人机工程学在自行车设计中的应用

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1、人机工程学在自行车设计中的应用摘要：人机工程学是人体科学、工程技术、环境科学、安全科学和社会科学交叉形成的一门重要学科。它以人的生理、心理特征为依裾，以提高人的丁.作、生活质景为H的，运用系统工程、信息理论和工程技术的观点和法,研究人与机器，人与环境和机器与环境之间的相互关系，把人的因素作为系统设计的重要条件和原则，为机器设计成操作简便、省力、安全。木文注重在人机工程的基础上研究自行车的构造，分析&行车的结构，选择最适合人骑行的&行车构造体体系。关键字：人机工程学自行车系统设计人的因素人体工程学心理特征骑行姿势人一机一环境系统正文：人机工程学作为一门新兴的学科，在认真

2、研究人，机，环境三要素自身特性的基础上，科学地利用三要素之间的相互作用，相互依存的冇机联系来寻求系统的优化。最重耍的关键在于车体尺寸的大小，能杏有效均匀地分散骑乘者的重量，同时乂可保持良好的平衡。座蛰要调整到正确的高度，曲柄要与地面平行，如此膝盖下方突出的骨块就会直接位于脚踏轴心的上方。背部应该向前倾斜到至少45角，背部臀部及下背部强壮的臀肌冰能在踩踏时冇效施力。这种姿势会使身体重量移至双臂，此时手肘微微弯曲，手腕要打直，才能减缓行车时的震动。在自行车的设计过程中，也或多或少产生了一些不符合人机工程学的问题，比如有一种比赛用的山地自行车没冇装刹车，结果在某场比赛中发生

3、碰撺，导致多人受伤；还冇一些自行车没计得人车骑行设计不侏，造羽结构不够笑观，出现诸多问题。因此我们奋必要对&行车的其体结构和人车系统进行全而的分析，从而使A行车的设计更人性化，合理化，也更加美观，符合人的理想人车环境。一、人一自行车系统。组成自行午:的功能是供人骑行，就发抨自行午: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，该人一车系统屮的人一车界面关系可由下图来进行分析。1.人与支撑部件关系传动部分文撑部件主要柯车架、前叉、鞍脚:和车把等，是自行车的构架。文撑部分将K他零部件岡定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实

4、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人小，以及它们問的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。1.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ilh柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑行车人的体格和体力与行车元件的尺吋关系上下功夫，即研究人体下肢肌内的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。2.人与传动部件关系传动部件主要足滚珠、链条和链轮。人的作川力足通过链条和链轮传动而带动后轮转动,从而使£1行车前移。传动部分的设汁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

5、构。保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。3.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景，奋效地转换为同地面接触而叫前运动的力；另一方面将骑车人的握力转挽为与接地部分所产生的刹午肌力。在设计自行车的各部分尺、h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，如图所示。现主要分析下述几点：身长70°人么

6、車a面内捷野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。如手忾、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产牛的力矩、步幅等，都取决于H的人小。肌肉、人动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与H2成比例。肺活鲎、血液呈、心脏容M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，常杏20%以上的偏差。2.人的Y肢肌力fi行车骑行的原动力，主耍是骑车人的K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

7、械能。A行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力血完成的，•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，约为每乎方屉米40-50N,通过一定训练的人可提高到65N。1.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、持续吋间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输ili功率约为0.7马力（0.51kw）,能持续10s左;（f。如果持续时间长，.其值要小得多，持续lh，大约只有1.0-0.7马力（0.07-0.15kw）o2.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