電動車畢業(yè)設(shè)計

第一章概述1.1設(shè)計的主要目的和意義此次設(shè)計的目的是掌握產(chǎn)品造型的設(shè)計，包括材料、尺寸的合理選擇，靈活運用制作技術(shù)、形態(tài)表達(dá)語言，根據(jù)人機工程學(xué)和美學(xué)來設(shè)計電動自行車的尺寸和顏色。根據(jù)同類型產(chǎn)品的類比和設(shè)計，力學(xué)分析，考慮人機工程學(xué)中的人體尺寸和人的舒適程度來綜合設(shè)計電動自行車的尺寸。設(shè)計的目的其實包括好幾個層面，第一，加工工藝的了解；第二，進(jìn)一步提出不同材質(zhì)的優(yōu)化組合課題；第三,探究材料與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能的有機聯(lián)系；第四，熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)連接件的運用；第五，產(chǎn)品形態(tài)討論；第六，尋求產(chǎn)品設(shè)計制作的個性化等等。通過這半年的設(shè)計，我們很好的復(fù)習(xí)了已經(jīng)學(xué)過的課程，并對部分材料的應(yīng)用有了一定了解，在顏色搭配上也有了一定的學(xué)習(xí)，而且能熟練操作制圖軟件和辦公軟件。對我們以后在工作上有很大的幫助。1.2國內(nèi)外電動自行車的發(fā)展情況為創(chuàng)造市場需要，適合老弱婦孺各種年齡層騎乘自行車，國外廠商多年前即開始研制輔助驅(qū)動自行車并且在新電池和驅(qū)動機械馬達(dá)技術(shù)成熟發(fā)展之下，電動自行車應(yīng)運而生。海外發(fā)展較早的要數(shù)日本、奧利地、德國、臺灣等國家和地區(qū)，近幾年美國發(fā)展也比較快。國外的電動自行車主要是作為一種輕松代步及休閑健身工具。例如，在大型的停車場、超市和旅游區(qū)里使用。從1994到1999年6年時間中，全球電動自行車數(shù)量，從3.6萬輛劇增1600萬輛，如按2嘛，電動車需要量會在30萬輛以上。同時，東南業(yè)、中東、印度增到50萬輛，而在2000年，僅日本就需要50萬輛。總體來說，電動自行車在全球的潛在市場很大，并呈上升趨勢。日本電動車的生產(chǎn)及技術(shù)都占世界領(lǐng)先地位，商品化的電動自行車由日本雅馬哈公司率先于1994年推出，并隨著本田、三洋、松下等知名公司的參與，生產(chǎn)規(guī)模日益放大。但日本對電動自行車的使用管理上采取了嚴(yán)格限制，日本只許智能型電動自行車上路，并對智能型電動自行車的要求制定了很嚴(yán)格規(guī)定。具體有 ：在任何路況情況下，速度小于15km/h時，人力：電助力大于等于1,即電助力不允許大于人力，但電助力接近于人力；在任何路況情況下，速度大于15km/h時，速度每增加1km/h，電助力下降1/9;速度小于等于24km/h時，整車電助動系統(tǒng)關(guān)閉；人力蹬踏開始后1秒鐘之內(nèi)，電助動系統(tǒng)按上述開始要求工作：人力蹬踏停止后l秒鐘之內(nèi)，整車電助動系統(tǒng)關(guān)閉；為了節(jié)約電能，智能型電助自行車停止運行一定時間（一般為3一5分鐘）后，整車處于休眠狀態(tài)。臺灣因前些年對摩托車未加任何限制，以至達(dá)到 500輛/千人的飽和程度，隨之帶來嚴(yán)重的交通混亂及污染，因此臺灣臺中成立的“電動自行車用鏗電池技術(shù)發(fā)展策略聯(lián)盟”制定了統(tǒng)一的電池標(biāo)準(zhǔn)。我國電動車發(fā)展在九十年代前基本都依靠進(jìn)口，如高爾夫球車、游覽觀光車等。自九二年以來，我國有了自行研制和生產(chǎn)的電動車產(chǎn)品，通過近10年的發(fā)展，現(xiàn)已初步形成以7工蘇益高電動車、山西美猴王電動車、廣州朗晴電動車、深圳飛豹電動車、濟(jì)南賽爾電動車、山東火云■電動車、山東澳柯馬電動車、中國二汽電動車等一大批具有實力和規(guī)模的電動車生產(chǎn)廠家，現(xiàn)已在國內(nèi)市場推出的有：電動摩托車、電動游覽車、電動高爾夫球車、電動觀光車、電動汽車、電動載貨車、電動救援車、電動助行 （代步）車、電動滑板車、電動自行車、家庭生活車等。從電動車產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品分類，可分為二類，即：四輪電動車和二輪電動車。從電動車的目標(biāo)市場來分析，四輪電動車的目標(biāo)市場為 ：火車站、倉庫、房地產(chǎn)會所、旅游景區(qū)、醫(yī)院、郵局、公園、運動場所、大型工廠、大型商場、機場、碼頭及大賣場等。我國的電動自行車發(fā)展始于上個世紀(jì)90年代末，1997年開始出現(xiàn)商業(yè)化，年銷量不足1萬輛，1998年為5.4萬輛，從2000年開始得到快速發(fā)展，據(jù)中國自行車協(xié)會統(tǒng)計，2004年全國銷量已突破750萬輛，歷年累計的銷量達(dá)到1500萬輛，自行車走向電動化已經(jīng)成為一個現(xiàn)實。雖然，有許多城市至今仍不肯承認(rèn)電動自行車的交通地位，至今仍將其列為“禁止銷售”和“禁止上牌上路”的產(chǎn)品。但是，在我國的絕大多數(shù)城市和農(nóng)村，電動自行車已經(jīng)人們習(xí)慣的個人交通工具，己經(jīng)深深地溶入了社會生活之中。由于政策管理法規(guī)的滯后，一種被稱為“電動摩托車（電摩）”的電動車從2003年開始浮出水面，取消了已經(jīng)成為擺設(shè)的人力騎行功能，電池容量擴大1.5~2倍，同時，全面采用摩托車的輪系、制動系統(tǒng)和減震系統(tǒng)，電機功率也提高1.5~2倍，最高時速接近40km/h。這種“電摩”一登場，就像是一個“壞小子”，每到一處立即引起一陣動蕩，強烈地沖擊著電動自行車的市場，特別是在中小城市和廣大農(nóng)村，它很快成為基層消費者喜歡的電動交通工具。受汽油漲價的推動，人們也切實體會出電動交通工具的節(jié)約， “電摩”大有取代“正宗摩托”的勢頭。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅2004年一年，這種“電摩”的總銷量達(dá)到了幾白萬輛。當(dāng)然，它也不能再稱為電動自行車了，因其己不具備人力騎行功能，車輪系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、避震系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)己全面采用摩托車配置，外型也不像自行車。1.3本設(shè)計的主要任務(wù)本設(shè)計的主要任務(wù)：整車造型設(shè)計，零部件的選擇和計算依據(jù)，整車要符合人-機工程學(xué)，包括操作方便宜人，調(diào)節(jié)省力有效，照明適度，顯示活晰，造型美觀，色彩和諧，保護(hù)保養(yǎng)容易。第二章人機工程學(xué)2.1人機工程學(xué)的研究內(nèi)容人機工程學(xué)是從20世紀(jì)50年代開始發(fā)展起來的一門新興的邊緣學(xué)科。在我國本學(xué)科處于初級階段，人機工程學(xué)研究的是人和機器的相互關(guān)系的合理方案，即人的直覺顯示、操作控制、人機系統(tǒng)設(shè)計和布置、作業(yè)系統(tǒng)的組合等進(jìn)行有效的研究，其目的在于獲得高的效率及人在作業(yè)時感到安全和舒適。人機工程學(xué)是從人的生理和心里出發(fā)，研究人、機、環(huán)境的相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，以優(yōu)化人-機-環(huán)境系統(tǒng)的一門學(xué)科。人機工程學(xué)作為一門新興學(xué)科，在他的自身發(fā)展過程中，有機的吸收和融合了各種相關(guān)學(xué)科的理論，不斷的完善了本學(xué)科的基本概念、理論體系、研究方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了準(zhǔn)確的理解人機工程學(xué)的基本理論，掌握其在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用下面對人機工程學(xué)的概念給出準(zhǔn)確說明。1.人機系統(tǒng)機器是為人服務(wù)的，任何機器，設(shè)備和器具。都需要人來操縱、監(jiān)控和使用，即使是高度自動化的機器，在正常運行中不需要人來進(jìn)行一般的操縱，機器的開動、監(jiān)視以及出現(xiàn)異?；蛱厥馇闆r下，還是需要人來處理。人和機器相互作用、相互配合和相互制約，才能共同完成規(guī)定的任務(wù)，實現(xiàn)預(yù)期的功能。將人與機器聯(lián)系起來，視為一個整體和系統(tǒng)，就稱為人機系統(tǒng)。人機系統(tǒng)處于一定的環(huán)境中，并與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用。廣義而言，人機系統(tǒng)就是指“人”與其他所對應(yīng)的“物”共處于一個時間及空間時所構(gòu)成的系統(tǒng)。人機系統(tǒng)中“人”指的是在所研究的系統(tǒng)中參與系統(tǒng)過程的人；”機”則泛指一切與人同處于同一環(huán)境中，并與人交換信息，物質(zhì)和能量，供人使用的物， “機”可以是機器，也可以是物品；“環(huán)境”指的是“人”、“機”、共處的、對人和機有直接或間接影響的周圍外部條件。在“人”“機”間的信息、物質(zhì)及能量的交換中，一般以人為主動，首先是人感受到機器及環(huán)境的作用于人的感覺器官的信息，由體內(nèi)傳入神經(jīng)到達(dá)大腦皮層，在大腦分析器中經(jīng)過綜合、分析、判斷、最后做出決策，在由傳出神經(jīng)將決策信息傳入人的執(zhí)行器官，執(zhí)行器官的動作向機器發(fā)出人的指揮命令或伴隨著操作向機器傳遞能量，機器接受操作信息或操作能量后，將按照自己的規(guī)律做出相應(yīng)的調(diào)整或輸出，并將其工作和運行的情況用一定的狀況表示出來，在反作用于人，整個系統(tǒng)將這樣的循環(huán)過程中實現(xiàn)人所希望的功能。2.人機界面人機系統(tǒng)中，“人”“機”之間能夠相互施加影響，實現(xiàn)相互作用的區(qū)域，稱為人機界面。人通過感覺器官接受外部的信息、物質(zhì)和能量，乂通過人的執(zhí)行器官向外界傳遞人發(fā)出的信息，物理和能量。因此，機器及環(huán)境中參加者兩個過程的一切領(lǐng)域?qū)糜谌藱C界面。接于人機界面的性質(zhì)，可將人機界面分為以下三種：第一類一一控制系統(tǒng)人機界面如汽車駕駛系統(tǒng)，飛機駕駛系統(tǒng)等。這類人機界面的特點是通過顯示器(主要是視覺和聽覺顯示器)將機器的運轉(zhuǎn)信息傳遞給人，人通過機器上的操作裝置對機器傳達(dá)控制指令，使機器按人所規(guī)定的狀態(tài)運行。第二類一一直接作用型人機界面如座椅、家具、服飾、手動工具等。這類人機界面的特點是“人”“機”直接相互作用，要求“機”適合人體的形態(tài)、尺寸及操作能力，使人在使用時用力適當(dāng)，感覺舒坦、操作方便和安全可靠。第三類一一間接作用型人機界面如照明、震動、噪聲、小環(huán)境氣等。這類人機界面的特點是“機”的輸出通過對環(huán)境的影響，間接作用于人的心理，心理過程，從而影響人的舒適、健康和生命安全。上述分類只是為了說明人機界面的特點，各類之間并不是毫不相關(guān)的，在實際人機系統(tǒng)中，往往兼有各種人機界面，且相互之間相互影響。例如在汽車的駕駛室的人機系統(tǒng)中。顯示控制系統(tǒng)屆于第一類人機界面，座椅扶手等屆于第二類人機界面，而室內(nèi)的溫度、噪聲、震動等屆于第三類人機界面。座椅、震動、噪聲會影響人對控制系統(tǒng)的操縱能力，而錯誤的控制裝置設(shè)計乂會使人的作業(yè)條件惡化，甚至影響行車安全。可見，人機界面之間有著非常復(fù)雜的關(guān)系。3人機關(guān)系人機關(guān)系的基本原則可以歸納為以下兩個方面：機宜人使機器的系統(tǒng)盡量滿足使用者的體質(zhì)、心理、生理、智力、審美以及社會價值觀念等素質(zhì)因素的條件的要求，包括：信息顯示即便于接受乂易于做出判斷：控制系統(tǒng)的尺寸、力度、位置、結(jié)構(gòu)、形式、均適合操作者的需要；工具、用品、器具得心應(yīng)手，能充分發(fā)揮使用效率；人所處的工作環(huán)境舒適安全，有利于身心健康，能充分發(fā)揮人的功能。人適機機器的結(jié)構(gòu)有其自身的規(guī)律，操作環(huán)境或生活環(huán)境也因各種因素而受到某種限制，如經(jīng)濟(jì)上的可行性，技術(shù)上的可能性，機器本身性能要求的條件等。為了適應(yīng)環(huán)境，往往要求對人因素予以限制和訓(xùn)練，盡量發(fā)揮人的可塑性特點，讓人去適應(yīng)機器的要求，以保證人機系統(tǒng)有最優(yōu)效能。機宜人是有條件的，人適機也是有限制的，在人機系統(tǒng)中，人機之間有著相互依存、相互影響、相互制約的關(guān)系。因此，盡管系統(tǒng)是以人為主，但機宜人和人適機之間卻有著辨證關(guān)系。依據(jù)機的客觀要求，人適機是學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的問題，這里說的是學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，即包括專門的訓(xùn)練，也包括平時培養(yǎng)的習(xí)慣。反之，人們在長期的生活和勞動中形成的操作習(xí)慣。反之，人們在長期的生活和勞動中形成的操作習(xí)慣乂會成為機宜人的條件，制約機器控制系統(tǒng)的設(shè)計。人機系統(tǒng)中的機宜人和人適機是相對的，首先是機宜人的程度問題，即機能滿足人的程度，人的因素中某些方面可以量化，可以提供基本的圉值的均值，但也有很多因素難以準(zhǔn)確量化，如情緒、審美心理、社會價值觀等，而且這些因素乂是隨著時代的進(jìn)步而變化的，何況人的許多因素也會因為因時、因人、因年齡不同而變化，即使是同樣的機器，系統(tǒng)的可靠性也因人的因素而變化。其次是機宜人的條件問題，機器也在不斷發(fā)展，總的來說，機宜人的程度不斷提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機系統(tǒng)越來越強大，自動化程度也越來越高，控制系統(tǒng)越來越智能化，人與機器的的關(guān)系由人直接與機器共同參與生產(chǎn)工程轉(zhuǎn)變?yōu)槿诉h(yuǎn)離生產(chǎn)過程，由人直接控制機器，變?yōu)槿伺c機器對話，人機界面逐漸由體力型轉(zhuǎn)變?yōu)樾睦硇停瑢Σ僮髡叩奈幕潭?、診斷與決策能力的要求越來越高，。實際上，任何一個人機系統(tǒng)要盡量做到機宜人，也要設(shè)計到人適機。調(diào)整這種人機相互匹配關(guān)系最根本的制約條件就是人的可能性與人的可靠性。研究人的可能性是為了在人機功能分配中，使人的負(fù)荷控制在人的正常閾值范圍之內(nèi)。研究人的可靠性市為了在人機系統(tǒng)中，充分考慮到人的生產(chǎn)失誤時，在確保人身的安全前提下，不致影響系統(tǒng)的功能。人機工程學(xué)的研究對象是人-機-環(huán)境系統(tǒng)，簡稱人機系統(tǒng)。人機工程學(xué)要研究人-機-環(huán)境系統(tǒng)各部分的總體屆性，以及人機環(huán)境的相互關(guān)系的規(guī)律。人機工程學(xué)是一門綜合性的邊緣學(xué)科，其基礎(chǔ)理論涉及到許多學(xué)科。屆丁有關(guān)技術(shù)工程學(xué)科有著密切的關(guān)系外，還有人體解剖學(xué)、人體測量學(xué)、勞動衛(wèi)生學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、安全工程學(xué)、行為科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、技術(shù)審美等有設(shè)密切的聯(lián)系。人機工程學(xué)的應(yīng)用范圍十分廣泛，從日常用品到工程建筑，從大型機具到高科技產(chǎn)品，從家庭活動到工業(yè)系統(tǒng)，各個方面都在運用人機工程學(xué)的原理和方法，解決人機環(huán)境之間的相互關(guān)系和系統(tǒng)的優(yōu)化問題。人機系統(tǒng)的構(gòu)成，可以分為人、機、環(huán)境三個子系統(tǒng)。對三個字系統(tǒng)的研究，各自獨立為一門學(xué)科，即人的科學(xué)、科學(xué)工程科學(xué)及環(huán)境科學(xué)。這三個子系統(tǒng)中兩兩相互交織，乂構(gòu)成三個交義系統(tǒng)，如圖2-1所示機 機-環(huán)境環(huán)境圖2-1人-機-環(huán)境系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖根據(jù)系統(tǒng)學(xué)的第一定律，系統(tǒng)的整體屆性不等于部分屆性之和，其具體情況取決于系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)協(xié)同作用的程度，因此，對人機工程學(xué)而言，即需要對人機環(huán)境每個部分的屆性進(jìn)行深入的研究，乂需要對人機環(huán)境系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其屆性進(jìn)行研究，以達(dá)到整體優(yōu)化的目的?？傮w上，人機工程學(xué)由以下兩個學(xué)術(shù)研究方向構(gòu)成；研究和試驗確定工程設(shè)計所必須知道的有關(guān)人的特性具體特征參數(shù)。應(yīng)用和工程設(shè)計宜人化的用品、工具、機器、環(huán)境程序、工作任務(wù)等。1.人的特性的研究人是人機系統(tǒng)中最重要的、最活躍的環(huán)節(jié)，同時也是最難控制的環(huán)節(jié)。對人的特性的研究，是人機工程學(xué)的基礎(chǔ)。人的特性研究可大體歸納為以下九個方面。人體尺寸及人體測量技術(shù) 人體尺寸包括靜態(tài)尺寸和動態(tài)尺寸。研究人體尺寸及人體測量技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科是人體測量學(xué)。人體的力學(xué)性能人體力學(xué)性能包括人在各種狀況下，其質(zhì)量特性、質(zhì)心位置、肢體運動速度、人的體力和耐力等參數(shù)的變化規(guī)律。研究人體力學(xué)性能的基礎(chǔ)學(xué)科是人體生物力學(xué)人的勞動生理能力 人的勞動生理功能包括人的體力負(fù)荷、腦力負(fù)荷、人體反應(yīng)及疲勞機制等內(nèi)容。研究人的勞動生理功能的基礎(chǔ)學(xué)科是勞動生理學(xué)。勞動中人的心理過程主要研究勞動中人的心理調(diào)節(jié)特點、心里反射的機制、心及負(fù)荷及疲勞的心理機制等內(nèi)容。研究勞動中人的心理過程的基礎(chǔ)學(xué)科是勞動心理學(xué)。人的信息傳遞功能主要研究人對信息的接受、傳遞、存儲、加工和輸出的能力及其機制，為系統(tǒng)的系統(tǒng)編碼、信息顯示及控制裝置的設(shè)計提供依據(jù)。研究人的信息傳遞能力的基礎(chǔ)學(xué)科是工程心理學(xué)。人的可靠性主要研究人在正常情況下產(chǎn)生失誤的可能性，為系統(tǒng)的可靠性設(shè)計提供依據(jù)。對人的可靠性的研究是人機工程學(xué)特有研究方向之一。人員選拔和訓(xùn)練研究人的及本素質(zhì)的測試與評價、人員的選拔和訓(xùn)練等。人的動作時間研究研究人的操作動作，尋求改善作業(yè)的途徑，進(jìn)行人的操縱動作的合理設(shè)計。人體模型研究人的數(shù)學(xué)模型、物理仿真模型、人體棋板等。2機的特性的研究機的因素有很多，在此主要對機械、電氣系統(tǒng)進(jìn)行歸納，在一定程度上也有普遍代表性。這方面的基礎(chǔ)學(xué)科主要有機械、電子、電器、儀表、材料、建筑等工程技術(shù)學(xué)科。機的特性的研究內(nèi)容可概括為以下五個方面。信息傳達(dá)技術(shù)包括儀表顯示、聲音信息傳達(dá)、觸覺信息傳達(dá)、圖形符號傳達(dá)、編碼方法等。操縱控制技術(shù)包括操縱裝置、控制裝置、控制系統(tǒng)、鍵盤技術(shù)等。安全保障技術(shù)包括冗余性系統(tǒng)、機器保險裝置、防止人的操作失誤及失職的設(shè)施、事故預(yù)警預(yù)防方法、救援方法、安全保護(hù)措施、機器的放錯設(shè)計等。動力仿真技術(shù)包括受控對象的動力學(xué)建模、數(shù)學(xué)仿真技術(shù)、物理仿真技術(shù)等。宜人化技術(shù)主要是改善人的舒適性及使用方便性技術(shù)，如振動機噪聲的控制和隔離，座椅及用具的宜人化設(shè)計等。3環(huán)境特性研究環(huán)境是十分廣泛的概念，包括生產(chǎn)環(huán)境、生活環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境、室外環(huán)境、自然環(huán)境、人造環(huán)境等。概括起來，可以將環(huán)境歸納為兩種形式；一是空間形式，即占有一定空間，包圍在人的周圍，給人以影響；另一種是實踐形式，它在人的活動過程中發(fā)生、發(fā)展和變化，并給人以影響。這兩種形式在某些情況下可隨客觀條件的變化而相互轉(zhuǎn)化。有時可用延長作業(yè)時間的方法來彌補作業(yè)空間的不足；反正，也可以用作業(yè)時間的緊迫。環(huán)境特性的研究內(nèi)容可歸納為以下五點：作業(yè)空間如場地、廠房、機器布局、作業(yè)線布置、道路及交通、緊急脫險方法等。物理環(huán)境包括噪聲、震動、照明、溫度、氣壓、輻射等各種物理條件?；瘜W(xué)環(huán)境包括有蠹物質(zhì)、化學(xué)性有害氣體及水質(zhì)污染等。生物環(huán)境包括細(xì)菌污染及原微生物污染。美學(xué)環(huán)境如造型、色彩、背景、音樂等。4人-機關(guān)系的研究人機系統(tǒng)功能分配研究系統(tǒng)中人的功能與機的功能之間的聯(lián)系和制約條件，研究人機之間的功能分配方法。人機界面優(yōu)化匹配、人機界面優(yōu)化設(shè)計等方法。人機系統(tǒng)特性協(xié)調(diào)研究機器的工作特性對操作之的身體、心理、文化素質(zhì)以及專業(yè)技術(shù)的要求，研究人的職業(yè)適應(yīng)性、事故傾向性等。人機系統(tǒng)的可靠性研究人機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計和評價方法。人機系統(tǒng)安全性研究人機系統(tǒng)的安全性標(biāo)準(zhǔn)、評價方法、設(shè)計參數(shù)、以及典型安全防護(hù)技術(shù)等問題。5人-機-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究研究人-機-環(huán)境系統(tǒng)的基本目的是為了獲得系統(tǒng)的最優(yōu)效果，即整個系統(tǒng)具有高的功效、高的安全性，對人有高的舒適度及很好的生命保障功能。最優(yōu)效果可概括為“安全、健康、舒適、高效”八個字。人-機-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究內(nèi)容包括；系統(tǒng)總體性能的分析、評價：數(shù)學(xué)模型的建立：仿真技術(shù)的應(yīng)用；優(yōu)化設(shè)計方法等。綜上所述，人機學(xué)的主要研究內(nèi)容可以概括為：機器系統(tǒng)中直接有人操作或使用的部件，應(yīng)設(shè)計成便于操作者有效使用，以保證人機系統(tǒng)的工作效能達(dá)到最優(yōu)。從保證人的安全、健康和舒適和高工作效率出發(fā)，提出環(huán)境控制和安全保護(hù)裝置的設(shè)計要求。人機系統(tǒng)總體設(shè)計的最優(yōu)化。2.2人機工程學(xué)的發(fā)展史自人類社會開始，就有了原始的人機關(guān)系一一人與器物的關(guān)系。 原始人狩獵用的棍棒、石塊或投槍，其尺寸、重量總是與人的體能相適應(yīng)。大約兩千四白多年以前的戰(zhàn)國時期，我國就出現(xiàn)了第一部科技匯編名著《考工記》，它的歷史與科學(xué)價值遠(yuǎn)文中外。第一次產(chǎn)業(yè)革命時期以蒸汽機的廣泛使用為標(biāo)志，以機器為主題的工廠取代了以手工勞動為主體的手工工廠。生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了根本變化，從手工進(jìn)入了機械時代，這一時期，法國在紡織業(yè)機械上使用了穿孔卡片進(jìn)行程序控制和英國設(shè)計蒸汽機的調(diào)速器為代表，開始實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié)。于此相適應(yīng)，人機工程學(xué)開始由經(jīng)驗逐步上升為科學(xué)。德國學(xué)者進(jìn)行了著名的肌肉疲勞試驗，他通過測量流經(jīng)人體的微電流的變化對人體的勞動疲勞進(jìn)行研究，該項研究可以說是科學(xué)人機工程學(xué)的開端。第二次產(chǎn)業(yè)革命時期，以內(nèi)燃機賀電冬季的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志，生產(chǎn)技術(shù)從機械時代進(jìn)入電氣時代。美國學(xué)者進(jìn)行了慕名的鐵鍬鏟沒作業(yè)的實驗研究，從人機工程學(xué)的角度找出了鐵鍬的最優(yōu)設(shè)計及鏟運松散顆粒材料是每一鏟最適宜的重量。以電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志為主要標(biāo)志的第三次產(chǎn)業(yè)革命開始以來，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工程技術(shù)設(shè)計中與人的因素有關(guān)的問題越來越多， 人機協(xié)調(diào)問題顯得越來越中藥，從而促進(jìn)人機工程學(xué)的研究和應(yīng)用得到廣泛而迅速發(fā)展。人機工程學(xué)強調(diào)產(chǎn)品的“宜人性”，強調(diào)適合人的解剖、心理、生理條件，歸根結(jié)底，可以回歸為兩個極樸素的要求；第一，看到它，馬上知道他是做什么用的；第二，比較容易弄活楚該怎么用。這兩項要求是關(guān)于產(chǎn)品的“認(rèn)知”問題，現(xiàn)在已經(jīng)成了專門的研究方向，叫做“產(chǎn)品語言學(xué)”。其實從古代到近代機械科技的年代，產(chǎn)品的功能特征一般是很直觀的，并不存在多少突出的認(rèn)知問題。但是進(jìn)入電子科技年代以來，情況發(fā)生了比較大的變化，如今充滿市場的各種電子產(chǎn)品，幾乎全是大大小小的方盒子，如隨身聽、微波爐、洗衣機等?？平?、工業(yè)、醫(yī)療機械、類似情況更是比比皆是。產(chǎn)品的形象，失去了和他功能之間的聯(lián)系，這顯然不符合人們期望賦予物質(zhì)產(chǎn)品多一些精神價值的要求。產(chǎn)品的使用方法也存在同樣的狀況；大量的電子產(chǎn)品，其操作差不多都是按鈕，一些產(chǎn)品上一排排的按鈕常使人不知所措，有些產(chǎn)品的按鈕如果按錯，還會引起事故。人機工程學(xué)家認(rèn)為，應(yīng)及時喚起設(shè)計界，、工業(yè)界對產(chǎn)品認(rèn)知問題的警覺?！爱a(chǎn)品語言學(xué)”的研究目前正方興未艾，將是人機工程學(xué)今后發(fā)展的重要方向之一。2.3機器設(shè)計中的人體因素在機器設(shè)計中特別是機動車輛設(shè)計中，著重考慮的人體因素大致可分為以下五個方面；人體做作業(yè)負(fù)荷的耐受性機器運轉(zhuǎn)及其工作環(huán)境條件對操作者造成的體力和精神上的負(fù)擔(dān)，叫做作業(yè)負(fù)荷。人體對作業(yè)符合的耐受性是機器設(shè)計中必須考慮的因素。機器的操作及機器的運轉(zhuǎn)所造成的環(huán)境因素，都必須合理控制，使之適合人的生理和心理特征，至少要為人體所能忍受，力爭處于人體舒適范圍以內(nèi)。人體尺寸人體尺寸的靜態(tài)和動態(tài)測量數(shù)據(jù)，是合理設(shè)計操作者的作業(yè)空問、操作姿勢、操縱機構(gòu)及操作座椅的基礎(chǔ)。只有充分考慮人體尺寸的設(shè)計，才能使操作者工作時處于舒適的狀態(tài)和適宜的環(huán)境之中，達(dá)到能量消耗最少，疲勞程度最低和工作效率最高的目標(biāo)。人體的生物力學(xué)特性設(shè)計適合于操作者使用的操縱機構(gòu)，確定合理的操縱力、操縱速率、操縱位移、操縱節(jié)拍和操縱準(zhǔn)確度等，都必須以人的生物力學(xué)特性為依據(jù)，方能實現(xiàn)人機關(guān)系的優(yōu)化匹配。人的感知響應(yīng)特性人的感知響應(yīng)過程實質(zhì)是信息向人體的輸入、傳遞和人對信息的分析、處理并作出響應(yīng)的過程，是人-機-環(huán)境的中心環(huán)節(jié)。它關(guān)系到人與機器的安全、人的健康和舒適、操縱質(zhì)量及作業(yè)效率等一系列問題，是機器設(shè)計所必需考慮的重要因素。人的適宜勞動姿勢操縱著在工作中保持舒適、自然和方便操縱的勞動姿勢，將有利于身體健康、有助于減輕疲勞、提高工作質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。因此，機械設(shè)計時必須首先確定操縱著的工作姿勢和體位，然后按照使人體保持最適宜的勞動姿勢要求，合理設(shè)計機器系統(tǒng)及其有關(guān)部件。第三章車體部分車體部分是整車的主體部分，既是全部零件的安裝主體，乂是決定整車騎行性能的關(guān)鍵部分。其主要包括車架、前義、車把三個部分。3.1車架結(jié)構(gòu)形式與安裝尺寸車架時電動自行車各零部件安裝依附的主體部件，車架的結(jié)構(gòu)決定了自行車的類型，也是人們選購電動自行車的重要依據(jù)。3.1.1車架結(jié)構(gòu)形式選擇剛性車架，結(jié)構(gòu)類型為U形，車架結(jié)構(gòu)如圖3-1所示圖3-1U形剛性車架3.2車架前叉結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇電動自行車和自行車的用途不同，結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，但有一個共同的要求：騎行輕快。自行車要求騎行輕快，盡可能減少騎行者的體能消耗。而電動自行車同樣要求騎行輕快，并要達(dá)到兩個目的：減少蹬踏騎行時的體能消耗；在電動或助動騎行時盡可能減少蓄電池電量的消耗，延長一次充電后的續(xù)駛里程。因此，不論電動自行車還是自行車，對車體性能設(shè)計的要求是一致的。電動自行車與自行車，車架與前義設(shè)計總體結(jié)構(gòu)及各項參數(shù)的選擇基本相似。整車設(shè)計應(yīng)該重點考慮：立管傾斜角與立管高度；前管傾斜角；前義翹度。立管與夾角的大小決定于人體在自行車上騎坐的位置(重心的位置) ，該角度越大立管就越向前傾斜，導(dǎo)致人體重心就越向前移，在腳蹬著力點相同的情況下，就使騎車人感覺輕快省力。具體分析如圖3-8所示：圖3-8立管角度分析當(dāng)立管傾斜角由A增加到A1時，即立管1向前傾斜至立管2的位置，如此時保持對腳蹬的踏蹬力大小不變，從圖9中可以看出，由于立管位置的變化，就使得兩個不同位置所產(chǎn)生的合力方向發(fā)生變化，即合力F與P。隨之，每個合力所分解的垂直分力和水平分力的大小都在變化。其受力大小變化如下；立管1和立管2對腳蹬的合力F=P。立管1產(chǎn)生的合力分解的垂直分力為F1;分解的水平分力F2。立管2產(chǎn)生的合力分解的垂直分力為P1+F1;分解的水平分力為P2。立管1所產(chǎn)生的水平分力F2>P2立管2所產(chǎn)生的垂直分力P1+F1>F1下面對以上內(nèi)容小結(jié)如下：(1)隨著立管傾斜角的加大，人體重心前移，垂直分力加大，有利于人體力量的發(fā)揮，騎行時會感到輕松省力。⑵在立管長度不變的情況下，隨著立管傾斜角的加大，前、后輪距加大。由于人體重心前移，人體雙臂的支撐力加大，騎行的穩(wěn)定度也隨之下降。從上述看立管傾斜角的大小對騎行有很大影響，但立管傾斜角度的加大是有限度的。不同類型的自行車，應(yīng)采用不同的角度對于電動自行車，由于車身重、速度快，以使用普通型自行車的角度(角度在 620~63.5°)為宜，取63°。立管高度(也稱立管長度)的選擇與不同類型車、人腿的長度和曲柄的長度有關(guān)。原

則是：在騎行腳踏時，一條腿處于基本伸直狀態(tài)(稍有彎曲，留有余地) ，而另一大腿與小腿處于基本垂直狀態(tài)，這樣設(shè)置伸直的腿可以得到放松，而另一條腿正處于踏蹬最有力的狀態(tài)。立管長度可以應(yīng)用公式進(jìn)行初步計算，即：立管長度 =腿長X0.65o對于電動自行車立管長度的設(shè)計，考慮到騎行過程大部分時間時電動騎行或助力騎行，只有在蓄電池電力不足的情況下才會完全依靠腳踏騎行。因此立管長度在上述計算的基礎(chǔ)上適當(dāng)減短，以最大可能做到騎行的舒適和騎行的安全。立管長度=1X0.65=0.65m 取立管長度為0.6m。如圖3-9所示，車把鎖緊在前義立管中，前義通過軸承安裝在車架前管中，前義將隨同車把的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，因此它們同處于一個中心線。圖3-9前管傾角與翹度前義翹度是指前義立管軸線(即車把管軸線)至前義嘴中心的垂直距離。(1)前管傾斜角(車把軸線與地面角度)的選擇方法。圖3-10中所示的是《GB3565-2005自行車安全要求》推薦的數(shù)據(jù)。從圖中可看出，在車把軸線與前車輪軸心對地面垂直線有一個交點，該交點只要在標(biāo)注的允許范圍內(nèi)就可以滿足要求。這個允許范圍是從地面量起的，不小于車輪半徑的15%不大于車輪半徑的60%例：根據(jù)所用車輪直徑為660mm按兩個白分?jǐn)?shù)計算出下限為50mm上限為198mm如果選擇的角度與車輪中心對地的垂線交點，經(jīng)從地面測量其值為150mm在50mnft198mm^|、i],因此就可以確定角度選擇合理。但車把中心線的位置乂決定于前義的翹度。圖3-10傾角選擇圖(2)前義翹度。前義翹度是指前義腿中心與前義嘴的垂直距離。圖3-11顯示出兩種不通翹度的前義：前義1、前義2。圖3-11傾角選擇分析設(shè):①前義1和前義2使用的車架前管傾斜角相同。前義1翹度為0,即前義立管與前義嘴在同一中心線；前義2翹度為X,即前義立管與前義嘴不在同一中心線，其垂直距離為X。兩個不同翹度的前義作用在前車輪軸上的合力 P1=P2從圖中可以看出：前義1翹度為零，合力P1分解為垂直分力F1+G1和水平分力F2。前義2翹度為X,合力P2分解為垂直分力G1和水平分力G2小結(jié)。前義1翹度為0,合力P1產(chǎn)生的垂直分力F1+G1大于P2產(chǎn)生的垂直分力G1。前義2翹度為X,合力P2產(chǎn)生的水平分力G2大于P1產(chǎn)生的水平分力F2。翹度大小各有不同的特點。翹度加大可使騎行輕快。因為翹度加大，水平分力加大，加大了向前行走的力量，這樣就會使騎行人感到輕快省力和舒適。翹度加大后前義轉(zhuǎn)動遲鈍。從圖 3-11中可看出，車把轉(zhuǎn)動時，由于有翹度，就使得車把旋轉(zhuǎn)中心與前輪旋轉(zhuǎn)中心有一段距離 L(與翹度相等)，這段距離就是前輪轉(zhuǎn)動力臂。要使前輪轉(zhuǎn)向，就得在轉(zhuǎn)動車把時，加大旋轉(zhuǎn)力矩克服由于翹度產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩帶來的阻力,因而造成翹度加大后使人感到前義轉(zhuǎn)動遲鈍，但相反能使車把操縱更加穩(wěn)定。從上述分析看，前義翹度加大有利有弊，這就要求我們根據(jù)不同車型、不同用途做到總體安排。這里列舉兩個翹度選擇極限尺寸的車型 ：雜技車和人力三輪車。前者翹度為0,就是要其操作的靈敏度，在表演過程中可隨意地使前輪旋轉(zhuǎn) 360。。而后者翹度最大，就是為騎行省力而且還要使三輪車行走平穩(wěn)。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料介紹一組數(shù)據(jù)。前管傾角：普通車在650~70°;輕便車在660~72°;競賽車在73°~74°。前義翹度：普通車75°~90°;輕便車640~80°;競賽車40°~50°。從以上統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)看有如下特點。前義傾角隨著對車型騎行操縱的靈敏程度要求越高，傾角值隨之加大。前義翹度隨著對車型騎行操縱的靈敏程度要求越高，翹度值隨之減小。對于電動自行車前管傾角和前義翹度可在普通車的范圍中選用，取前管傾角為 70。，前義角度為80°。3.3蓄電池安裝位置蓄電池在車體上的安裝，需要考慮多方面的因素。關(guān)鍵是蓄電池安裝位置對整車重心的影響，這是騎行穩(wěn)定、保證騎行者騎行安全的重要因素。其次，根據(jù)所選擇的蓄電池類型進(jìn)行最佳的排列組合，使其適合在狹小的空間安裝。這是電動自行車車架與自行車車架設(shè)計的最大不同點。由于蓄電池重量與體積都較大，所以選擇蓄電池安裝在車架立管與后輪之間，這樣設(shè)置重心降低且與騎車人的重心基本重合，使騎行的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步的改善，但這種設(shè)置增加了中軸與后輪的中心距，為不降低后平義、立義的剛度，就需要對后平義、立義進(jìn)行強化處理。3.4前叉前義部件是整車重要的組成部分。它支撐著前輪，具有轉(zhuǎn)向的功能，可以保持騎行平穩(wěn)。由于電動自行車行駛速度較快，所以選擇普通型減震前義。普通型減震前義結(jié)構(gòu)如圖3-12所示。其中，前義立管、前義肩及左、右內(nèi)套筒等4個零件，通過焊接形成整體；左、右外套筒及過橋3個零件通過焊接，將左、右外套筒連接形成整體。圖3-12普通型減震前叉1—前叉立管，2一前叉肩，3一防塵套，4一內(nèi)套筒，5-滑套，6一外套筒，7一上彈簧座，8一壓縮彈簧，9一螺釘，10-下彈簧座，11一螺母，12一叉腳，13一過橋普通型減震前義工作原理。當(dāng)前輪在行駛中受到地面顛簸或沖擊時，前輪便推動兩個外套筒向上移動，通過與外套筒焊接在一起的螺母 11和