1、1人因工程设计关于自行车的人因学分析与设计专业：机械设计制造及其自动化班级：D 机制 131姓名：甘崇志学号：13201011122人因工程设计关于自行车的人因学分析与设计随着技术的进一步发展，日趋完善化的设计更强调人的效能、安全、舒适和身心健康，在设计高效机的同时，充分考虑人的因素，反映人的需要，把人与机密切结合起来。这就涉及到了人因工程学。首先，要确定人体的解剖结构，产品依据人体的生理特征来设计，然后，根据实际情况（环境，个人情况）来重点设计，最后，随着科技进步逐步改进，使产品功能更完善，使人的更多的要求得以满足。改进自行车就要以人为对象为基准，考虑到人的形态特征，人的劳动生理特征，人的劳
2、动心理特征，人的系统功能特征，产品的设计与人的关系，产品对人体的舒适度等。针对自行车主要改进了三个部位：1，车座 2，靠背 3，把手老式自行车：不轻便，车座与车把一样高，轮子太大，不灵活）人机自行车： 1、车座 把人因工程运用到自行车车座设计：运用到了人体劳动形态特征的知识。包括人体形态测量、人体结构尺寸、功能尺寸。1）从人体解剖学分析人体形态。根据人体组织的解剖特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，身体的主要重量均由骨盆下的两块面积约为 25cm2 的坐骨结节承受。A、故车座设计不合适就会使坐骨结节处在车座外缘或紧挨外缘的位置，身体的压力使得坐骨结节被迫分离的趋势过大，由此导致臀部的
3、疼痛感。B、当人骑车坐在车座上时，坐骨生殖区靠在平坦的座面上，座会压迫到坐骨生殖区的组织和脂肪。C、在骑行时，上躯体的部分重量压迫到坐骨生殖区的血管和神经，造成人体会阴区的疼痛和麻木。D、会阴区深层中含有泌尿组织、血管及生殖动脉和传导神经，这样也会造成生殖区域的麻木和缺血，严重的会导致生殖系统障碍。（人体生殖区结构和车座的关系）考虑到男女性别差异带来的设计差异。女性骨盆的坐骨结节间距约为23cm，男性骨盆坐骨结节间距约为20cm。据此，车座宽度的适宜范围：男式单车为2426cm，女式单车为2629cm较合适。根据人体测量学中成年男子坐姿臀宽355mm（90%） ，成年女子382mm（90%）
4、，应以女子的臀宽为设计标准，以满足座位的要求。3舒适度。如图 2）考虑到人体在工作位置上的活动空间尺度。A、人体处于坐姿时，坐骨结节离臀部后缘约 1012 公分，据此，车座后端的长度范围定为 1012 公分，车座总长不同于一般工作椅的座深，车座的总长只需给骑车者以有限的支承稳定性即可，因为车座过长势必影响大腿前后摆动的灵活性。根据有关数据，50%的人体大腿厚约为 13 公分，故车座长度范围为 2223 公分( 余量约取 5.5 公分)。B、有关的研究还表明，人在骑车时身体适当后倾，人体的迎风面积减小，更有利于发力和加速，如果靠背角为 90，后倾角在 15以内，则相当于前倾座面与靠背夹角在105
5、以内，属坐姿的舒适范围。C、根据人体坐姿的生物力学分析得知，人体上身越前倾，脊柱的弯曲程度越大，背部肌肉受力越大。当人骑车时，几乎完全伏在车把上，背部与水平面几乎平行，腰部椎间盘压力分布不当，腰椎变形。自行车车座的改进：（男士长时间用的自行车）正在尝试改进坐凳长时间骑车，臀部不舒服的另外一个原因就是坐凳软硬不合适所致。车座加上坐凳，人坐于其上，臀部压力值大为降低，接触支承面增大，使压力分散。但是坐凳不可过软，过软不仅增加了身体的不稳定性，而且容易使人产生疲劳；过硬又会导致臀部痛楚或麻木。坐凳的软硬应以股骨头刚好与坐凳相接近，几近接触而无压力为宜。坐垫材料必须透气，图 1-5 人体坐姿的生物力学
6、分析4且不易打滑，坐凳应缝制或钉在车座上，使其对起坐时的动载有良好的弹性响应。2、靠背：案例在靠背的四个结构设计上运用的人因工程学，分别是靠背的高度，靠背的宽度，靠背的角度，靠背的重量及材料。总的来说，它们的作用为降低骑车的疲劳和对人身体的损害。（1）靠背的高度靠背由肩靠和腰靠两部分构成，腰靠的凸出部分压入腰凹内，以保证腰部得到充分支持，其水平截面为曲率不大的圆弧形，以适合于腰圆。为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间留一开口部分，其高度至少为 12.5cm。（2）靠背的宽度宽度由腰围决定，靠背宽度为腰围的 1/3。靠背面带一点向内凹的圆弧，和背的形状相似，可以使背部
7、和腰部受力均匀，较少疲劳，增强舒适性。（3）靠背的角度设为 99，该倾角的作用与座面倾角的作用相同。（4）靠背的重量及材料靠背不易过重，应选用强度较好，质量较轻的材料(如 ABS 塑料)，并具有适当的弹性3、把手1） 把手高度：自行车的车把如果偏低，骑车者必须弯下腰，时间久了，就会感到腰酸背疼，胳膊疲劳。 车把的高度应保证骑车者在骑车时处于自然坐姿或接近自然坐姿，并使颈关节、胸关节、腰关节、髋关节、肩关节和肘关节处于舒适的调节范围内。 （把手高于车座，保证正常坐姿）图 1-6 自行车靠背的具体尺寸52） 把手宽度：经实践测量，当车把的宽度接近于骑车者的最大肩宽时，人能够自然舒适地握住车把，并能
8、保持长时间不易疲劳。据有关的统计数据，中等身材的人最大肩宽，男为 43cm，女为 39cm，因此，车把的宽度可定为 39.743.1m。适合男女满足大多数人的需要。3） 把手的形状：手的特点：掌心部位肌肉最少，指骨间肌和手指部分是神经末梢满布的区域。而指球肌、和大、小鱼际是肌肉丰富的部位，是手部的天然减振器。所以设计手把形状时，应避免将手把丝毫不差地贴合于手的握持空间，更不能紧贴手掌心。这样的手把比较好：（把手的设计应使操作者掌心处略有空隙，以减少压力和摩擦力的作用）尺寸应符合人手尺度的要求：比较合适的直径为 34m ，因此，可把车把的直径定为大端m 左右，大端 3m 左右。把手的长度主要取决
9、于手掌宽度，掌宽一般为 7.19cm ，因此把手的长度可定为 1cm 左右。4） 把手的弯度：传统的自行车把手为水平，这不符合人因工程学原理，因为这样将会使手腕处于背屈状态，腕部酸痛，握力减小，长时间操作还会腕道综合症、腱鞘炎等症状。测试表明，把手与水平位置成 10左右效果最好，可以降低疲劳，并且容易操作，还使腕关节处于放松状车闸：车闸的设计精度较高，而人手的抓握直径在 13cm 左右，所以，车闸直径可定为13cm 左右，长度约等于把手长度。车闸与把手的交角为 40。至于把手与车闸的表面设计，应保证能准确抓握，不产生滑动，所以它们的表面不能太光滑，要有一定的粗糙。61 孙林岩.人因工程(第二版
10、 )M.北京：中国科学技术出版社 .2005 2 杨勤.人机系统适配设计的预测模型研究M. 北京：万国学术出版社 .2000 3 黄海波，丁玉兰.自行车鞍座的人机工学设计J. 工程图学学报 .2005,3 4 陈峰，徐琴.座椅的人因工程分析J. 科技信息.2007 5 杨志敏，张亚池，张双保 .人机工效学在椅类设计中的应用J. 木材加工机械研究与设计.2002,4 6. Hensher, D. A., 2001. The valuation of commuter travel time savings for car drivers: evaluatingalternative model specifications. Transportation, 28(2), pp. 101-118.7Hensher, D. A., 2001. Measurement of the valuation of travel time savings. Journal of TransportEconomics and Policy, 35(1), pp. 71-98.
