè)計方法
[0001]本發(fā)明要求申請?zhí)枮?01210436469.0、 申請日期:為2012年11月05日、名稱為“彈簧床墊的彈性支承組件及彈簧床墊”和申請?zhí)枮?01210498808.8、 申請日期:為2012年11月29日、名稱為“一種彈簧床墊”這兩個中國專利申請的國內(nèi)優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種人類生活用品領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)應(yīng)力床墊及其設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0003]人的一生大約有三分之一的時間是在床上度過的，床是人類生活中非常重要的必需品?，F(xiàn)有技術(shù)中具有彈性的床墊主要種類有以下幾種，彈簧床墊、乳膠彈性床墊、海綿彈性床墊和3D纖維彈性床墊，床墊中的彈性層被壓縮變形以提供對人體的支托力，在床墊的設(shè)計領(lǐng)域，人們只能通過調(diào)整彈性層的剛度系數(shù)來控制床墊的軟硬，手段單一，如圖1所示，彈性層的變形量與壓強(qiáng)呈線性關(guān)系，只要有壓強(qiáng)就會有變形，而且床墊的軟硬程度是固定的，太軟的床墊使身體下陷，太硬的床墊使身體受力過于集中，即使選擇了軟硬合適的床墊，也會因為睡姿不同，導(dǎo)致床墊對人支托情況差異較大。
[0004]人類身體曲線及重力分布情況決定了四肢對床墊的壓強(qiáng)較小，軀干對床墊的壓強(qiáng)一般，頭部和臀部對床墊的壓強(qiáng)急劇增大，所以更優(yōu)的床墊應(yīng)該是當(dāng)壓強(qiáng)較小或一般時，床墊變形很小甚至不變形，以獲得強(qiáng)支托力、床墊較硬的效果，當(dāng)壓強(qiáng)增大至一定程度時，床墊應(yīng)快速地增大變形，以獲得較大的支托面積，從而分散壓力，減小壓強(qiáng)，獲得柔軟的感覺，現(xiàn)有的床墊無法達(dá)到上述效果，現(xiàn)有的設(shè)計方法也無法設(shè)計出上述的床墊。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以實現(xiàn)更優(yōu)支托效果的預(yù)應(yīng)力床墊的設(shè)計方法及預(yù)應(yīng)力床墊。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種預(yù)應(yīng)力床墊的設(shè)計方法，所述預(yù)應(yīng)力床墊包括彈性層，為了調(diào)整彈性層的支托力f和變形量S，包括以下步驟:
[0008]首先讓使用者平躺在不同硬度的床墊上，了解使用者最喜歡的床墊硬度和能接受的最軟床墊；
[0009]測量使用者躺在最喜歡硬度床墊上床墊的壓強(qiáng)和床墊的變形S1，測量使用者躺在能接受的最軟床墊上床墊的壓強(qiáng)f2 ;
[0010]設(shè)定彈性層的預(yù)應(yīng)力值& = f2,并按下式確定所述彈性層的剛度系數(shù)Kb:
[0011]Kb = (Ifff0VS1 ；
[0012]通過對所述彈性層進(jìn)行預(yù)壓縮以獲得所設(shè)定的預(yù)應(yīng)力值&，所述彈性層的預(yù)壓縮量Stl按下式確定:
[0013]S0 = fd/Kb。
[0014]其中，所述彈性層為彈簧彈性層，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧，首先確定所述支承彈簧的剛度系數(shù)為K，支承彈簧外端面外圓面積為a，然后通過以下公式計算支承彈簧覆蓋率β，β = aKb/K ;或者首先確定所述支承彈簧覆蓋率為β，外端面的外圓面積a，然后通過以下公式計算支承彈簧的剛度系數(shù)K，K = aKb/i3。
[0015]本發(fā)明的另一種技術(shù)方案為:一種預(yù)應(yīng)力床墊，包括彈性層，還包括對所述彈性層進(jìn)行預(yù)壓縮，使所述彈性層獲得預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。
[0016]其中，所述彈性層為彈簧彈性層、乳膠彈性層、海綿彈性層或3D纖維彈性層。
[0017]其中，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件包括多個設(shè)置在所述彈性層上下表面的扣板組件和連接上下扣板組件的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件包括設(shè)置在所述彈性層上下表面的網(wǎng)格狀構(gòu)件和連接上下網(wǎng)格狀構(gòu)件的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度；或者所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件包括設(shè)置在所述彈性層上下表面的布或柔性薄板和多條連接所述彈性層上下表面的布或柔性薄板的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度。
[0018]其中，所述彈性層為彈簧彈性層，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端的拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的自由長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端的套筒構(gòu)件或氣缸組件，所述套筒構(gòu)件或氣缸組件自由伸縮的總長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為用于容納并壓縮所述支承彈簧并具有柔性側(cè)壁的筒狀構(gòu)件，所述筒狀構(gòu)件的高度小于所述支承彈簧自由高度。
[0019]其中，所述彈性層為彈簧彈性層，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧，所述支承彈簧的上下兩端還設(shè)置有支架，或者設(shè)置有條狀或片狀或線狀的聯(lián)結(jié)構(gòu)件，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件兩端分別連接于所述上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上；
[0020]所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件的拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的自由長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上的套筒構(gòu)件或氣缸組件，所述套筒構(gòu)件或氣缸組件自由伸縮的總長度小于所述支承彈簧的自由高度。
[0021]其中，所述床墊上設(shè)有標(biāo)記彈性層的預(yù)應(yīng)力值和剛度系數(shù)或柔度系數(shù)的標(biāo)簽。
[0022]其中，所述彈性層的下表面設(shè)有剛性支撐層。
[0023]其中，所述剛性支撐層為木板、塑料板或金屬板，又或者為剛性的網(wǎng)狀、密排的條狀支撐結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所述預(yù)應(yīng)力床墊的設(shè)計方法是建立在使用者對床墊軟硬的喜好參數(shù)上，通過測試得出使用者最喜歡的床墊硬度和能接受的最軟床墊，并通過計算式得出床墊彈性層的預(yù)應(yīng)力值fo和剛度系數(shù)Kb及預(yù)壓縮量Stl。當(dāng)人體對預(yù)應(yīng)力床墊的壓強(qiáng)小于fo時，預(yù)應(yīng)力床墊彈性層不會產(chǎn)生變形，當(dāng)人體對預(yù)應(yīng)力床墊的壓強(qiáng)大于fo時，預(yù)應(yīng)力床墊才產(chǎn)生變形，并且大于fo的那一部分壓強(qiáng)與剛度系數(shù)Kb成線性關(guān)系，設(shè)計出的預(yù)應(yīng)力床墊具有雙參數(shù)，豐富了床墊的類型，使床墊性能更加多樣，更加適應(yīng)人們各種不同需求。根據(jù)人類普遍或個體身體曲線及重力分布情況，優(yōu)先選擇剛度系數(shù)較小的彈性層，這樣彈性層柔軟性好，同樣壓強(qiáng)的情況下變形大，變形大就會使人體與預(yù)應(yīng)力床墊的接觸面積快速增加，從而分散壓力，改善壓力過于集中的情況，然后對彈性層進(jìn)行高比例壓縮，使預(yù)應(yīng)力fQ較大，初始支托力也較大，四肢和軀干對應(yīng)處的預(yù)應(yīng)力床墊不變形或小變形，以獲得強(qiáng)支托力、床墊較硬的效果，頭部和臀部對應(yīng)處的預(yù)應(yīng)力床墊受力超過預(yù)應(yīng)力&后，變形量快速地增大，以獲得較大的支托面積，分散壓力，減小壓強(qiáng)，獲得柔軟的感覺。本發(fā)明充分利用預(yù)應(yīng)力床墊的壓強(qiáng)與變形量不成線性關(guān)系的特點，使預(yù)應(yīng)力床墊獲得更佳的支托效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
I是現(xiàn)有技術(shù)中普通床墊彈性層的受力f與變形S的關(guān)系圖；
2是本發(fā)明所述預(yù)應(yīng)力床墊彈性層的受力與變形的關(guān)系圖；
3是本發(fā)明所述預(yù)應(yīng)力床墊實施例一`的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
4是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖5是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖6是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖7是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖8是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖9是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例六的結(jié)構(gòu)示意圖10是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例七的結(jié)構(gòu)示意圖；
11是預(yù)應(yīng)力床墊中支承彈簧被預(yù)壓縮的實施例八的結(jié)構(gòu)示意圖；
12是本發(fā)明所述預(yù)應(yīng)力床墊實施例二的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
13為現(xiàn)有技術(shù)中支承彈簧的受力變形曲線圖。
中:1、彈性層；11、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件；111、扣板組件；112、線繩；113、拉伸彈簧；114、套筒構(gòu)件或氣缸組件；115、筒狀構(gòu)件；12、支承彈簧；13、聯(lián)結(jié)構(gòu)件；14、支架；2、包覆層；3、剛性支撐層；4、襯墊層；5、標(biāo)簽。
【具體實施方式】
[0039]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0040] 申請人:研究發(fā)現(xiàn)，彈簧床墊的支承彈簧屬于一種壓縮彈簧，這種彈簧在受到壓力作用下發(fā)生壓縮變形，其受力變形曲線f?s可分為三個階段(見圖13)，其中第一階段為初始階段(oa段)，第二階段為彈性穩(wěn)定階段(ab段)，第三階段為屈服階段(be段)。
[0041]一般來說，第一階段(oa段)由于受到材料性能和各種間隙等因素的影響，f?s曲線不會是嚴(yán)格的線彈性，彈簧工作在這個階段是不理想的，對人體的彈性支托力不夠，尤其是支持人體自然翻身的彈性伺服度不靈敏，容易引起腰痛或肌肉酸痛等現(xiàn)象。
[0042]第二階段(ab段)線彈性好，是彈簧的最佳工作階段。在彈簧的設(shè)計制造方面，高品質(zhì)的彈簧就是盡量縮短oa段的長度，盡量減小oa段內(nèi)非線彈性的幅度，這需要較高的成本，并且一般都難以完全消除。
[0043]第三階段(be段)彈簧進(jìn)入屈服階段，其被壓縮后彈性難以恢復(fù)，會逐漸產(chǎn)生塑性變形而失去彈性。
[0044]傳統(tǒng)彈簧床墊對人體的支承力是通過支承彈簧發(fā)生變形而獲得的，所需支承力越大，變形就越大，支承彈簧越柔軟，即彈簧的剛度系數(shù)越小，變形也就越大。一般來說，支承彈簧越柔軟，人體睡眠會越舒服，但變形過大反而會導(dǎo)致長時間睡眠的不舒服甚至腰疼。對于傳統(tǒng)的彈簧床墊來說，柔軟性與變形大是相伴相生的，不可能既要彈簧柔軟而又不讓其產(chǎn)生大的變形，這是由彈簧的受力變形本身的特性所決定的。本發(fā)明從基本的力學(xué)原理入手，改變彈簧床墊的受力變形機(jī)制，使之既要彈簧柔軟而又不讓其在承受人體睡眠時產(chǎn)生較大的變形。
[0045]基于上述理論研究，本發(fā)明首先提供了一種用在彈簧床墊中的彈性支承組件，所述的彈性支承組件中包括至少一支承彈簧，該支承彈簧可以是一個壓縮彈簧，在設(shè)置于彈簧床墊中時，處于預(yù)壓縮狀態(tài)，即該支承彈簧在使用之前已被施壓產(chǎn)生并保持預(yù)定的壓縮變形量。較理想地，所述支承彈簧可被預(yù)壓縮至彈性穩(wěn)定階段。由于彈簧的彈性穩(wěn)定階段點a(見圖13)的變形一般較小(小于彈簧自由高度的10%)，因此，更可靠地可使其被預(yù)壓縮的變形量至少為支承彈簧自由高度的10%。這樣，通過給支承彈簧施壓，可使支承彈簧預(yù)先產(chǎn)生一個預(yù)壓縮，并使預(yù)壓縮量大于或等于圖13中曲線中的oa段的長度，從而使支承彈簧可以直接工作在ab段，可以避免或大大減少支承彈簧工作在初始階段(圖13中的oa段)由于彈性性能不佳導(dǎo)致的人體睡眠的不舒適。
[0046]具體地，所述支承彈簧可在加工時預(yù)先壓縮到設(shè)計的變形量并保持，通過一預(yù)應(yīng)力構(gòu)件加載在各支承彈簧上并鎖定，使所述支承彈簧處于預(yù)壓縮狀態(tài)，并使支承彈簧產(chǎn)生預(yù)壓縮后被鎖定保持設(shè)計的變形量。預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的功能和作用，一是給支承彈簧加載，使支承彈簧得以預(yù)壓縮；二是鎖定支承彈簧的兩端限制支承彈簧的伸長變形使其處于預(yù)壓縮狀態(tài)不變；三是不妨礙支承彈簧的壓縮變形。這種方式，成本低，且容易實現(xiàn)。此外，支承彈簧預(yù)壓縮的方法還有很多，如溫度應(yīng)力方法，材料應(yīng)力方法等等，只要能給支承彈簧加載并鎖定限制其伸長變形，但又容許其壓縮變形即可。
[0047]本發(fā)明通過使位于床墊內(nèi)的支承彈簧處于預(yù)壓縮狀態(tài)，當(dāng)人體重量作用于支承彈簧時，支承彈簧對人體的支承力首先來自于預(yù)應(yīng)力的釋放，只有當(dāng)其釋放的預(yù)應(yīng)力不夠時，支承彈簧才開始發(fā)生變形以彌補其不足的部分。當(dāng)支承彈簧有足夠的預(yù)壓縮使其內(nèi)產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力水平與人體重量作用時產(chǎn)生的壓力水平相當(dāng)或更大時，人體睡眠將不會使支承彈簧整體再發(fā)生壓縮變形，但這時，支承彈簧可以是很柔軟的。這樣，通過預(yù)應(yīng)力的手段，可將支承彈簧的柔軟性與其發(fā)生較大的變形分離，就像一位無形的天使，在人們享受彈簧床墊柔軟舒適的同時，它無時無刻都在為你消除柔軟的彈簧所產(chǎn)生的變形過大的缺陷。其次，通過給支承彈簧以預(yù)壓縮，可使支承彈簧越過彈簧變形的初始階段，使支承彈簧工作在圖13所示的彈性穩(wěn)定階段(圖13中的ab段)，該階段的彈性性能最為理想。
[0048]本發(fā)明提供了一種預(yù)應(yīng)力床墊的設(shè)計方法和預(yù)應(yīng)力床墊，可實現(xiàn)上述功能。所述預(yù)應(yīng)力床墊包括彈性層，如圖2所示，為了調(diào)整彈性層的支托力f和變形量S，包括以下步驟:
[0049]首先讓使用者平躺在不同硬度的床墊上，了解使用者最喜歡的床墊硬度和能接受的最軟床墊；
[0050]測量使用者躺在最喜歡硬度床墊上床墊的壓強(qiáng)和變形S1，測量使用者躺在能接受的最軟床墊上床墊的壓強(qiáng)f2，此時可以不測量最軟床墊的變形S2 ；
[0051]設(shè)定彈性層的預(yù)應(yīng)力值& = f2,并按下式確定所述彈性層的剛度系數(shù)Kb:
[0052]Kb = (frfo)/Si ;
[0053]通過對所述彈性層進(jìn)行預(yù)壓縮以獲得所設(shè)定的預(yù)應(yīng)力值&，所述彈性層的預(yù)壓縮量Stl按下式確定:
[0054]S0 = iVKb。
[0055]本發(fā)明所述預(yù)應(yīng)力床墊的設(shè)計方法是建立在使用者對床墊軟硬的喜好參數(shù)上，通過試用得出使用者最喜歡的床墊硬度和能接受的最軟床墊，并通過上述計算式得出床墊彈性層的預(yù)應(yīng)力值4及預(yù)壓縮量當(dāng)人體對預(yù)應(yīng)力床墊的壓強(qiáng)小于&時，預(yù)應(yīng)力床墊不會產(chǎn)生變形，當(dāng)人體對預(yù)應(yīng)力床墊的壓強(qiáng)大于fo時，預(yù)應(yīng)力床墊才產(chǎn)生變形，并且大于fo的那一部分壓強(qiáng)與剛度系數(shù)Kb成線性關(guān)系，設(shè)計出的預(yù)應(yīng)力床墊具有雙參數(shù)，豐富了床墊的類型，使床墊性能更加多樣，更加適應(yīng)人們各種不同需求。本發(fā)明根據(jù)人類普遍或個體身體曲線及重力分布情況，優(yōu)先選擇剛度系數(shù)較小的彈性層，這樣彈性層柔軟性好，同樣壓強(qiáng)的情況下變形大，變形大就會使人體與預(yù)應(yīng)力床墊的接觸面積快速增加，從而分散壓力，改善壓力過于集中的情況，然后對彈性層進(jìn)行高比例壓縮，使預(yù)應(yīng)力fQ較大，初始支托力也較大，四肢和軀干對應(yīng)處的預(yù)應(yīng)力床墊不變形或小變形，以獲得強(qiáng)支托力、床墊較硬的效果，頭部和臀部對應(yīng)處的預(yù)應(yīng)力床墊受力超過預(yù)應(yīng)力A后，變形量快速地增大，以獲得較大的支托面積，分散壓力，減小壓強(qiáng)，獲得柔軟的感覺。
[0056]根據(jù)實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當(dāng)人體某部位受到支托壓強(qiáng)大于30mmHg (毫米水銀柱)時，該部位就會覺得不舒服，這是由于壓力過于集中造成的，本發(fā)明所述設(shè)計方法中，先設(shè)定了合適的彈性層預(yù)應(yīng)力值，即彈性層預(yù)應(yīng)力值fQ = f2，當(dāng)局部壓強(qiáng)大于預(yù)應(yīng)力值fQ時，床墊可以快速地變形，以提供更大的支承面積，從而抑制局部壓強(qiáng)的快速上升，保證人體舒適。
[0057]在本發(fā)明中，由于個體身體曲線及重力分布情況是不同的，個人的喜好也有所不同，所以可以設(shè)計出不同性能參數(shù)的預(yù)應(yīng)力床墊，并把標(biāo)記有預(yù)應(yīng)力值fo和彈性層的剛度系數(shù)Kb的標(biāo)簽5設(shè)置在床墊上，以作為人們試用和選擇的參考。當(dāng)然也可以標(biāo)識彈性層的柔度系數(shù)，所述柔度系數(shù)為剛度系數(shù)的倒數(shù)，即柔度系數(shù)δ = 1/Κ或Sb= l/kb。
[0058]所述彈性層種類可以多種多樣，比如為彈簧彈性層、乳膠彈性層、海綿彈性層或3D纖維彈性層等等。
[0059]當(dāng)預(yù)應(yīng)力床墊中的彈性層為彈簧彈性層時，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧，彈性層的剛度系數(shù)Kb與彈簧的剛度系數(shù)為K和彈簧排布的覆蓋率β有直接關(guān)系，首先確定所述支承彈簧的剛度系數(shù)為K，支承彈簧外端面外圓面積為a，然后通過以下公式計算支承彈簧覆蓋率β，β = aKb/K ;或者首先確定所述支承彈簧覆蓋率為β，外端面的外圓面積a，然后通過以下公式計算支承彈簧的剛度系數(shù)K，K = aKb/i3，彈簧排布的覆蓋率β則與彈簧的直徑、彈簧的間距有直接關(guān)系。
[0060]作為本發(fā)明所述預(yù)應(yīng)力床墊實施例一,如圖3所示,所述預(yù)應(yīng)力床墊包括彈性層1，還包括對所述彈性層I進(jìn)行預(yù)壓縮，使所述彈性層I獲得預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件11。決定預(yù)應(yīng)力床墊柔軟性的參數(shù)為彈性層I的剛度系數(shù)Kb，決定預(yù)應(yīng)力床墊初始支托力的參數(shù)為彈性層I的預(yù)應(yīng)力值A(chǔ)，所述彈性層I被預(yù)壓縮，以獲得所述預(yù)應(yīng)力值fQ。
[0061]在本發(fā)明中，可以使用多種方式對彈性層I進(jìn)行預(yù)壓縮，本實施例所述彈性層I為彈簧彈性層，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧12，如圖4所示，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧12上下兩端的線繩112，所述線繩112兩端連接點之間的長度小于所述支承彈簧12的自由高度，這樣，在支承彈簧12回位時，由于線繩112的牽制作用，在支承彈簧12本身具有的彈性力情形下，不會回到其自由伸長時的長度，從而限制了支承彈簧12的變形量，使支承彈簧12處于預(yù)壓縮狀態(tài)；而支承彈簧12受壓時，由于線繩112本身自由形變的特性，不會對支承彈簧12壓縮時產(chǎn)生任何影響，這種結(jié)構(gòu)，簡單可靠，容易實現(xiàn)，成本也非常低廉；或者，如圖5所示，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧12上下兩端的拉伸彈簧113，所述拉伸彈簧113的自由長度小于所述支承彈簧12的自由高度，在采用拉伸彈簧113作為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時，預(yù)應(yīng)力床墊對人體的支承剛度為支承彈簧12的剛度系數(shù)與拉伸彈簧113的剛度系數(shù)之和，可以減小預(yù)應(yīng)力床墊變形；又或者，如圖6所示，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧12上下兩端的套筒構(gòu)件或氣缸組件114，所述套筒構(gòu)件或氣缸組件114自由伸縮的總長度小于所述支承彈簧12的自由高度，支承彈簧12回位時，由于套筒構(gòu)件或氣缸組件114結(jié)構(gòu)牽制作用，雖然支承彈簧12本身具有一定的彈性力，但不會回到其自由伸長時的長度，從而限制了支承彈簧12的變形量，使支承彈簧12處于預(yù)壓縮狀態(tài)；而支承彈簧12受壓時，套筒構(gòu)件或氣缸組件114結(jié)構(gòu)的長度可隨支承彈簧12的壓縮而縮短，不會對支承彈簧12壓縮時產(chǎn)生任何影響，亦同樣實現(xiàn)了本發(fā)明目的，這種結(jié)構(gòu)，其可靠性相對較高，但成本較之于上述兩種實施例結(jié)構(gòu)相對高一些；又或者，如圖7所示，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為用于容納并壓縮所述支承彈簧并具有柔性側(cè)壁的筒狀構(gòu)件115，所述筒狀構(gòu)件115的高度小于所述支承彈簧12自由高度，這樣，在支承彈簧12回位時，由于側(cè)壁為柔性的筒狀構(gòu)件115的牽制作用，在支承彈簧12本身具有的彈性力情形下，也不會回到其自由伸長時的高度，從而限制了支承彈簧12的變形量，從而使其支承彈簧12處于預(yù)壓縮狀態(tài)；而支承彈簧12受壓時，由于側(cè)壁為柔性的筒狀構(gòu)件115本身自由形變的特性，不會對支承彈簧12壓縮時產(chǎn)生任何影響，這種結(jié)構(gòu)，簡單可靠，很容易加工，且成本特別低廉。以上預(yù)應(yīng)力構(gòu)件即不會影響支承彈簧被壓縮，也不會釋放預(yù)壓縮量，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件最好設(shè)置于所述支承彈簧的中心軸線上，所以支承彈簧可以穩(wěn)定地被預(yù)壓縮。
[0062]在本發(fā)明實施例中，所述彈簧彈性層被預(yù)壓縮的結(jié)構(gòu)還可以為:如圖8所示，所述支承彈簧12的上下兩端還設(shè)置有支架14，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件兩端分別連接于所述上下兩端支架14上，所述支架14與支承彈簧12，由同一根鐵絲一起制作出來，成本較低，又由于支架
14的兩端都搭在支承彈簧12上，所以不易變形；又或者如圖9所示，所述支承彈簧12的上下兩端也設(shè)置有支架14，所述支架14長度較短，并呈懸臂梁狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件11兩端分別連接于所述上下兩端支架14端部；又或者如圖10所示，所述支承彈簧12的上下兩端還設(shè)置有條狀或片狀或線狀的聯(lián)結(jié)構(gòu)件13，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件兩端分別連接于所述聯(lián)結(jié)構(gòu)件13上，所述聯(lián)結(jié)構(gòu)件13焊接或卡接在支承彈簧12上。在圖8至圖10所示的實施例中，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件可以為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件的拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的自由長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上的套筒構(gòu)件或氣缸組件，所述套筒構(gòu)件或氣缸組件自由伸縮的總長度小于所述支承彈簧的自由高度。
[0063]在本發(fā)明實施例中，所述彈簧彈性層被預(yù)壓縮的結(jié)構(gòu)還可以為:如圖11所示，聯(lián)結(jié)構(gòu)件13橫跨多個支承彈簧12，把各支承彈簧12連成整體，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件11的兩端分別連接于聯(lián)結(jié)構(gòu)件13上，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件11與支承彈簧12的中心軸線或伸縮方向平行，所以支承彈簧12可以穩(wěn)定地被預(yù)壓縮。
[0064]需要說明的是，作為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件來說，遠(yuǎn)不止上述所述的方式，只要能夠施力給支承彈簧并予以預(yù)壓縮并保持預(yù)壓縮狀態(tài)，皆可實現(xiàn)本發(fā)明目的，也皆在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，在此不再贅述。
[0065]現(xiàn)在的床墊采用的彈性層性能參數(shù)越來越嚴(yán)格，對人體所有部分受力都計算相當(dāng)精確，但是現(xiàn)有的床墊主包括襯墊層、彈性層和包覆層，襯墊層設(shè)置在彈性層上方和下方，包覆層為最外側(cè)的表面層，襯墊層主要作用是覆蓋彈性層，使床墊平整和結(jié)實耐用，另外好的襯墊層還需要具有夏天透氣、冬天保暖的作用，由于襯墊層一般為毛墊、氈墊或棕墊，厚度較大，且較軟，彈性層設(shè)置在這樣的襯墊層上，不能獲得剛性支撐，彈性層在受壓時襯墊層和彈性層將同時發(fā)生變形，并且襯墊層的變形一般是非彈性的，所以整個床墊的彈性性能表現(xiàn)大打折扣，即使采用優(yōu)質(zhì)的、伺服靈敏度很高的彈性層也很難體現(xiàn)出優(yōu)勢。
[0066]為了解決上述技術(shù)問題，在本實施例中，所述彈性層I的下表面設(shè)有剛性支撐層3，更具體的，預(yù)應(yīng)力床墊還包括位于所述彈性層I外表面的包覆層2，剛性支撐層3設(shè)置在所述彈性層I和包覆層2的下表面之間。本實施例彈性層I和包覆層的下表層之間不包括襯墊層，即彈簧彈性層直接與包覆層的下表層接觸，由于包覆層為紡織品很薄，不會影響力的傳遞，所以相當(dāng)于使彈簧彈性層直接接觸到堅硬的床板，并獲得剛性支撐，這樣彈簧彈性層的優(yōu)秀性能就能完全地體現(xiàn)出來。
[0067]本實施例所述預(yù)應(yīng)力床墊的彈性層I下方被剛性支撐，這樣彈性層I的優(yōu)秀性能就能完全地體現(xiàn)出來。本發(fā)明所述的剛性支撐是相對襯墊層的柔性支撐而言的，木板、金屬板、塑料板等板材由于材質(zhì)較硬，不易變形，可承受較大壓強(qiáng)，對彈性層I的支撐就可以看作是剛性支撐，剛性的網(wǎng)狀、密排的條狀支撐結(jié)構(gòu)也可以認(rèn)為是剛性支撐。本發(fā)明所述預(yù)壓縮的彈性層I具有相當(dāng)優(yōu)秀的彈性性能，再配合剛性支撐，就可以制作質(zhì)量非常高的預(yù)應(yīng)力床墊。另外，彈性層I上方和包覆層2之間仍然可以設(shè)置襯墊層4，以覆蓋彈簧彈性層，讓人們感受不到彈簧間隙，使預(yù)應(yīng)力床墊平整和柔軟舒適。
[0068]由于現(xiàn)有技術(shù)中有些床板并非一個完整的平板，而是魚骨狀的板條，無法為彈簧彈性層提供全面完整的剛性支撐。本發(fā)明實施例中，所述剛性支撐層3可以為彈簧彈性層提供全面的剛性支撐，使彈簧彈性層底面每一點或每一個支承彈簧都得到剛性支撐，以使彈簧彈性層的優(yōu)秀性能完全地體現(xiàn)出來，增加了預(yù)應(yīng)力床墊對不同床板的適應(yīng)性。
[0069]本發(fā)明彈簧床墊中的支承彈簧由于在使用之前被預(yù)壓縮，可在使用中使之處于彈性穩(wěn)定階段，可避免或大大減少支承彈簧初始階段彈性不穩(wěn)定造成的睡眠不舒服現(xiàn)象；通過進(jìn)一步設(shè)置給所述支承彈簧施壓，以使所述支承彈簧處于預(yù)壓縮狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，對支承彈簧進(jìn)行預(yù)壓縮并使其產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，可減少彈性支承層的變形量，而且還改善支承彈簧的彈性伺服度和靈敏度，從而使睡眠者感覺舒服。
[0070]本發(fā)明為彈簧床墊性能的改進(jìn)提供了理論基礎(chǔ)和豐富多樣的可能性。引入了一個預(yù)壓縮系數(shù)C的概念，在彈簧床墊中，它等于預(yù)壓縮的支承彈簧內(nèi)產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力水平與睡眠時人體重量在支承彈簧內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力水平之比。當(dāng)C > I時，支承彈簧對人體的支承力全部來源于預(yù)應(yīng)力的釋放和轉(zhuǎn)化，床墊的彈性支承層整體上不發(fā)生新的壓縮變形。當(dāng)C= 0.6時，支承彈簧對人體的支承力60%來自于預(yù)應(yīng)力的釋放和轉(zhuǎn)化，40%來自于支承彈簧當(dāng)人體躺下時發(fā)生的新增壓縮變形。因此，彈簧床墊設(shè)計制造可以采用不同的C值大小(O 0.1)，調(diào)整床墊的變形量，以適應(yīng)不同人群的需求。在床墊的設(shè)計制造時，還可以采用不同的C值與不同的K值(支承彈簧的剛度系數(shù))組合，制造出各種不同柔軟度和不同變形組合的床墊，使睡眠產(chǎn)生意想不到的舒適。如，采用很軟的彈簧(K值很小)和高預(yù)壓縮系數(shù)(C > I)組合，睡眠時床墊的平均整體壓縮變形幾乎為零，但床卻是非常柔軟，人的感覺猶如睡在水床上一樣，飄飄若仙，牢固地被托舉在空中。在床墊設(shè)計制造時，還可以選擇不同類型的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件來達(dá)到不同的舒適性和睡眠體驗。如線繩一類的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，其預(yù)應(yīng)力的釋放是在人體重量作用于支承彈簧的瞬間完成的；而拉伸彈簧一類的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，其預(yù)應(yīng)力的釋放與支承彈簧的增量變形成比例，是緩釋的。因此，不同的K值，不同的C值，不同的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，三者的組合有成千上萬種，帶給人類睡眠的新體驗，也將非常豐富多彩。可以大膽的預(yù)言，本發(fā)明將為床墊設(shè)計制造行業(yè)帶來一個全新的發(fā)展機(jī)遇。
[0071]根據(jù)目前市場上用于床墊的支承彈簧的品質(zhì)，考慮各個品牌各個廠家生產(chǎn)的各種材料的支承彈簧的測試結(jié)果及其離散性，為了達(dá)到較高的保證率和睡眠舒適性，較理想地支承彈簧被預(yù)壓縮的變形量至少應(yīng)為其自由高度的38.2%，現(xiàn)有支承彈簧的自由高度有多個規(guī)格，比如23厘米、26厘米、28厘米等等，另外彈簧床墊的厚度具有國家標(biāo)準(zhǔn)，把上述任一高度的支承彈簧預(yù)壓縮至10厘米或14厘米，不但可以使支承彈簧進(jìn)入彈性穩(wěn)定階段，還可以獲得軟硬程度不同的支承彈簧。
[0072]作為本發(fā)明所述預(yù)應(yīng)力床墊的實施例二，如圖12所示，與實施例一不同之處在于所述彈性層I為乳膠彈性層，通過多個預(yù)應(yīng)力構(gòu)件11把彈性層I進(jìn)行預(yù)壓縮，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件11均勻分布在彈性層I上，由于乳膠彈性層為大面積的實心結(jié)構(gòu)，不容易被均勻壓縮和保持均勻柔性，本實施例所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件11包括多個設(shè)置在所述彈性層I上下表面的扣板組件111和連接上下扣板組件111的線繩112，所述線繩112兩端連接點之間的長度小于彈性層I的厚度，從而把乳膠彈性層壓縮。單個扣板組件111的面積和扣板組件111之間的間隙直接影響所述預(yù)應(yīng)力床墊的表面硬度，扣板組件111之間的間隙越小，整個預(yù)應(yīng)力床墊就越平整，單個扣板組件111的面積越大，預(yù)應(yīng)力床墊的表面硬度就越大，所以扣板組件111面積應(yīng)盡量小，并且排布密度盡量高。
[0073]在上述實施例中，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件還可以包括設(shè)置在所述彈性層上下表面的網(wǎng)格狀構(gòu)件和連接上下網(wǎng)格狀構(gòu)件的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度；或者所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件包括設(shè)置在所述彈性層上下表面的布或柔性薄板和多條連接所述彈性層上下表面的布或柔性薄板的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度，能達(dá)到基本相同的有益效果。
[0074]本實施例中，乳膠彈性層外面設(shè)有包覆層2，乳膠彈性層與包覆層2的下表面之間設(shè)有剛性支撐層3，剛性支撐層3的作用與實施例一中的一致。
[0075]由于海綿彈性層、3D纖維彈性層與乳膠彈性層性質(zhì)相差不多，可以采用相同的方法進(jìn)行預(yù)壓縮，當(dāng)然也可以用于彈簧彈性層的預(yù)壓縮。
[0076]本發(fā)明床墊的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還可先在所述彈性層上表面或/和下表面，設(shè)置襯墊層，上述結(jié)構(gòu)組合后再在整個表面鋪設(shè)包覆層。其中所述襯墊層由毛氈織物層或/和高密度海綿層或/和棕墊層組成，可層疊鋪墊于彈性層上下平面上，可根據(jù)需要和床墊不同的類型在彈性層上平面向上分別層疊鋪設(shè)高密度海綿層和毛氈織物層，在彈性層下平面向下分別層疊鋪設(shè)棕墊層和毛氈織物層；也可在上、下平面分別層疊鋪設(shè)高密度海綿層和毛氈織物層，或分別層疊鋪設(shè)棕墊層和毛氈織物層。其中毛氈織物層采用天然羊毛或化學(xué)纖維氈合而成，它富有一定的彈性，不松散，保溫隔熱，組織緊密，耐磨性好，能保持床墊表面的平整，一般鋪設(shè)在襯墊層的外表層；高密度海綿層能夠吸收人體睡眠時壓于床墊上的重量，彈性好，細(xì)膩、柔軟、舒適；棕墊層由棕纖維編制而成，質(zhì)地相對海綿和毛氈織物較硬，或硬中稍帶軟，承托力和耐久力比較好，受力均勻，適用于喜歡睡硬床的人。
[0077]進(jìn)一步地，還可在彈性層上下表面增加一絲網(wǎng)層，以增加整個床墊表面的平整性，在床墊長端的兩端，還可包覆一包邊層，以增加床墊長端的兩端的強(qiáng)度。
[0078]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)應(yīng)力床墊的設(shè)計方法，所述預(yù)應(yīng)力床墊包括彈性層，為了調(diào)整彈性層的支托力f和變形量S，其特征在于，包括以下步驟:首先讓使用者平躺在不同硬度的床墊上，了解使用者最喜歡的床墊硬度和能接受的最軟床墊；測量使用者躺在最喜歡硬度床墊上床墊的壓強(qiáng)和床墊的變形S1，測量使用者躺在能接受的最軟床墊上床墊的壓強(qiáng)f2 ;設(shè)定彈性層的預(yù)應(yīng)力值& = f2,并按下式確定所述彈性層的剛度系數(shù)Kb:Kb = (Fff0VS1 ；通過對所述彈性層進(jìn)行預(yù)壓縮以獲得所設(shè)定的預(yù)應(yīng)力值&，所述彈性層的預(yù)壓縮量Stl按下式確定:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力床墊的設(shè)計方法，其特征在于，所述彈性層為彈簧彈性層，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧，首先確定所述支承彈簧的剛度系數(shù)為K，支承彈簧外端面外圓面積為a，然后通過以下公式計算支承彈簧覆蓋率β，β =aKb/K;或者首先確定所述支承彈簧覆蓋率為β，外端面的外圓面積a，然后通過以下公式計算支承彈簧的剛度系數(shù)K，K = aKb/ β。
3.一種預(yù)應(yīng)力床墊，包括彈性層，其特征在于，還包括對所述彈性層進(jìn)行預(yù)壓縮，使所述彈性層獲得預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)應(yīng)力床墊，其特征在于，所述彈性層為彈簧彈性層、乳膠彈性層、海綿彈性層或3D纖維彈性層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)應(yīng)力床墊，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件包括多個設(shè)置在所述彈性層上下表面的扣板組件和連接上下扣板組件的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件包括設(shè)置在所述彈性層上下表面的網(wǎng)格狀構(gòu)件和連接上下網(wǎng)格狀構(gòu)件的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度；或者所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件包括設(shè)置在所述彈性層上下表面的布或柔性薄板和多條連接所述彈性層上下表面的布或柔性薄板的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于彈性層的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)應(yīng)力床墊，其特征在于，所述彈性層為彈簧彈性層，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端的拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的自由長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端的套筒構(gòu)件或氣缸組件，所述套筒構(gòu)件或氣缸組件自由伸縮的總長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為用于容納并壓縮所述支承彈簧并具有柔性側(cè)壁的筒狀構(gòu)件，所述筒狀構(gòu)件的高度小于所述支承彈簧自由高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)應(yīng)力床墊，其特征在于，所述彈性層為彈簧彈性層，所述彈簧彈性層包括多個并列排布的支承彈簧，所述支承彈簧的上下兩端還設(shè)置有支架，或者設(shè)置有條狀或片狀或線狀的聯(lián)結(jié)構(gòu)件，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件兩端分別連接于所述上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上；所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上的線繩，所述線繩兩端連接點之間的長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件的拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的自由長度小于所述支承彈簧的自由高度；或者，所述預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為兩端分別連接于所述支承彈簧上下兩端支架或聯(lián)結(jié)構(gòu)件上的套筒構(gòu)件或氣缸組件，所述套筒構(gòu)件或氣缸組件自由伸縮的總長度小于所述支承彈簧的自由高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)應(yīng)力床墊，其特征在于，所述床墊上設(shè)有標(biāo)記彈性層的預(yù)應(yīng)力值和剛度系數(shù)或柔度系數(shù)的標(biāo)簽。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8任一項所述的預(yù)應(yīng)力床墊，其特征在于，所述彈性層的下表面設(shè)有剛性支撐層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的預(yù)應(yīng)力床墊，其特征在于，所述剛性支撐層為木板、塑料板或金屬板，或者為剛性的 網(wǎng)狀、密排的條狀支撐結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】A47C27/12GK103431682SQ201310397168
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月5日
【發(fā)明者】曾慶義 申請人:曾慶義