人机工程学在自行车设计中的应用(已完成)课件.ppt

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1、自行车是人类发明的最成功的一种人力机械，是由许多简单机械组成的复杂机械。图一自行车结构自行车的功能是供人骑乘，人与自行车相互运动，驱动车辆前进，构成了‘人-车’系统。其次，由于人在骑自行车时，长时间处于一种前屈运动的状态，坐姿属于非自然、良好的坐姿，这样椎间盘内压力分布不均衡，就会产生腰部酸痛、疲劳等不适感。要减轻腰部的不适感，在保证人体操作灵活性的同时，应使人骑车时的坐姿接近自然坐姿。图二骑车受力示意图人机工程学在自行车主要部件中的应用及分析：一、车把部分和把手部分四、鞍座部分二、车架、前叉以及鞍座部分三、曲柄和脚踏部分四、车轮部分这是关系到操纵和制动

2、性能的主要部件。例如山地车，车把的宽度以中青年男子的肩宽480mm，手掌宽度100mm为参照，设计时考虑手掌中央与车把把套的中央为接触点，这样可使整车受力平衡，具备安全可靠的操纵车把和刹车制动的有利条件。一、车把部分和把手部分正确的刹车把手角度刹车把手过于上翻，使得手腕上翻刹车把手过于下扳，使得手腕下扳现在的车把的种类层出不穷，按照车把的样式分类大致有4类：直把、雁把、弯把、蝴蝶把，按照材料的分类有钢管车把、铝合金管车把、钛合金管车把、碳纤维及复合材料的车把这几类在自行车左右把手的下方（或前侧）的铁杆，用于制动（刹车），左边的为车后闸（后刹），左边的车前

3、闸（前刹）。车架是自行车的主要部件，它与车把、前叉和前后车轮连接，承载着骑车人的全部重量，分前三角和后三角两部分。车架的前后部分都应具有一定的刚性和弹性。从而确保不同的道路，安全稳定的行驶。二、车架、前叉以及鞍座部分车架的前三角部分：上管、下管、立管组成了一个封闭的前三角，是决定骑行者操纵性能的主要部件。车架的后三角部分：立管的长度、角度决定鞍座的位置，其位置与曲柄的长度等因素决定了骑行动力的输出大小。决定输出效率的传动部分的输出大小。决定输出效率的传动部件由链轮和飞轮的大小即速比而定。自行车立管角度的大小，关系到骑行重心的位置和输出效力。角度越大，即立

4、管越往前倾，骑行速度越快。多次实验得知：立管角如果大于80°，结合人体工程学的原理，骑行者的大腿骨、小腿骨的动作反而受到约束、动作不灵活、有效肌力难以发挥。因此，要以舒适出发、速度相结合的思路出发，依据实际情况选择角度问题。自行车设计国家标准规定：车把前叉轴线与通过轮心的地面垂直线的交点到地面的距离不小于轮半径的15%，不大于轮半径的60%。前叉部分人处于坐姿状态时，由人体组织的解剖学特性可知，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。鞍座部分坐姿时坐骨结节承受大部分的身体重量，当座面接近水平状态时，位于坐骨

5、结节外侧的股骨处于正常的位置（如图3a）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（如3b）并承受载荷，且还会使髋部肌肉受压从而引起不舒适感。1、鞍座结构设计鞍座的设计应采用局部凹陷的结构以减少对骑乘者坐骨生殖区造成的压迫。2、鞍座尺寸设计座面宽度：根据人体测量学，50%的人群盆骨的坐骨结节间距约为200~220mm，在设计时还需加上适当的设计余量（40~60mm），以提高鞍座的舒适性，因此可确定普通休闲自行车的鞍座后端宽度为240~280mm为宜。由于女性的髋骨要宽于男性，在鞍座设计时，女士自行车的鞍座

6、宽度要比男性的宽一些。鞍座长度：据人体解剖学中人体解构尺寸可知，鞍座后端的长度应由坐姿状态下坐骨结节离臀部后缘的距离（100~120mm）确定，鞍座总长度则由坐姿时会阴处离臀部后缘的距离（160~190mm）再加上适当余量确定。3、材料选取坐垫材料是影响鞍座舒适性的重要因素之一，同时也是骑行过程中减震元件之一。一般采用硬质座面包覆软硬适中的坐垫材料，同时还考虑到其透气性、防水性等特征。柔软度适中的坐垫材料，还可减少骑行路面不平整时所产生的震动冲击，起到一定的减震避震作用，进一步增强骑行舒适性。鞍座的面料可采用透气性较好的皮革材料以利于散热。曲柄过长，会导

7、致转弯时膝关节碰到车把，骑行发生困难，影响骑行者的输出性能。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°，脚蹬上的零部件不触及地面。2、脚蹬中心与泥板转到任意角度时的间隔距离必须大于或等于89mm。选取曲柄为165mm~170mm时为最适合，使骑行者即省力又舒适。据有关资料分析：当人呈水平状态，小腿与水平的大腿基本垂直，而另一小腿能自然垂直于地面、此时的曲柄应转到呈60°时用脚掌蹬力最舒适位置。三、曲柄和脚踏部分水平脚踏即我们平日所见的脚踏，脚和脚踏是分开的。但如果使用自锁脚踏的话，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

8、脚还可以往上提，一般来说可以省力25%。车轮部分分前轮和后轮，它是由前、后轴、辐