自行车设计方案中人机工程学案例分析

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1、变速自行车设计中人机工程学案例分析一、人一自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。1．人与支撑部件关系图1-1人-车界面关系支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。自行车设计国家标准规定：车吧前叉轴线与通过轮心得地面垂直线的交叉点到地面的距离不小于轮半径的15%，不大于轮半径的60%。车把部分：这是关系到操纵和制动性能的主要部件。列入山地车，车吧的宽度以中

2、青年男子的肩宽480mm，手掌宽度100mm为参照，设计时考虑手掌中央与车吧把套的中央为接触点，这样可以使整车受力平衡，具备安全可靠的操纵车把和刹车制动的有利条件。2．人与动力接受部件关系　　动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。脚踏部分：脚踏分为水平脚踏和自锁脚踏以及脚带脚踏。水平脚踏即我们平日所见的脚踏，脚踏和脚是分开的。

3、自锁脚踏需使用专用配套自锁鞋，如果是长时间骑行会感觉轻松很多，因为一只脚踩下去的同时另一只脚还可以网上提，一般来说可以胜利25%。根据自行车国家标准：1脚蹬面朝上放置时，自行车向一倾斜25°，脚蹬上的零件不触及对面。2脚蹬中心与泥板转到任意角度的间隔距离必须大于或等于89mm。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。鞍座部分：人处于坐姿状态时，由人体组织的解剖学特性

4、可知，与鞍座紧密接触的是最能承受压力的臀部的两块坐骨结节，时间久了便会感到疲劳，造成臀部疼痛。坐姿是坐骨结节承受大部分的身体重量，当左面接近水平状态时，位于坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置而不会受到过分压迫使人觉得舒适；而当座面呈斗型（凹式三角形）时，会时股骨因受到压迫而向上转动并承受载荷，且还会使髋部肌肉受压从而引起不舒适感。3．人与传动部件关系　　传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。保证较

5、高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。4．人与工作部件关系　　工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。二、影响自行车性能的人体因素影响自行车性能的人体因素很多，如

6、图1-2所示。现主要分析下述几点：1．人的体格因素以身高H为基本因素，其他身体的能力与H成比例，并有与H2、H3成比例的特性。如手　　臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于H的大小。肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与H2成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与H3成比例。体格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与H成比例，速度能力与H2成比例，作功能力和H3成比例。但实际上因每个人身体素质不同，常有20％以上的偏差。2．人的下肢肌力自行车骑行的原动力，

7、主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40--50N，通过一定训练的人可提高到65N。　　图1-2影响自行车性能的人体因素3．人的输出功率人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为0.7马力（0.51kw)，能持续10s左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续lh，大约只有1.0-

8、0.7马力（0.07-0.15kw）。4．人的脚踏速度自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70次／min，一般脚踏以60r/min节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。5．人的平衡机能骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕