自行車的人因工程設(shè)計(jì)

1、 山東科技大學(xué)人因工程設(shè)計(jì)自行車的人因工程設(shè)計(jì)專業(yè)：工業(yè)工程班級(jí)：12級(jí)2班姓名：曹洪元學(xué)號(hào)：2012010309022014-11-13隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，日趨完善化的設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)人的效能、安全、舒適和身心健康，在設(shè)計(jì)高效機(jī)的同時(shí)，充分考慮人的因素，反映人的需要，把人與機(jī)密切結(jié)合起來(lái)。這就涉及到了人因工程學(xué)。首先，要確定人體的解剖結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品依據(jù)人體的生理特征來(lái)設(shè)計(jì)，然后，根據(jù)實(shí)際情況（環(huán)境，個(gè)人情況）來(lái)重點(diǎn)設(shè)計(jì)，最后，隨著科技進(jìn)步逐步改進(jìn)，使產(chǎn)品功能更完善，使人的更多的要求得以滿足。 改進(jìn)自行車就要以人為對(duì)象為基準(zhǔn)，考慮到人的形態(tài)特征，人的勞動(dòng)生理特征，人的勞動(dòng)心理特征，人的系統(tǒng)功能特征，產(chǎn)

2、品的設(shè)計(jì)與人的關(guān)系，產(chǎn)品對(duì)人體的舒適度等。針對(duì)自行車主要改進(jìn)了三個(gè)部位：1，車座2，靠背 3，把手老式自行車：不輕便，車座與車把一樣高，輪子太大，不靈活）人機(jī)自行車： 1、車座 把人因工程運(yùn)用到自行車車座設(shè)計(jì)：運(yùn)用到了人體勞動(dòng)形態(tài)特征的知識(shí)。包括人體形態(tài)測(cè)量、人體結(jié)構(gòu)尺寸、功能尺寸。1）從人體解剖學(xué)分析人體形態(tài)。根據(jù)人體組織的解剖特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，身體的主要重量均由骨盆下的兩塊面積約為25cm2的坐骨結(jié)節(jié)承受。A、故車座設(shè)計(jì)不合適就會(huì)使坐骨結(jié)節(jié)處在車座外緣或緊挨外緣的位置，身體的壓力使得坐骨結(jié)節(jié)被迫分離的趨勢(shì)過(guò)大，由此導(dǎo)致臀部的疼痛感。B、當(dāng)人騎車坐在車座上時(shí)，坐骨

3、生殖區(qū)靠在平坦的座面上，座會(huì)壓迫到坐骨生殖區(qū)的組織和脂肪。C、在騎行時(shí)，上軀體的部分重量壓迫到坐骨生殖區(qū)的血管和神經(jīng)，造成人體會(huì)陰區(qū)的疼痛和麻木。D、會(huì)陰區(qū)深層中含有泌尿組織、血管及生殖動(dòng)脈和傳導(dǎo)神經(jīng)，這樣也會(huì)造成生殖區(qū)域的麻木和缺血，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致生殖系統(tǒng)障礙。（人體生殖區(qū)結(jié)構(gòu)和車座的關(guān)系）考慮到男女性別差異帶來(lái)的設(shè)計(jì)差異。女性骨盆的坐骨結(jié)節(jié)間距約為23cm，男性骨盆坐骨結(jié)節(jié)間距約為20cm。據(jù)此，車座寬度的適宜范圍：男式單車為2426cm，女式單車為2629cm較合適。根據(jù)人體測(cè)量學(xué)中成年男子坐姿臀寬355mm（90%），成年女子382mm（90%），應(yīng)以女子的臀寬為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足座位的要

4、求。舒適度。如圖 2）考慮到人體在工作位置上的活動(dòng)空間尺度。A、人體處于坐姿時(shí)，坐骨結(jié)節(jié)離臀部后緣約1012cm，據(jù)此，車座后端的長(zhǎng)度范圍定為1012cm，車座總長(zhǎng)不同于一般工作椅的座深，車座的總長(zhǎng)只需給騎車者以有限的支承穩(wěn)定性即可，因?yàn)檐囎^(guò)長(zhǎng)勢(shì)必影響大腿前后擺動(dòng)的靈活性。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，50%的人體大腿厚約為13cm，故車座長(zhǎng)度范圍為2224cm(余量約取5.5cm)。B、有關(guān)的研究還表明，人在騎車時(shí)身體適當(dāng)后傾，人體的迎風(fēng)面積減小，更有利于發(fā)力和加速，如果靠背角為90°，后傾角在15°以內(nèi)，則相當(dāng)于前傾座面與靠背夾角在105°以內(nèi)，屬坐姿的舒適范圍。C、根據(jù)人

5、體坐姿的生物力學(xué)分析得知，人體上身越前傾，脊柱的彎曲程度越大，背部肌肉受力越大。當(dāng)人騎車時(shí)，幾乎完全伏在車把上，背部與水平面幾乎平行，腰部椎間盤(pán)壓力分布不當(dāng)，腰椎變形。圖1-5 人體坐姿的生物力學(xué)分析自行車車座的改進(jìn)：（男士長(zhǎng)時(shí)間用的自行車）正在嘗試改進(jìn)座墊長(zhǎng)時(shí)間騎車，臀部不舒服的另外一個(gè)原因就是座墊軟硬不合適所致。車座加上座墊，人坐于其上，臀部壓力值大為降低，接觸支承面增大，使壓力分散。但是座墊不可過(guò)軟，過(guò)軟不僅增加了身體的不穩(wěn)定性，而且容易使人產(chǎn)生疲勞；過(guò)硬又會(huì)導(dǎo)致臀部痛楚或麻木。座墊的軟硬應(yīng)以股骨頭剛好與座墊相接近，幾近接觸而無(wú)壓力為宜。坐墊材料必須透氣，且不易打滑，座墊應(yīng)縫制或釘在車座

6、上，使其對(duì)起坐時(shí)的動(dòng)載有良好的彈性響應(yīng)。2、靠背：案例在靠背的四個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上運(yùn)用的人因工程學(xué)，分別是靠背的高度，靠背的寬度，靠背的角度，靠背的重量及材料?？偟膩?lái)說(shuō)，它們的作用為降低騎車的疲勞和對(duì)人身體的損害。（1）靠背的高度靠背由肩靠和腰靠?jī)刹糠謽?gòu)成，腰靠的凸出部分壓入腰凹內(nèi)，以保證腰部得到充分支持，其水平截面為曲率不大的圓弧形，以適合于腰圓。為了使背部下方骶骨和臀部有適當(dāng)?shù)暮笸箍臻g，座面上方與靠背下部之間留一開(kāi)口部分，其高度至少為12.5cm。圖1-6 自行車靠背的具體尺寸（2）靠背的寬度寬度由腰圍決定，靠背寬度為腰圍的1/3?？勘趁鎺б稽c(diǎn)向內(nèi)凹的圓弧，和背的形狀相似，可以使背部和腰部受力均

7、勻，較少疲勞，增強(qiáng)舒適性。（3）靠背的角度設(shè)為99°，該傾角的作用與座面傾角的作用相同。傾角的角度可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，以供不同的人使用，還可以緩解腰部保持一個(gè)傾角帶來(lái)的疲勞。（4）靠背的重量及材料靠背不易過(guò)重，應(yīng)選用強(qiáng)度較好，質(zhì)量較輕的材料(如ABS塑料)，并具有適當(dāng)?shù)膹椥?、把手1） 把手高度：自行車的車把如果偏低，騎車者必須彎下腰，時(shí)間久了，就會(huì)感到腰酸背疼，胳膊疲勞。 車把的高度應(yīng)保證騎車者在騎車時(shí)處于自然坐姿或接近自然坐姿，并使頸關(guān)節(jié)、胸關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)處于舒適的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。（把手高于車座，保證正常坐姿） 2） 把手寬度：經(jīng)實(shí)踐測(cè)量，當(dāng)車把的寬度接近于騎車者的最

8、大肩寬時(shí)，人能夠自然舒適地握住車把，并能保持長(zhǎng)時(shí)間不易疲勞。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中等身材的人最大肩寬，男為43.1cm，女為39.7cm，因此，車把的寬度可定為39.743.1cm。適合男女滿足大多數(shù)人的需要。3） 把手的形狀：手的特點(diǎn)：掌心部位肌肉最少，指骨間肌和手指部分是神經(jīng)末梢滿布的區(qū)域。而指球肌、和大、小魚(yú)際是肌肉豐富的部位，是手部的天然減振器。所以設(shè)計(jì)手把形狀時(shí)，應(yīng)避免將手把絲毫不差地貼合于手的握持空間，更不能緊貼手掌心。這樣的手把比較好：（把手的設(shè)計(jì)應(yīng)使操作者掌心處略有空隙，以減少壓力和摩擦力的作用） 尺寸應(yīng)符合人手尺度的要求：比較合適的直徑為34cm，因此，可把車把的直徑定為大端4cm左右，小端3cm左右。把手的長(zhǎng)度主要取決于手掌寬度，掌寬一般為7.19.7cm，因此把手的長(zhǎng)度可定為12cm左右。圖1-9 蝴蝶型車把4） 把手的彎度：傳統(tǒng)的自行車把手為水平，這不符合人因工程學(xué)原理，因?yàn)檫@樣將會(huì)使手腕處于背屈狀態(tài)，腕部酸痛，握力減小，長(zhǎng)時(shí)間操作還會(huì)引起腕道綜合癥、腱鞘炎等癥狀。測(cè)試表明，把手與水平位置成10°左右效果最好，可以降低疲勞，并且容易操作，還使腕關(guān)節(jié)處于放松狀5） 車閘：車閘的設(shè)計(jì)精度較高，而人手的抓握直徑在13cm左右，所以，車閘直徑可定為13cm左右，長(zhǎng)度約等于把手長(zhǎng)度。車閘