[发明专利]一种预应力床垫及其设计方法

说明书

本发明要求申请号为201210436469.0、申请日期为2012年11月05日、名称为“弹簧床垫的弹性支承组件及弹簧床垫”和申请号为201210498808.8、申请日期为2012年11月29日、名称为“一种弹簧床垫”这两个中国专利申请的国内优先权。

技术领域

本发明涉及一种人类生活用品领域，具体涉及一种预应力床垫及其设计方法。

背景技术

人的一生大约有三分之一的时间是在床上度过的，床是人类生活中非常重要的必需品。现有技术中具有弹性的床垫主要种类有以下几种，弹簧床垫、乳胶弹性床垫、海绵弹性床垫和3D纤维弹性床垫，床垫中的弹性层被压缩变形以提供对人体的支托力，在床垫的设计领域，人们只能通过调整弹性层的刚度系数来控制床垫的软硬，手段单一，如图1所示，弹性层的变形量与压强呈线性关系，只要有压强就会有变形，而且床垫的软硬程度是固定的，太软的床垫使身体下陷，太硬的床垫使身体受力过于集中，即使选择了软硬合适的床垫，也会因为睡姿不同，导致床垫对人支托情况差异较大。

人类身体曲线及重力分布情况决定了四肢对床垫的压强较小，躯干对床垫的压强一般，头部和臀部对床垫的压强急剧增大，所以更优的床垫应该是当压强较小或一般时，床垫变形很小甚至不变形，以获得强支托力、床垫较硬的效果，当压强增大至一定程度时，床垫应快速地增大变形，以获得较大的支托面积，从而分散压力，减小压强，获得柔软的感觉，现有的床垫无法达到上述效果，现有的设计方法也无法设计出上述的床垫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现更优支托效果的预应力床垫的设计方法及预应力床垫。

本发明是这样实现的：一种预应力床垫的设计方法，所述预应力床垫包括弹性层，为了调整弹性层的支托力f和变形量s，包括以下步骤：

首先让使用者平躺在不同硬度的床垫上，了解使用者最喜欢的床垫硬度和能接受的最软床垫；

测量使用者躺在最喜欢硬度床垫上床垫的压强f₁和床垫的变形S₁，测量使用者躺在能接受的最软床垫上床垫的压强f₂；

设定弹性层的预应力值f₀＝f₂，并按下式确定所述弹性层的刚度系数K_b：

K_b＝(f₁-f₀)/S₁；

通过对所述弹性层进行预压缩以获得所设定的预应力值f₀，所述弹性层的预压缩量S₀按下式确定：

S₀＝f₀/K_b。

其中，所述弹性层为弹簧弹性层，所述弹簧弹性层包括多个并列排布的支承弹簧，首先确定所述支承弹簧的刚度系数为K，支承弹簧外端面外圆面积为a，然后通过以下公式计算支承弹簧覆盖率β，β＝aK_b/K；或者首先确定所述支承弹簧覆盖率为β，外端面的外圆面积a，然后通过以下公式计算支承弹簧的刚度系数K，K＝aK_b/β。

本发明的另一种技术方案为：一种预应力床垫，包括弹性层，还包括对所述弹性层进行预压缩，使所述弹性层获得预应力的预应力构件。

其中，所述弹性层为弹簧弹性层、乳胶弹性层、海绵弹性层或3D纤维弹性层。

其中，所述预应力构件包括多个设置在所述弹性层上下表面的扣板组件和连接上下扣板组件的线绳，所述线绳两端连接点之间的长度小于弹性层的厚度；或者，所述预应力构件包括设置在所述弹性层上下表面的网格状构件和连接上下网格状构件的线绳，所述线绳两端连接点之间的长度小于弹性层的厚度；或者所述预应力构件包括设置在所述弹性层上下表面的布或柔性薄板和多条连接所述弹性层上下表面的布或柔性薄板的线绳，所述线绳两端连接点之间的长度小于弹性层的厚度。