人機(jī)工程學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、 人機(jī)工程學(xué)課程設(shè)計(jì)長(zhǎng)尾夾設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院11級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)（藝術(shù)類(lèi)）專(zhuān)業(yè)01班：吳 媛（41102030118）張 弓（41102030119）02班：高 楓（41102030206）雷雨坤（41102030222）指導(dǎo)老師：關(guān)忻2013年1月關(guān)于長(zhǎng)尾夾設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)分析摘要：在我們的工作中、生活中，長(zhǎng)尾夾都充當(dāng)著不可或缺的角色。多種規(guī)格讓長(zhǎng)尾夾更加適用于不同的地方。這樣一個(gè)夾子，既好用又美觀。在長(zhǎng)尾夾不斷普及的過(guò)程中，主體色彩也由開(kāi)始單一的黑色衍生出多種色彩。這樣便讓廣大上班族及學(xué)生群體對(duì)這個(gè)小東西更加愛(ài)不釋手。長(zhǎng)尾夾在夾好文件后鋼絲卡可以放平，一方面便于文件堆放，節(jié)省空間，就算把文件堆在

2、一起也不會(huì)混亂。另一方面來(lái)說(shuō)也可以提高一些工作效率。同時(shí)作為裝飾物品也可為環(huán)境增添色彩。本文運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的主要原則與理論，利用真實(shí)具體的數(shù)據(jù)，為長(zhǎng)尾夾進(jìn)行了個(gè)性化設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了人機(jī)工程學(xué)的核心“以人為本”。關(guān)鍵字： 長(zhǎng)尾夾設(shè)計(jì)、材料、人機(jī)工程學(xué)背景：前一段時(shí)間去辦公室，協(xié)助老師整理材料。由于材料多，而且厚，又要分門(mén)別類(lèi)的把每一類(lèi)材料放在一起，我們?cè)谟瞄L(zhǎng)尾夾的時(shí)候非常費(fèi)勁。剛好我在學(xué)習(xí)人機(jī)工程學(xué)?？紤]到在工作中、生活中，長(zhǎng)尾夾是必不可少的物品，必需品的合理性以及使用的舒適性會(huì)影響到工作效率或生活。鑒于此，經(jīng)過(guò)一系列的思考、討論、設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理我們對(duì)長(zhǎng)尾夾進(jìn)行了個(gè)性化設(shè)計(jì)，對(duì)

3、長(zhǎng)尾夾進(jìn)行了設(shè)計(jì)完善工作，得出方案，使長(zhǎng)尾夾使用起來(lái)更加方便，更加舒適。具體的尺寸（如長(zhǎng)尾夾的規(guī)格等）均取實(shí)際尺寸。一、 設(shè)計(jì)原理長(zhǎng)尾夾是由一個(gè)彈簧片夾體和兩個(gè)較長(zhǎng)的尾柄彈簧鋼絲卡構(gòu)成，夾體為一次成型的彈簧鋼片，尾柄是鋼絲制成，與夾體相連接的一端可活動(dòng)，夾好文件后鋼絲卡可以放平，便于文件堆放，節(jié)省空間。長(zhǎng)尾夾的常用規(guī)格有：51mm、41mm、32mm、25mm、19mm、15mm。長(zhǎng)尾夾的材質(zhì)有塑料、鐵質(zhì)65mn彈簧片、不銹鋼彈簧片等。它的工作原理是：靠金屬形態(tài)恢復(fù)的原理產(chǎn)生夾子的彈性。由此可知夾子的規(guī)格越大，張口的高度越大，我們就需要用更大的力。但是手指對(duì)夾子的施力部位是長(zhǎng)尾夾尾端的鋼絲部位

4、，由于受力面積較小，故手指與長(zhǎng)尾夾尾端的壓強(qiáng)較大。再則，人手指上的肌肉較少，在保持同一個(gè)動(dòng)作且力度基本不變的狀態(tài)下手指、手臂、胳膊都會(huì)感覺(jué)到疲勞。尤其在材料較厚的情況下，我們需要用很大的力，甚至需要多人合力一起幫忙。人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)就人機(jī)工程學(xué)觀點(diǎn)，建議該設(shè)計(jì)尺寸采用如下推薦值：最佳值最適合于人的各種特性的推薦值；最小值人能正常進(jìn)行必要活動(dòng)時(shí)所需的最小值：最大值人能進(jìn)行必要活動(dòng)時(shí)所需的最大值。上述最佳值與最小值或最大值之差，稱(chēng)為依賴(lài)于人的特性容許值。如果由于人機(jī)工程學(xué)以外的其它設(shè)計(jì)條件限制，不能采用最佳值時(shí)，則可增加到最大值或減小到最小值。肌肉的部位力/N肌肉的部位力/N男女男女手臂肌肉左3

5、70200手臂伸直時(shí)的肌肉左210170右390220右230180肱二頭肌左280130拇指肌肉左10080右290130右12090手臂彎曲時(shí)的肌肉左280200食指肌肉左8060右290210右10575二、 設(shè)計(jì)方案在長(zhǎng)尾夾的尾端加一個(gè)套子，如下圖。這樣就可以增大手指與長(zhǎng)尾夾尾部的接觸面積，減小壓強(qiáng)。同時(shí)也可以起到緩沖的作用。如此設(shè)計(jì)，在我們使用的時(shí)候就可以減輕甚至消除疼痛感，緩解手指、手臂的疲勞感。套子的尺寸如下圖。顏色選擇與長(zhǎng)尾夾本體顏色相近顏色。（注：下圖綠色、粉色、黃色長(zhǎng)尾夾規(guī)格分別為41mm、25mm、19mm。）41mm25mm19mm三、 相關(guān)實(shí)驗(yàn)w 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明在長(zhǎng)尾

6、夾尾端增加套子可以更省力，可以減輕疲勞感以及疼痛感；w 實(shí)驗(yàn)器材：秒表、刻度尺、長(zhǎng)尾夾41mm、25mm、19mm規(guī)格的各一只、尾部加了套子的長(zhǎng)尾夾41mm、25mm、19mm規(guī)格的各一只。w 實(shí)驗(yàn)原理：經(jīng)過(guò)測(cè)量人感知疲勞或疼痛所需要的時(shí)間，證明人在保持同一個(gè)姿勢(shì)、同一個(gè)力度所利用的時(shí)間越久，那么在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的力越小，也就是說(shuō)，這樣最省力。w 實(shí)驗(yàn)步驟：（1）請(qǐng)男女生各三人，共6人參加本次實(shí)驗(yàn)。（2）請(qǐng)6名同學(xué)用食指和拇指將3種規(guī)格的夾子盡其可能打開(kāi)到最大（注：19mm規(guī)格長(zhǎng)尾夾開(kāi)口高度為0.8cm；25mm規(guī)格長(zhǎng)尾夾開(kāi)口高度為1.1cm；41mm規(guī)格長(zhǎng)尾夾開(kāi)口高度為1.9cm）。記錄其

7、使用夾子的規(guī)格、以及保持該高度所能堅(jiān)持的最長(zhǎng)的時(shí)間在表格中。w 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：（1）每次實(shí)驗(yàn)之間間隔3小時(shí)以上，以便同學(xué)們可以充分休息和緩解疲勞感，避免每次實(shí)驗(yàn)之間互相影響，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性。（2）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每位同學(xué)的測(cè)量結(jié)果對(duì)本人以及其他同學(xué)保密，以免由于心理原因影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)避免同學(xué)之間產(chǎn)生攀比心理。w 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表1：使用原始長(zhǎng)尾夾以及改良長(zhǎng)尾夾后所能保持時(shí)間統(tǒng)計(jì)使用原始長(zhǎng)尾夾以及改良長(zhǎng)尾夾后所能保持時(shí)間統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)尾夾規(guī)格原長(zhǎng)尾夾新長(zhǎng)尾夾時(shí)間差女生119mm1min2min05s65.00s25mm33s1min37s64.00s41mm24s301min15s50.

8、50s女生219mm54s362min65.40s25mm37s421min46s68.30s41mm17s2758s3041.05s女生319mm1min05s1min55s50.00s25mm40s081min30s49.87s41mm22s421min37.60s男生119mm3min15s5min02s107.00s25mm2min08s3min44s96.00s41mm54s2min01s67.00s男生219mm3min04s4min40s96.00s25mm2min40s4min44s124.00s41mm46s201min45s58.67s長(zhǎng)尾夾規(guī)格原長(zhǎng)尾夾新長(zhǎng)尾夾時(shí)間差男生3

9、19mm2min56s4min56s120.00s25mm1min56s3min08s108.00s41mm50s452min15s104.25s四、 材料(一) 塑料1. 塑料簡(jiǎn)介：塑料的主要成分是合成樹(shù)脂。樹(shù)脂這一名詞最初是由動(dòng)植物分泌出的脂質(zhì)而得名，如松香、蟲(chóng)膠等，目前樹(shù)脂是指尚未和各種添加劑混合的高聚物。樹(shù)脂約占塑料總重量的40%100%。塑料的基本性能主要決定于樹(shù)脂的本性，但添加劑也起著重要作用。有些塑料基本上是由合成樹(shù)脂所組成，不含或少含添加劑，如有機(jī)玻璃、聚苯乙烯等。所謂塑料，其實(shí)它是合成樹(shù)脂中的一種，形狀跟天然樹(shù)脂中的松樹(shù)脂相似。2. 塑料的應(yīng)用：塑料是重要的有機(jī)合成高分子材料

10、，應(yīng)用非常廣泛。但是廢棄塑料帶來(lái)的“白色污染”也越來(lái)越嚴(yán)重，如果我們了解能詳細(xì)塑料的分類(lèi)，不僅能幫助我們科學(xué)地使用塑料制品，也有利于塑料的分類(lèi)回收，并有效控制和減少“白色污染”。3. 塑料的優(yōu)點(diǎn)：1) 大部分塑料的抗腐蝕能力強(qiáng)，不與酸、堿反應(yīng)。2) 塑料制造成本低。3) 耐用、防水、質(zhì)輕。4) 容易被塑制成不同形狀。5) 是良好的絕緣體。6) 塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。4. 塑料的缺點(diǎn)：1) 回收利用廢棄塑料時(shí)，分類(lèi)十分困難，而且經(jīng)濟(jì)上不合算。2) 塑料容易燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒氣體。例如聚苯乙烯燃燒時(shí)產(chǎn)生甲苯，這種物質(zhì)少量會(huì)導(dǎo)致失明，吸入有嘔吐等癥狀，PVC燃燒也會(huì)

11、產(chǎn)生氯化氫有毒氣體，除了燃燒，就是高溫環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致塑料分解出有毒成分，例如苯等。3) 塑料是由石油煉制的產(chǎn)品制成的，石油資源是有限的。4) 塑料埋在地底下幾百年、幾千年甚至幾萬(wàn)年也不會(huì)腐爛。5) 塑料的耐熱性能等較差，易于老化。由于塑料的無(wú)法自然降解性，現(xiàn)在已成為人類(lèi)的第一號(hào)敵人，目前也已經(jīng)導(dǎo)致許多動(dòng)物死亡的悲劇。比如動(dòng)物園的猴子，鵜鶘，海豚等動(dòng)物，都會(huì)誤吞游客隨手丟的1號(hào)塑料瓶，最后由于不消化而痛苦地死去；望去美麗純凈的海面上，走近了看，其實(shí)飄滿了各種各樣的無(wú)法為海洋所容納的塑料垃圾，在多只死去海鳥(niǎo)樣本的腸子里，發(fā)現(xiàn)了各種各樣的無(wú)法被消化的塑料。5. 塑料的種類(lèi)：根據(jù)各種塑料不同的使用特性，

12、通常將塑料分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。1) 通用塑料：一般是指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)格便宜的塑料。通用塑料有五大品種，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚合物（ABS）。這五大類(lèi)塑料占據(jù)了塑料原料使用的絕大多數(shù)。2) 工程塑料：一般指能承受一定外力作用，具有良好的機(jī)械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，可以用作工程結(jié)構(gòu)的塑料，如聚酰胺、聚砜等。3) 特種塑料：一般是指具有特種功能，可用于航空、航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域的塑料。如氟塑料和有機(jī)硅具有突出的耐高溫、自潤(rùn)滑等特殊功用，增強(qiáng)塑料和泡沫塑料具有高強(qiáng)度、高緩沖性等特殊性能，這些

13、塑料都屬于特種塑料的范疇。(二) 橡膠1. 橡膠簡(jiǎn)介：橡膠具有可逆形變的高彈性聚合物材料。在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。橡膠屬于完全無(wú)定型聚合物，、它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，分子量往往很大，大于幾十萬(wàn)。2. 橡膠的分類(lèi)：橡膠按原料分為：天然橡膠和合成橡膠。按形態(tài)分為：塊狀生膠、乳膠、液體橡膠和粉末橡膠。合成橡膠的組成：合成橡膠是以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成的高分子。橡膠的高分子已經(jīng)突破了單體聚合的工藝，目前世界領(lǐng)先的橡膠工廠已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用更高強(qiáng)度的橡膠，用超高分子聚集而成，而且成本相當(dāng)?shù)牡偷摹?. 橡膠的應(yīng)用：日常生活中有不少橡膠制品

14、在為我們服務(wù)，遍為城鄉(xiāng)居民所穿用，它是B用橡膠制品中消費(fèi)量很大的一種。其他如雨衣、熱水援、松紫帶、兒童玩具、海綿座墊以及乳膠浸漬制品等，在人民生活里都在發(fā)揮它的作用。橡膠優(yōu)缺點(diǎn) 4. 橡膠的優(yōu)點(diǎn)：1) 彈性大。在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。2) 可以人工合成，價(jià)格低廉。3) 應(yīng)用范圍廣，存在于我們生活的方方面面。橡膠的分子鏈可以交聯(lián)，交聯(lián)后的橡膠受外力作用發(fā)生變形時(shí)，具有迅速?gòu)?fù)原的能力，并具有良好的物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。橡膠是橡膠工業(yè)的基本原料，廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠制品。5. 橡膠的缺點(diǎn)：容易老化。橡膠及其制品在加工，貯存和使用過(guò)程中，

15、由于受內(nèi)外因素的綜合作用而引起橡膠物理化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能的逐步變壞，最后喪失使用價(jià)值，這種變化叫做橡膠老化。(三) 材料總結(jié)經(jīng)過(guò)對(duì)以上兩種材料的討論分析，我們決定使用橡膠作為長(zhǎng)尾夾尾部套子的主要材料。原因有一下幾方面：1) 彈性大。橡膠是軟質(zhì)的，有一定的彈性，這樣手指在按動(dòng)夾子的時(shí)候可以有一定的緩沖，增加手指的舒適度；2) 可以人工合成，價(jià)格低廉。雖然相對(duì)于塑料來(lái)說(shuō)成本相對(duì)較高，但質(zhì)量較好，使用時(shí)間長(zhǎng)。3) 可反復(fù)使用。由于長(zhǎng)尾夾的規(guī)格一定，所以軟質(zhì)膠套的規(guī)格也就一定。橡膠有一定的彈性，若老化后還可以將其他長(zhǎng)尾夾膠套輕松卸下重復(fù)利用。塑料無(wú)次功能。4) 使用條件低。塑料在冬天或溫度過(guò)低的情況下會(huì)變的脆弱，易碎，易斷。而橡膠不會(huì)這樣，適合一年四季各種溫度使用。五、 總結(jié)十二周的人機(jī)工程學(xué)課程讓工業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)專(zhuān)業(yè)在我們心中有了新的詮釋?zhuān)ㄟ^(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我們又學(xué)到了不少書(shū)本以外的知識(shí)。從組建團(tuán)隊(duì)、選題、討論方案、實(shí)施方案、查閱文獻(xiàn)資料到最后的論文的撰寫(xiě)，每一步都凝聚了我們的笑容和汗水，更充分體現(xiàn)著團(tuán)隊(duì)的精神。我們收獲最大的一點(diǎn)是我們是第一次這樣透徹的分析一個(gè)產(chǎn)品，思考改良方案，并將我們的方案付諸了實(shí)踐。我們明白了一門(mén)課程，書(shū)本上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，想要學(xué)好工業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)專(zhuān)業(yè)我們需要的是將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，在實(shí)踐中充分的體會(huì)理論知識(shí)，只有這樣一次一次的實(shí)踐，在實(shí)踐中沉淀，我們才能學(xué)好