Почему у большинства офисных стульев 5 колес?

Объединение некоторых моментов, сделанных в ответах на вопрос, который вы связали, и комментарии:

При изготовлении стула с 4 ножками легко использовать традиционную (деревянную) конструкцию - углы 90 градусов, и их легко штабелировать. Немного сложнее, чем три ножки, потому что вы должны убедиться, что они все одинаковой длины (иначе стул будет качаться).

Как только у вас появится «офисный стул» с гидравлической центральной стойкой, аргументы в пользу конструкции отпадут. Это дает нам большую свободу выбора количества ног. Соображения таковы:

• больше ножек = больше материала = дороже, тяжелее (количественно ниже)
• больше опор = более равномерная устойчивость при опрокидывании во всех направлениях
• больше ножек = лучшее распределение нагрузки: колеса не так глубоко погружаются в ковер
• нечетное число = большая устойчивость к колебаниям (см. ниже)

Весь инженерный дизайн — это вопрос компромиссов; в данном случае я думаю, что первый пункт говорит за меньшее количество ног, а второй/третий пункт за большее количество ног. Тогда возникает вопрос: какова дополнительная ценность и дополнительная стоимость еще одной ноги? Ниже я рассчитываю стоимость добавления большего количества ножек для той же стабильности и стоимости - это делает некоторые предположения, но делает вывод, что пять действительно оптимальны.

Но есть еще один немаловажный фактор (спасибо дочери за эту концепцию): при неровном полу стул будет держаться не всеми ножками - будет "раскачиваться". Теперь, если у вас четыре ноги, это колебание произойдет вдоль одной из диагоналей квадрата, и эта линия будет ниже (или очень близко) к центру тяжести. Это делает энергию, необходимую для перехода с одной стороны на другую, очень малой. Когда у вас пять ног, центр тяжести всегда смещен относительно линии опоры. Так пять ножек обеспечивают большую устойчивость на неровном полу. Когда вы добавляете больше ножек, «диагональ опоры» приближается к центру. Правильные многоугольники с четными номерами всегда могут иметь линию поддержки, проходящую через центр.

Все это делает пять оптимальным количеством ножек - хорошая устойчивость во всех направлениях. Обратите внимание, что с точки зрения конструкции имеет смысл давать стулу пять ножек только тогда, когда вы начинаете с (металлической или пластиковой) центральной стойки - более старая конструкция (квадратные деревянные ножки) делает четыре более разумным числом, как указано в другом ответе. Если вы хотите, чтобы стул имел вертикальную регулировку, имеет смысл использовать одну центральную стойку, и тогда у вас есть возможность выбрать количество ножек.

Напоследок отзыв от крупного поставщика офисной мебели :

Национальные институты здравоохранения рекомендуют пятиточечное основание кресла для максимальной устойчивости и минимальной вероятности опрокидывания кресла.

На самом деле, Том Рирдон, исполнительный директор Ассоциации производителей мебели для бизнеса и учреждений, говорит, что производители мебели прекратили производство стульев с четырехточечными основаниями в 1980-х годах, потому что они не считались такими же безопасными, как пятиточечные.

ОБНОВИТЬ

Я больше думал о проблеме оптимизации и думаю, что могу объяснить, что лучше всего пять ног.

Предположим, что стул должен поддерживать постоянный вес$W$, и что мы хотим постоянной стабильности. Устойчивость определяется кратчайшим «расстоянием опрокидывания».$D$. Для радиального расстояния$R$, стул с$n$ноги есть

Таким образом, мы можем определить «фактор стабильности».$S=\frac{1}{R\cos\frac{\pi}{n}}$

Таким образом, для постоянного$S$мы получаем

Далее смотрим на нагрузку на каждую ногу. Напряжение будет наибольшим, когда опрокидывающий момент$\Gamma$находится прямо на одной линии только с одной ногой. В таком случае,

Теперь мы хотим рассчитать форму (сечение) ноги, которая может выдержать этот крутящий момент. Максимальный стресс$\sigma$для прямоугольной балки шириной$w$и высота$h$пропорциональна$wh^2$, а масса отрезка длины$R$является$whR\rho$; если предположить постоянное соотношение сторон$\frac{w}{h}$, то масса пропорциональна площади, умноженной на длину:

где первый член является функцией прочности, а второй член функцией устойчивости.

Аналогично, при заданном крутящем моменте$W\cdot R$мы можем записать напряжение изгиба как

куда$M$напряжение изгиба,$y$- расстояние по перпендикуляру к нейтральной оси, а$I_x$- второй момент площади относительно нейтральной оси$x$. Для прямоугольного сечения,$y \propto h^4$.

Для постоянного$\sigma$, максимум будет на внешней кромке луча, где$y=\frac{h}{2}$, что приводит к

Для заданного веса$W$, это следует из того

Замена$(3)$в$(2)$мы получаем

Для постоянной прочности на разрыв получаем полную массу$n$ноги:

Для постоянной стабильности используем$(1)$чтобы получить

Мы можем оценить это для n от 3 до 7 и получить$M$в зависимости от количества ножек:

n=3: 9.524
n=4: 7.127
n=5: 7.118  <--- lowest value
n=6: 7.625
n=7: 8.329

Это показывает, что конструкции с пятью ножками действительно требуется наименьшая масса для поддержки определенного крутящего момента — если мы можем приравнять «массу» к «стоимости», а стабильность действительно является основным фактором, это доказывает, что стул с пятью ножками является оптимальным.

Разница между 5 колесами / опорами офисного стула и 4 ножками обычного стула заключается в том, что у последнего вся нагрузка идет прямо вниз. Только ноги должны быть достаточно сильными, чтобы не разбиться. На самом деле, стул мог бы легко обойтись и тремя ножками, если бы не устойчивость. В отличие от офисных кресел, ножки воспринимают нагрузку перпендикулярно своей ориентации. Они должны быть достаточно прочными, чтобы не сломаться. Поэтому им нужно больше опор, чтобы выдержать нагрузку сверху.

Еще одна причина иметь 5 ножек, а не 4, заключается в том, что колеса не находятся в фиксированном положении относительно стула. Это означает, что если бы было только 4 колеса, ось опрокидывания могла бы быть где угодно, поэтому сидящий мог бы наклониться в каком-то направлении и опрокинуться, не осознавая этого. В кресле с четырьмя ножками сидящий может наклониться по диагонали и не беспокоиться о чаевых. Поскольку офисные стулья не могут точно сказать, где находится ось опрокидывания, имеет смысл сделать ее менее склонной к опрокидыванию.

я почти уверен, что если вы проверите правила OSHA (Управления по охране труда и здоровья США) для стульев, которые можно найти на https://healthfully.com/osha-regulations-workplace-chairs-5916239.html , вы найдете окончательный ответ. на этот вопрос.

в дополнение к спецификациям, касающимся спинки, сиденья и подлокотников, у них также есть правила о...

База

Ваш стул на рабочем месте должен иметь прочную основу с пятью ножками и колесиками, подходящими для типа пола вашего рабочего места. Рабочие стулья с четырьмя или меньшим количеством ножек могут давать недостаточную поддержку. Стулья без колесиков могут затруднить установку стула рядом со столом. Это может привести к увеличению наклона или усилия, чтобы получить доступ к компонентам вашей рабочей станции, что приведет к усталости и мышечному напряжению.

Я не знаю истории, я просто предположил. Кресло на картинке имеет особенности, которых нет в обычном четырехточечном стуле: у него есть ролики, вращающееся сиденье и упругая откидывающаяся спинка. Все это увеличивает вероятность опрокидывания кресла без предупреждения. Давайте предположим, что вы катите кресло вперед, чтобы все ролики повернулись назад, а затем откидываетесь назад. В тот момент, когда он опрокинется на два самых задних колесика, основание повернется в наименее устойчивое положение, а ролики будут вращаться, образуя меньший круг. В четырехточечном кресле основание может вращаться от ромба к квадрату, а колесики вращаются, уменьшая квадрат без предупреждения. Жесткий четырехточечный стул очень предсказуем, и все же мы все его опрокидывали. Добавьте вертлюг и ролики, и кресло станет непредсказуемым убийцей. Компенсировать,