Warum haben die meisten Bürostühle 5 Rollen?

Konsolidieren Sie einige der Punkte, die in den Antworten auf die von Ihnen verlinkte Frage gemacht wurden, und Kommentare:

Beim Bau eines Stuhls sind 4 Beine einfach, wenn Sie eine traditionelle (Holz-) Konstruktion verwenden - 90-Grad-Winkel und einfach stapelbar. Ein bisschen härter als drei Beine, weil man darauf achten muss, dass sie alle gleich lang sind (sonst wackelt der Stuhl).

Sobald Sie einen "Bürostuhl" mit hydraulischer Mittelsäule haben, ist das Konstruktionsargument weg. Das lässt uns mehr Freiheit bei der Auswahl der Anzahl der Beine. Die Überlegungen sind:

• mehr Beine = mehr Material = teurer, schwerer (unten quantifiziert)
• mehr Beine = gleichmäßigere Kippstabilität in alle Richtungen
• mehr Beine = bessere Verteilung der Last: Räder sinken nicht so tief in den Teppich ein
• ungerade Zahl = größere Stabilität gegen Wackeln (siehe unten)

Jedes technische Design ist eine Frage von Kompromissen; in diesem Fall denke ich, dass der erste Punkt für weniger Beine spricht und der zweite/dritte Punkt für mehr Beine. Die Frage lautet dann: Was ist der zusätzliche Wert und die zusätzlichen Kosten eines weiteren Beins? Unten berechne ich die Kosten für das Hinzufügen weiterer Beine bei gleicher Stabilität und Kosten - dies macht einige Annahmen, kommt aber zu dem Schluss, dass fünf tatsächlich optimal sind.

Aber es gibt noch einen weiteren wichtigen Faktor (Hut an meine Tochter für dieses Konzept): Wenn der Boden uneben ist, wird ein Stuhl nicht mit allen Beinen gestützt - er "wackelt". Wenn Sie nun vier Beine haben, wird dieses Wackeln entlang einer der Diagonalen des Quadrats auftreten, und diese Linie wird unter (oder sehr nahe an) dem Schwerpunkt liegen. Das macht die Energie, die benötigt wird, um von einer Seite zur anderen zu gehen, sehr gering. Bei fünf Beinen verschiebt sich der Schwerpunkt immer relativ zur Stützlinie. So sorgen fünf Beine für mehr Stabilität auf einem unebenen Boden. Wenn Sie mehr Beine hinzufügen, nähert sich die "Stützdiagonale" der Mitte. Gerade nummerierte regelmäßige Polygone haben immer das Potenzial, dass die Unterstützungslinie durch die Mitte verläuft.

All das macht fünf zur optimalen Anzahl von Beinen – gute Stabilität in alle Richtungen. Beachten Sie, dass es aus konstruktiver Sicht nur dann sinnvoll ist, einem Stuhl fünf Beine zu geben, wenn Sie mit einem Mittelpfosten (Metall oder Kunststoff) beginnen - die ältere Konstruktion (quadratische Holzbeine) macht vier zu einer sinnvolleren Zahl, wie in der anderen Antwort angegeben. Wenn Sie möchten, dass der Stuhl vertikal verstellbar ist, ist ein einziger Mittelpfosten sinnvoll – und dann haben Sie die Flexibilität, die Anzahl der Beine zu wählen.

Abschließend noch eine Referenz eines großen Anbieters von Büromöbeln :

Die National Institutes of Health empfehlen eine Fünf-Punkt-Stuhlbasis für maximale Stabilität und minimale Kippgefahr des Stuhls.

Laut Tom Reardon, Geschäftsführer der Business and Institutional Furniture Manufacturer's Association, haben Möbelhersteller in den 1980er Jahren aufgehört, Stühle mit Vierpunktfüßen herzustellen, weil sie nicht als so sicher wie Fünfpunktfüße galten.

AKTUALISIEREN

Ich habe mehr über das Problem der Optimierung nachgedacht und glaube, ich kann erklären, dass fünf Beine am besten sind.

Gehen Sie davon aus, dass der Stuhl ein konstantes Gewicht tragen muss$W$, und dass wir eine konstante Stabilität wollen. Die Stabilität wird durch den kürzesten „Kippweg“ bestimmt$D$. Für einen radialen Abstand$R$, ein Stuhl mit$n$Beine hat

So können wir einen „Stabilitätsfaktor“ definieren$S=\frac{1}{R\cos\frac{\pi}{n}}$

Also für konstant$S$wir bekommen

Als nächstes betrachten wir die Belastung auf jedem Bein. Die Beanspruchung wird beim Kippmoment am größten$\Gamma$ist direkt in einer Linie mit nur einem Bein. An diesem Punkt,

Nun wollen wir die Form (Schnitt) des Beins berechnen, das dieses Drehmoment tragen kann. Die maximale Belastung$\sigma$für einen rechteckigen Balken der Breite$w$und Höhe$h$ist proportional zu$wh^2$, und die Masse des Längenschenkels$R$ist$whR\rho$; wenn wir ein konstantes Seitenverhältnis annehmen$\frac{w}{h}$, dann ist die Masse proportional zu Fläche mal Länge:

wobei der erste Term eine Funktion der Festigkeit und der zweite Term eine Funktion der Stabilität ist.

Ebenso für gegebenes Drehmoment$W\cdot R$wir können die Biegespannung schreiben als

wo$M$ist die Biegespannung,$y$ist der senkrechte Abstand zur neutralen Achse und$I_x$ist das zweite Flächenmoment um die neutrale Achse$x$. Für einen rechteckigen Querschnitt gilt:$y \propto h^4$.

Für konstant$\sigma$, das Maximum tritt am äußeren Rand des Balkens auf, wo$y=\frac{h}{2}$, führt zu

Bei gegebenem Gewicht$W$, es folgt dem

Ersetzen$(3)$hinein$(2)$wir bekommen

Für konstante Bruchfestigkeit erhalten wir die Gesamtmasse von$n$Beine:

Für konstante Stabilität verwenden wir$(1)$erhalten

Wir können dies für n zwischen 3 und 7 auswerten und erhalten$M$in Abhängigkeit von der Beinzahl:

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

Dies zeigt, dass die Struktur mit fünf Beinen tatsächlich die geringste Masse benötigt, um ein bestimmtes Drehmoment zu unterstützen - wenn wir "Masse" mit "Kosten" gleichsetzen können und Stabilität tatsächlich der Haupttreiber ist, beweist dies, dass ein Stuhl mit fünf Beinen optimal ist.

Der Unterschied zwischen den 5 Rädern/Stützen eines Bürostuhls und den 4 Beinen eines normalen Stuhls besteht darin, dass bei letzterem die gesamte Last gerade nach unten geht. Die Beine müssen nur stark genug sein, um nicht zu zerbrechen. Tatsächlich könnte ein Stuhl ohne die Stabilität leicht mit 3 Beinen davonkommen. Im Gegensatz dazu tragen die Bürostuhlbeine die Last senkrecht zu ihrer Ausrichtung. Sie müssen stark genug sein, um nicht zu brechen. Daher benötigen sie mehr Stützen, um die Last von oben abzustützen.

Ein weiterer Grund für 5 Beine im Gegensatz zu 4 ist, dass die Räder relativ zum Stuhl nicht in einer festen Position sind. Das heißt, wenn es nur 4 Räder gäbe, könnte die Kippachse überall sein, sodass sich ein Sitzender in eine Richtung lehnen und kippen könnte, ohne es zu merken. In einem 4-Bein-Stuhl kann sich ein Sitzender diagonal lehnen und muss sich keine Gedanken über das Kippen machen. Da Bürostühle keine Gewissheit geben können, wo sich die Kippachse befindet, ist es sinnvoll, sie weniger kippfähig zu machen.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie die ultimative Antwort finden , wenn Sie die Vorschriften der OSHA (US-Arbeitsschutzbehörde) für Stühle unter https://healthfully.com/osha-regulations-workplace-chairs-5916239.html überprüfen zu dieser Frage.

sie haben neben Vorgaben zu Rücken, Sitz und Armlehnen auch Vorschriften über die...

Base

Ihr Arbeitsstuhl muss ein starkes, fünfbeiniges Untergestell mit Rollen haben, die für den Bodenbelag Ihres Arbeitsplatzes geeignet sind. Arbeitsstühle mit vier oder weniger Beinen bieten möglicherweise unzureichenden Halt. Stühle ohne Rollen können es Ihnen schwer machen, Ihren Stuhl in der Nähe Ihres Schreibtisches zu positionieren. Dies könnte das Biegen oder Greifen erhöhen, um auf Ihre Workstation-Komponenten zuzugreifen, was zu Ermüdung und Muskelzerrung führen kann.

Ich kenne die Vorgeschichte nicht, ich spekuliere nur. Der Stuhl auf dem Bild hat Merkmale, die Sie bei einem typischen 4-Punkt-Stuhl nicht finden: Er hat Rollen, einen drehbaren Sitz und eine federnde Rückenlehne. All dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass der Stuhl ohne Vorwarnung umkippt. Nehmen wir an, Sie rollen den Stuhl nach vorne, sodass alle Rollen nach hinten gedreht sind, und lehnen sich dann zurück. In dem Moment, in dem es auf die beiden hintersten Rollen kippt, dreht sich die Basis in die am wenigsten stabile Ausrichtung und die Rollen drehen sich, um einen kleineren Kreis zu bilden. Bei einem 4-Punkt-Stuhl kann sich die Basis ohne Vorwarnung von Raute zu Quadrat drehen, und die Rollen drehen sich, um das Quadrat kleiner zu machen. Ein starrer 4-Punkt-Stuhl ist sehr vorhersehbar, und doch haben wir ihn alle schon einmal umgekippt. Fügen Sie das Drehgelenk und die Rollen hinzu und der Stuhl wird zu einem unberechenbaren Killer. Kompensieren,