基于人体工程学的自行车设计改进

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1、基于人因工程学的自行车设计改进基于人因工程学的自行车设计改进姓名：张海青学号：05083008班级：工硕51指导老师：孙林岩2007年11月-1-基于人因工程学的自行车设计改进摘要：自行车设计在以往只是从满足人的使用功能出发，而忽视了骑乘者是否感到舒适。本文从人因工程学角度，运用人体测量学、身体运动学的理论，对自行车设计上长期存在的一些不符合人体工效学要求的缺陷提出了改进建议。关键词：人因工程学设计鞍座腰靠一、引言人因工程学（HumanFactorsorHumanFactorEngineering）,又称工效学（Ergonomics），是

2、近几十年发展起来的一门边缘性应用科学。它综合应用生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和技术，在对人、机器、技术和相关环境的深入研究的基础上，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，以提高生产（包括日常生活中人的活动）的效率、安全性、健康性、舒适性和有效性。现代人因工程学的落脚点不仅在于工厂生产现场的布置与设计，还在于人们日常生活随处可见、随时接触的日常用品当中。真正具有现代形式的自行车诞生于1874年。如今自行车在很多国家只是作为运动健身的工具，但是从上世纪20年代自行车传入

3、我国以来，由于经济、人口状况与地理条件等方面的原因，自行车在一个很长时期内一直作为中国百姓的主要交通工具。当前我国自行车产量、出口量均占世界总量60%以上，国内消费量也居世界第一。自行车的历史已经超过了一百年，但是从人因工程学的角度进行分析，我们可以发现，现在的自行车设计仍然存在缺陷，需要改进。二、问题及改进2.1鞍座设计不合理——鞍座太平坦，太窄，太硬根据一家国外研究机构的统计，在他们调查的人群中有90%骑自行车男士的睾丸存在畸形。有一半的被调查人群会感到阴囊不适或存在勃起障碍。另据我国的男性学医学报告，骑行自行车在我国前列腺炎的发病诱

4、因中占很大比重。鞍座设计要素分析尺寸决定鞍座宽度的因素主要是人体的生理结构，如坐骨结节的距离、骨盆的大小等等。其中起关键作用的是坐骨结节间的距离。这段距离基本上决定了鞍座后部的宽度，它的宽度保证人体坐骨结节在鞍座上时的距离位置：过小容易使结节间软组织受到挤压，过大容易影响鞍座的的平衡。坐骨结节一般9—12厘米。因为女性的髋骨要宽于男性，在设计时鞍座宽度要比男性的宽一些。弧度弧度是指从鞍座后部过渡到鞍座鼻部弧线的弯曲程度。由鞍座的宽度、长度以及骑乘者大腿内侧的脂肪厚度、髋臼窝的深浅和鞍座的用途等决定。垫料垫料是自行车鞍座舒适与否的一个重要因

5、素。它决定了鞍座的变形程度。如果垫料过软，坐骨结节就会陷入到鞍座中，导致人体组织的麻木和缺血：如果垫料太硬，将会导致人体组织的疼痛。所以，垫料的柔软程度和大小是设计中一个非常重要的因素。另外，包覆材料的透气性、防水性、防变形性等也是应该考虑的因素。当人骑在鞍座上时坐骨生殖区（位于坐骨结节和耻骨联合部之间，分布有大量的血管、神经和软组织）靠在平坦的座面上（如图1），鞍座会压迫到坐骨神经区的组织和脂肪；坐骨神经区的组织里含有丰富的血管、软组织和大量的神经及神经末梢，在骑行时，上躯体-2-基于人因工程学的自行车设计改进的部分重量压迫到这些血管和

6、神经，造成人体会阴区的疼痛和麻木；而且会阴区深层中含有泌尿组织、血管及生殖动脉和传导神经，如图2所示，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。根据《工作座椅一般人类工效学要求》，座椅的坐面有带座垫的柔性坐面和不带座垫的刚性坐面两种形式。座垫应为由弹性材料及蒙面材料组成的柔性座垫，且覆盖物必须具有弹性和透气性。在选择座垫材料时，还应考虑其散热和吸潮的能力，以及防止滑动的能力等。图1传统的自行车鞍垫设计图2人体在鞍座上时臀部组织的分布简图基于人因工程学的改进设计如图3，鞍座的中部嵌入了比两侧更加柔软的垫料；从正视图看，这一

7、区域下陷，很好的减轻了对坐骨生殖区的挤压。开有4个圆孔，有利于散热、散潮；鞍座前部比后部稍低，减轻了对耻骨联合部的压迫；鞍座头部比一般自行车鞍座稍窄，减轻了对大腿内侧的摩擦；前后连接的弧度比一般自行车鞍座要小一些，使鞍座增加了表面受力面积，减轻了对臀部的挤压，如图4所示。-3-基于人因工程学的自行车设计改进图3改进的自行车鞍座设计图4改进的自行车鞍座人体解剖学分析2.2鞍座太高公路赛车运动员骑乘的自行车，鞍座的高度和把手一样高，甚至超过把手（如图5所示），运动员骑行时上躯体与地面的倾斜角小于30度（如图6所示）。那是为了减小身体对空气的阻

8、力，加快骑行的速度。但是如果日常生活中骑这种自行车，是不符合人体工效学要求的。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，当人骑座位太高的自行车时，几