《人機(jī)工程學(xué)》第4章 人體力學(xué)

1、第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 第第4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.1 肌肉收縮與肌力肌肉收縮與肌力4.2 骨杠桿系統(tǒng)骨杠桿系統(tǒng) 4.3 靜態(tài)肌肉施力靜態(tài)肌肉施力 4.4 作業(yè)姿勢作業(yè)姿勢 4.5 人的操縱力人的操縱力 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) .1 肌肉收縮與肌力肌肉收縮與肌力 人體內(nèi)有三種類型的肌肉。 第一類為骨骼肌， 通過腱與骨骼相連。 骨骼肌的收縮能力強(qiáng)， 但不能持久， 其活動(dòng)能隨人的意志運(yùn)動(dòng)， 也稱隨意肌。 第二類為平滑肌， 構(gòu)成人體某些臟器的管壁， 其活動(dòng)不受意志支配， 故稱不隨意肌。 第三類為心肌， 分布在心臟的房、 室壁上， 組成心肌層， 也屬不隨意肌。 人機(jī)工程學(xué)所討

2、論的僅限于骨骼肌， 以下簡稱肌肉。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.1.1 肌肉的組織結(jié)構(gòu) 骨骼肌是人體內(nèi)數(shù)量最多、 分布極廣的一種組織， 對于成年男性約占體重的40%， 女性約占35%。 骨骼肌的形狀一般可分為長肌、 短肌、 闊肌、 輪匝肌四種。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 骨骼肌的中間部位稱為肌腹， 主要由骨骼肌纖維構(gòu)成， 有收縮性。 骨骼肌的兩端稱為肌腱， 由致密結(jié)締組織構(gòu)成， 無收縮性。 骨骼肌纖維是長圓柱狀細(xì)胞， 表面由肌膜包圍， 其長度一般約為340 mm， 直徑約為10100 m。 許多肌纖維排列成束， 構(gòu)成肌束。 肌肉則由許多聚集在一起的肌束構(gòu)成。 第第4 4章章

3、人體力學(xué)人體力學(xué) 4.1.2 肌肉收縮的機(jī)理和形式 1. 肌肉收縮機(jī)理 肌肉的基本機(jī)能是將生物化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械位能或動(dòng)能。 這種轉(zhuǎn)變是靠骨骼肌所具有的生理特性收縮性實(shí)現(xiàn)的。 人體的每一塊骨骼肌都受一定的神經(jīng)支配。 當(dāng)來自中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)沖動(dòng)， 由分布于肌肉中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢通過運(yùn)動(dòng)終板傳遞給所支配的肌纖維并引起肌纖維興奮時(shí)， 肌纖維的機(jī)械狀態(tài)即發(fā)生變化。 肌纖維在刺激作用下所發(fā)生的這種機(jī)械狀態(tài)的變化稱為肌肉收縮。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 人體的任何一種運(yùn)動(dòng)， 包括最簡單的動(dòng)作在內(nèi)， 都是眾肌肉群共同收縮的結(jié)果。 在肌肉共同活動(dòng)中， 作用相同者稱為協(xié)同肌， 作用相反者， 則稱為拮抗肌。

4、 如肱二頭肌和肱肌、 肱橈肌都有屈肘的作用， 屬于協(xié)同??； 而肱二頭肌和肱三頭肌， 對肘關(guān)節(jié)是一屈一伸， 故二者屬于拮抗肌。 屈肘時(shí)， 既要有屈肌組的協(xié)同收縮， 又要有伸肌組的舒張相配合， 才能完成屈肘動(dòng)作。 協(xié)同肌與拮抗肌的收縮， 都是在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下進(jìn)行的， 是高度協(xié)調(diào)的。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 1 肌微絲滑動(dòng)示意圖(a) 靜止?fàn)顟B(tài)； (b)收縮狀態(tài)(c) 弛張狀態(tài)第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 2. 肌肉收縮的形式 1) 等長收縮。 肌肉收縮所產(chǎn)生的拉力等于外界阻力時(shí)， 肌肉的長度不變， 這種收縮形式稱為等長收縮。 2) 非等長收縮。 肌肉收縮所產(chǎn)生的拉力不等于

5、外界阻力時(shí)， 肌肉的長度發(fā)生改變， 這種收縮形式稱為非等長收縮。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.1.3 肌肉收縮的力學(xué)特征 肌肉收縮時(shí)的力學(xué)特征的不同表現(xiàn)， 主要取決于負(fù)荷(阻力、 重量)的大小。 1. 潛伏期 負(fù)荷增大時(shí)， 從肌肉受到刺激到肌肉開始縮短的時(shí)間間隔變長， 即潛伏期延長， 如圖4 - 2所示。 2. 縮短程度 圖4 - 3所示為人體右胸大肌負(fù)荷與肌肉縮短程度、 速度的關(guān)系， 當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)， 肌肉的縮短程度較小。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 2 負(fù)荷與潛伏期的關(guān)系 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 3 負(fù)荷與縮短程度以及縮短速度的關(guān)系 第第4 4章

6、章 人體力學(xué)人體力學(xué) 3. 縮短速度 人體右胸大肌在負(fù)荷較大時(shí)， 肌肉縮短速度慢(如圖4 - 3所示)。 肌肉收縮速度與待收縮量成正比。 在某一負(fù)荷下， 肌肉收縮時(shí)， 最初縮短速度較快， 隨著肌肉的縮短， 縮短速度漸慢， 到最大縮短值時(shí)， 縮短速度為零。 這一關(guān)系可用下式表示： )(SSBstdsT(4 - 1)第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.1.4 肌肉收縮的機(jī)械效率 肌肉收縮所產(chǎn)生的能量， 一部分用于克服外界阻力， 完成外功， 即將肌肉中的生物化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械位能或身體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能； 另一部分則用于克服肌肉內(nèi)部所特有的內(nèi)阻力， 做了內(nèi)功， 即將生物化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?因此， 肌肉作功時(shí)

7、所消耗的總能量E為QAE（ - 2） 式中： A完成外功消耗的能量； Q做內(nèi)功所消耗的能量。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 肌肉收縮的機(jī)械效率為QAAEA（ - 3）第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.1.5 肌力 肌肉收縮所產(chǎn)生的力通常以肌肉收縮時(shí)對外用力所測定的數(shù)值表示。 人的一條肌纖維所發(fā)揮的力量約為0.010.02 N， 肌力為許多肌纖維的收縮力之和。 肌肉的最大肌力為每平方厘米橫截面上3040 N。 可見一個(gè)人能產(chǎn)生多大的肌力取決于其肌肉橫截面面積的大小。 肌力還與收縮肌肉的長度有關(guān)， 當(dāng)肌肉長度為靜息狀態(tài)長度時(shí)， 肌肉產(chǎn)生的力量最大， 隨著肌肉長度的縮短， 肌肉產(chǎn)生力量的能力

8、也逐漸下降。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.2 骨杠桿系統(tǒng)骨杠桿系統(tǒng) 成人全身共有206塊骨， 通過骨連結(jié)組成的骨骼系統(tǒng)， 約占體重的1/5。 骨依其所在部位可分為顱骨、 軀干骨、 四肢骨三部分； 依其形態(tài)則可分為長骨、 短骨、 扁骨和不規(guī)則骨四種。 骨骼的主要功能是： 骨骼構(gòu)成人體的支架， 有維持體型、 支撐軟組織、 承擔(dān)全身重量的作用； 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 骨骼形成體腔壁， 可保護(hù)大腦及內(nèi)臟器官， 并能幫助呼吸； 骨是人體運(yùn)動(dòng)的杠桿， 肌肉牽動(dòng)骨繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)， 使人體產(chǎn)生各種運(yùn)動(dòng)； 骨的紅、 黃骨髓有造血、 儲(chǔ)藏脂肪的功能， 骨還是人體內(nèi)礦物鹽的儲(chǔ)備倉庫。 第第4 4章

9、章 人體力學(xué)人體力學(xué) 表4 - 1 身體主要部位肌肉所產(chǎn)生的力 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 骨與骨之間借纖維結(jié)締組織、 軟骨或骨組織相連結(jié)， 稱骨連結(jié)。 人體的骨連結(jié)可分為直接連結(jié)和間接連結(jié)兩種形式。 兩骨之間通過結(jié)締組織、 軟骨或骨相連接， 其間無腔隙， 活動(dòng)范圍很小或不活動(dòng)的連結(jié)形式稱為直接連結(jié)， 如椎弓間的韌帶聯(lián)合、 胸骨和第一肋骨的軟骨結(jié)合以及骶椎間的骨性結(jié)合等。 兩骨之間借膜性囊互相連結(jié)， 其間具有腔隙， 活動(dòng)性較大的連結(jié)形式稱為間接連結(jié)， 這種連接也稱為關(guān)節(jié)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.2.1 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)， 其運(yùn)動(dòng)形式與關(guān)節(jié)面的形態(tài)有密節(jié)關(guān)

10、系。 根據(jù)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸的方位， 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)有以下四種形式。 1 . 屈伸運(yùn)動(dòng) 關(guān)節(jié)繞冠狀軸所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)。 同一關(guān)節(jié)的兩骨之間， 角度減小為屈， 角度增大為伸。 如肘關(guān)節(jié)連結(jié)的前臂骨與肱骨， 肘關(guān)節(jié)繞冠狀軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 前臂骨與肱骨之間角度減小時(shí)為屈肘，反之則為伸肘。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 2. 內(nèi)收外展 關(guān)節(jié)沿矢狀軸所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)。 內(nèi)收為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 骨向正中面靠攏的運(yùn)動(dòng)； 外展則為骨離開正中面的運(yùn)動(dòng)。 3. 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 骨圍繞垂直軸或繞骨本身的縱軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 骨的前面轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)稱為旋內(nèi)， 而骨的前面轉(zhuǎn)向外側(cè)則稱為旋外。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4. 環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 骨的近側(cè)端在原位轉(zhuǎn)動(dòng)

11、， 遠(yuǎn)側(cè)端作圓周運(yùn)動(dòng)， 全骨形式一圓錐形式運(yùn)動(dòng)軌跡。 環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是屈、 展、 伸、 收的依次連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 表4 - 2和圖4 - 4為成年人各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍及人體保持舒適姿勢時(shí)的關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)范圍。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4 - 2 成年人肢體的主要活動(dòng)范圍和舒適姿勢的調(diào)節(jié)范圍 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 4 成年人關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍 (a) 關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍； (b) 保持舒適姿勢時(shí)的關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)范圍 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.2.2 關(guān)節(jié)的類型 根據(jù)關(guān)節(jié)面的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)形式， 關(guān)節(jié)可分為單軸關(guān)節(jié)、 雙軸關(guān)節(jié)和多軸關(guān)節(jié)， 如圖4 - 5所示。 第第4 4章章 人體力學(xué)人

12、體力學(xué) 圖4 - 5 關(guān)節(jié)的類型 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 上述三種關(guān)節(jié)所包括的類型如下： 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.2.3 人體運(yùn)動(dòng)的杠桿原理 骨在肌肉拉力的作用下繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 其結(jié)構(gòu)與功能如同機(jī)械杠桿， 故稱為骨杠桿。在圖4 - 6所示的骨杠桿中， 關(guān)節(jié)為支點(diǎn)(O)； 肌肉的起止點(diǎn)為力點(diǎn)(A)； 負(fù)荷(或身體部位的重量)的作用點(diǎn)為阻力點(diǎn)(D)。 支點(diǎn)至肌肉拉力線的垂直距離為力臂(OC)； 支點(diǎn)至阻力作用線的垂直距離為阻力臂(OD)。 肌肉起止點(diǎn)至關(guān)節(jié)軸的距離為杠桿臂(OA)。肌肉拉力(F)與力臂的乘積為肌肉拉力矩， 阻力(P)與阻力臂的乘積為阻力矩。 力臂和阻力臂之比

13、值OC/OD為杠桿的機(jī)械效益。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 6 骨杠桿示意圖 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 人體運(yùn)動(dòng)的骨杠桿形式基本有三種： 一是平衡杠桿， 如圖4 - 7(a)所示的頭和頸椎的連結(jié)， 寰枕關(guān)節(jié)為支點(diǎn)， 頸部背側(cè)肌群的起點(diǎn)為力點(diǎn)， 頭的重心為阻力點(diǎn)， 因此支點(diǎn)位于重心點(diǎn)和力點(diǎn)之間。 二是省力杠桿， 如圖4 - 7(b)所示， 跖趾關(guān)節(jié)為支點(diǎn)， 體重通過小腿骨施加于踝關(guān)節(jié)處而成為阻力點(diǎn)， 腓腸肌的拉力作用于足跟骨上而成為力點(diǎn)， 因此， 重點(diǎn)位于支點(diǎn)與力點(diǎn)之間。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 這種杠桿由于力臂大于阻力臂， 故其機(jī)械效益大于1， 因而省力。 三

14、是速度杠桿， 如圖4 - 7(c)所示， 髖關(guān)節(jié)為支點(diǎn)， 髂腰肌止點(diǎn)為力點(diǎn)， 下肢重心為阻力點(diǎn)， 因此， 力點(diǎn)位于支點(diǎn)和重點(diǎn)之間。 這種杠桿由于力臂小于阻力臂， 故其機(jī)械效益小于1， 因而費(fèi)力， 但阻力點(diǎn)的移動(dòng)速度快， 所以是以力的消耗來換取較快的運(yùn)動(dòng)速度。 人體內(nèi)特別是肢體內(nèi)大多為速度杠桿。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 7 人體骨杠桿(a) 平衡杠桿； (b) 省力杠桿； (c) 速度杠桿第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.3 靜態(tài)肌肉施力靜態(tài)肌肉施力 4.3.1 肌肉施力的類型 肌肉收縮所產(chǎn)生的力作用于骨， 然后再通過人體結(jié)構(gòu)(如手、 腳等)作用于其他物體， 這一過程稱為

15、肌肉施力。 肌肉施力可分為靜態(tài)肌肉施力和動(dòng)態(tài)肌肉施力兩種方式。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 1. 靜態(tài)肌肉施力 靜態(tài)肌肉施力是依靠肌肉等長收縮所產(chǎn)生的靜態(tài)性力量， 較長時(shí)間地維持身體的某種姿勢， 致使肌肉相應(yīng)地作較長時(shí)間的收縮。 在靜態(tài)肌肉施力情況下進(jìn)行作業(yè)稱為靜態(tài)作業(yè)。 如汽車行駛過程中， 駕駛員的腳要長時(shí)間地踩在加速器上， 此時(shí)腳跟的狀態(tài)即為靜態(tài)肌肉施力狀態(tài)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 靜態(tài)肌肉施力時(shí)， 由于持續(xù)收縮的肌肉壓迫血管， 從而阻止了血液進(jìn)入肌肉， 肌肉無法通過血液得到充足的氧， 容易引起肌肉疲勞， 造成肌肉酸痛， 靜態(tài)作業(yè)的持續(xù)時(shí)間因此而受到了限制。 第第4 4章

16、章 人體力學(xué)人體力學(xué) 2. 動(dòng)態(tài)肌肉施力 動(dòng)態(tài)肌肉施力是對物體交替進(jìn)行施力與放松， 使肌肉有節(jié)奏地收縮與舒張。 在動(dòng)態(tài)肌肉施力的情況下進(jìn)行作業(yè)， 稱為動(dòng)態(tài)作業(yè)， 如控制操縱輪時(shí)上肢的狀態(tài)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.3.2 靜態(tài)肌肉施力特征 靜態(tài)肌肉施力時(shí)向肌肉供血受阻的程度， 與肌肉收縮產(chǎn)生的力成正比， 即靜態(tài)肌肉施力越大，肌肉內(nèi)壓力越大， 血液向肌肉流動(dòng)所受的阻力也越大。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 8 施力大小與持續(xù)時(shí)間的關(guān)系 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 8中的曲線稱為Rohmert曲線， 可將其用下列數(shù)學(xué)表達(dá)式給出)(6361269032ma

17、xsPPPt（ - 4)第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.3.3 常見靜態(tài)作業(yè)和對人體的影響 在日常生活與勞動(dòng)中， 不論采取何種人體姿勢， 都有一部分肌肉靜態(tài)受力， 所以一般作業(yè)中既有靜態(tài)施力也有動(dòng)態(tài)施力。 由于靜態(tài)施力的作業(yè)方式易于導(dǎo)致肌肉過早疲勞， 因此當(dāng)靜態(tài)作業(yè)與動(dòng)態(tài)作業(yè)兩種作業(yè)方式同時(shí)存在時(shí)， 首先應(yīng)處理好靜態(tài)作業(yè)。 常見的靜態(tài)作業(yè)方式有： 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 1) 長時(shí)間或反復(fù)地向前或向兩側(cè)彎腰， 如車床設(shè)計(jì)過低或身材高大者操作低車床； 2) 長時(shí)間手持或抓握物體， 如手持加工機(jī)件， 抓握風(fēng)鉆、 鉚槍、 焊槍等； 3) 長時(shí)間雙手前伸或手臂懸空抬起， 如在設(shè)計(jì)過高的

18、工作臺(tái)上操作小臺(tái)鉆等； 4) 一只腳支承體重， 另一只腳控制機(jī)器， 如使用像空氣錘那樣的單腳操作的腳踏板裝置；第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 5) 長時(shí)間站立在一個(gè)位置上， 如操作各種機(jī)床； 6) 推拉重物； 7) 長時(shí)間、 高頻率地使用一組肌肉， 如手指長時(shí)間高速敲擊鍵盤等。 靜態(tài)肌肉施力一方面加速肌肉疲勞過程， 引起難忍的肌肉酸痛， 另一方面長期受靜態(tài)肌肉施力的影響， 酸痛還會(huì)由肌肉擴(kuò)散到腱、 關(guān)節(jié)和其他組織， 并損傷這些組織， 引起永久性疼痛。 表4 - 3列舉了一些常見的靜態(tài)作業(yè)姿勢可能引起的疼痛部位。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 表4 - 3 常見靜態(tài)作業(yè)姿勢可能引起人體疼痛

19、的部位第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.3.4 避免靜態(tài)肌肉施力 避免靜態(tài)肌肉施力的關(guān)鍵在于協(xié)調(diào)人機(jī)關(guān)系， 使操作者在作業(yè)過程中能夠采取隨意姿勢并能自由改變體位， 從而保持身體的舒適、 自然狀態(tài)， 而不迫使操作者只能采取一種姿勢和不良姿勢。 如圖4 - 9所示， 由于銑床和鉆床工作臺(tái)高度設(shè)計(jì)不合理， 迫使操作者不得不采取不良作業(yè)姿勢。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 9 不良的作業(yè)姿勢(a) 操作銑床； (b) 操作臺(tái)鉆 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 1) 長時(shí)間或反復(fù)彎腰， 尤其是頭和身體向兩側(cè)彎曲而造成的多塊肌肉靜態(tài)受力。 彎腰使腰背部肌肉靜態(tài)受力而造成能耗明顯增加，

20、坐姿、 立姿的能耗大約只有彎腰能耗的2/3。 2) 長時(shí)間地抬手作業(yè)或上臂舉著的作業(yè)姿勢。 這種姿勢不僅使手臂和肩部肌肉靜態(tài)受力， 而且也影響作業(yè)的精確性。 為避免這種狀態(tài)， 作業(yè)面應(yīng)與肘關(guān)節(jié)高度相當(dāng)或在肘關(guān)節(jié)以下。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 3) 負(fù)荷不平衡， 單側(cè)肢體承重或單手操作。 4) 頭部和眼睛的不自然姿態(tài)， 造成頭部和頸部肌肉的靜態(tài)施力。 為避免這種狀態(tài)， 操作時(shí)手最好距離眼睛25 cm， 視線在水平線以下15的方向。 5) 長時(shí)間的雙手或單手前伸。 最頻繁的作業(yè)動(dòng)作， 應(yīng)該在肘關(guān)節(jié)彎曲的情況下即可以完成。 6) 靜止不動(dòng)， 特別是長時(shí)間地站立于一個(gè)位置上。 這種作業(yè)姿勢，

21、 不僅造成靜態(tài)肌肉施力， 而且引起腿部靜脈血壓的增高。 所以， 通常坐姿作業(yè)比立姿作業(yè)省力。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.4 作業(yè)姿勢作業(yè)姿勢 4.4.1 作業(yè)姿勢的類型及影響因素 人在日常生活和生產(chǎn)中， 一般有四大基本姿勢， 即立姿、 端坐姿、 靠椅坐姿和臥姿。 根據(jù)支持軀體的方式可將上述4種基本姿勢劃分為34種姿勢， 其中立姿7種、 端坐姿14種， 靠椅坐姿10種， 臥姿3種。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 隨著宇航技術(shù)的迅速發(fā)展， 失重姿態(tài)也將作為一種作業(yè)姿勢而成為研究、 分類的對象。 影響作業(yè)姿勢的因素很多， 主要有以下幾個(gè)方面： 1) 作業(yè)空間的大小及照明條件， 變換姿

22、勢的可能性； 2) 體力負(fù)荷的大小及用力方向， 作業(yè)所要求的準(zhǔn)確度和速度； 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 3) 工作場所的布置， 工具設(shè)備與材料的位置以及取用、 操作的方法； 4) 作業(yè)的方式、 方法以及操作時(shí)的起坐頻率； 5) 工作臺(tái)面與座椅的高度， 有無足夠的容膝空間； 6) 操作者隨意采取的體位。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.4.2 確定作業(yè)姿勢的一般原則 不同的人體姿勢所造成的肌肉負(fù)荷一般可用伴隨肌肉收縮所產(chǎn)生的生物電位的變化即肌電圖來顯示。 人機(jī)工程學(xué)學(xué)者曾選擇了人體的13種姿勢、 具有代表性的21處肌肉群， 通過肌電圖得出如圖4 - 10所示的結(jié)果。 第第4 4章章

23、人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 10 姿勢對肌肉的影響第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 姿勢對心血管系統(tǒng)的影響如表4 - 4所示。 為保障操作者的身體健康、 提高作業(yè)效率， 在確定作業(yè)姿勢時(shí)， 一般應(yīng)遵循如下原則： 1) 操作者的作業(yè)姿勢一般以坐姿為好， 其次是坐立姿， 當(dāng)工作過程非立姿不可時(shí)， 才選擇立姿； 2) 應(yīng)盡可能地使操作者采取平衡姿勢， 避免因作業(yè)姿勢不當(dāng)而給肌肉、 關(guān)節(jié)和心血管系統(tǒng)造成不必要的負(fù)擔(dān)； 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 表4 - 4 立姿與坐姿對心血管系統(tǒng)的影響第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 3) 作業(yè)過程中， 應(yīng)使操作者能自由地變換多種體位， 盡可能地使操作者身體處

24、于舒適狀態(tài)， 當(dāng)強(qiáng)制保持的姿勢無法避免時(shí)， 應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)闹挝铮?4) 確定作業(yè)姿勢應(yīng)與肌力的使用以及作業(yè)動(dòng)作相聯(lián)系， 三者應(yīng)相互協(xié)調(diào)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.4.3 作業(yè)中常用的姿勢 1. 立姿 正確的立姿是身體各個(gè)部分， 如頭、 頸、 胸、 腹等均垂直于水平面， 且身體保持平衡和穩(wěn)定。 此時(shí)， 人體的重量主要由骨骼承擔(dān)， 肌肉和韌帶的負(fù)荷最小， 人體內(nèi)各系統(tǒng)如呼吸、消化、 血液循環(huán)等活動(dòng)的機(jī)械阻力最小。 舒適的立姿是身體自然直立或軀干稍向前傾15左右。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 在下列情況下宜采取立姿作業(yè)： 1) 常用的控制器分布在較大區(qū)域， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出坐姿的最大可及

25、范圍時(shí)； 2) 需要用較大肌力的作業(yè)， 而坐姿不可能達(dá)到時(shí)； 3) 沒有容膝空間的機(jī)器旁作業(yè)， 坐著反而不如站著舒適時(shí)； 4) 需要頻繁地坐、 立的作業(yè)， 因?yàn)轭l繁起坐所消耗的能量比立姿的耗能量還大； 5) 單調(diào)的易引起心理性疲勞的作業(yè)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 2. 坐姿在下列情況下應(yīng)采用坐姿作業(yè)： 1) 持續(xù)時(shí)間長的靜態(tài)作業(yè)； 2) 精密度較高而又要求細(xì)致的作業(yè)； 3) 需要手足并用的作業(yè)； 4) 要求操作準(zhǔn)確性高的作業(yè)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4.5 人的操縱力人的操縱力 4.5.1 手臂的操縱力 1. 坐姿手臂的操縱力 圖4 - 11所示為坐姿手臂操縱力的測試圖，

26、 由測試得出的在各種不同角度時(shí)臂力的數(shù)據(jù)， 如表4 - 5所示。 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的控制器， 95%以上的健康成年人操作時(shí)不會(huì)感到困難。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 手臂操縱力的一般規(guī)律是， 右手臂的力量比左手臂大； 手臂處于內(nèi)、 外下方時(shí)， 推力、拉力均較小， 但其向上、 向下的力量較大； 拉力略大于推力； 向下的力略大于向上的力； 向內(nèi)的力大于向外的力。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 11 坐姿手臂操縱力(a) 側(cè)視圖； (b) 俯視圖 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 表4 - 5 坐姿手臂在不同角度和方向上的操縱力第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 2. 立姿手臂的

27、操縱力 圖4 - 12所示為立姿作業(yè)時(shí)， 手臂位于不同方位和角度時(shí)的最大拉力和推力。 由圖可知， 手臂最大拉力在肩的下方180的方向上； 最大推力在肩的上方0的方向上。 伸直前臂時(shí)， 向前推的力略大于向側(cè)面推的力。 推拉形式的控制裝置應(yīng)盡量布置在有利于發(fā)揮最大操縱力的位置上。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 圖4 - 12 立姿手臂伸直時(shí)的最大操縱力 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 3. 握力 一般男性青年右手平均瞬時(shí)最大握力可達(dá)556 N， 左手可達(dá)421 N。 握力與手的姿勢和持續(xù)時(shí)間有關(guān)， 如持續(xù)1 min后， 右手平均握力下降為275 N， 左手為244 N。 表4 - 6所示為日

28、本人的右手握力數(shù)據(jù)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 表4 - 6 握力(右手) 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 當(dāng)緊握手柄時(shí)， 需要考慮操作者的握緊強(qiáng)度。 握緊強(qiáng)度是指手能夠施加在手柄上的最大握力， 一般可用測力計(jì)測量。 在設(shè)計(jì)手工工具、 夾具、 控制器時(shí)， 需應(yīng)用握緊強(qiáng)度數(shù)值。 年齡在30歲以上時(shí)， 其握緊強(qiáng)度可用下列公式計(jì)算： AGS94. 2608（ - 5）式中：GS手的握緊強(qiáng)度(N)； A年齡(歲)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 利用手柄操縱時(shí)， 操縱力的大小與手柄距離地面的高度， 操縱方向， 哪只手操作等因素有關(guān)， 表4 - 7所示為使用手柄操縱時(shí)最適宜的力的數(shù)據(jù)。 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 表4 - 7 應(yīng)用手柄操縱時(shí)最適宜的力 第第4 4章章 人體力學(xué)人體力學(xué) 4. 拉力和推力 在立姿手臂水平向前自然伸直的情況下， 男性平均瞬時(shí)拉力可達(dá)689 N， 女性可達(dá)378 N。當(dāng)手作前后方向運(yùn)動(dòng)時(shí)