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1、精品文档人—自行车系统设计案例分析工业设计F1002赵土豆201048262500一、人—自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，人在骑行过程中人和自行车可以看成一个人机系统，且人是最主要的因素，该人机系统中人—自行车的界面关系分析如下。人—车界面关系传动部分链轮——链条鞍座——车架支撑部分工作部分轮胎人车把——前叉接受脚蹬——曲柄动力部分1.人与支撑部件的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。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
2、。1欢迎下载。精品文档2欢迎下载。精品文档从人机关系来看,鞍座,车把和车架等的位置和大小,以及他们间的相互关系,与骑车人的位置和肌肉的动作有着密切的联系.人坐的位置怎样更合适,车架多高使人脚蹬起来用力才方便,如何保证人的上身有正确的姿势,手握车把的距离多长才合适等,都决定于人体特性的设计参数.2.人与动力接收部件的关系动力接收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,研究
3、人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换关系.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.人与工作部件的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,有效地转化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
4、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-动力-传动-工作的连贯性,才可能设计出同骑车人3欢迎下载。精品文档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的现象.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：人的体格因素、下肢肌力、输出功率、脚踏速度、平衡机能、人的手和握力、人的疲劳等。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、H*H、H*H*H成比例的特征.如手臂,腿,气管等的长度与身高成比例,从而以关节为中心所产
5、生的力矩,步幅等,都取决于H的大小.肌肉,大动脉,骨骼的截面身长视觉、平衡感觉体重空气阻力姿势手的大小、握力臂长合成重心荷重脚长脚力踏力速度积以及肺泡的表面积等都可看成与H*H成比例.肺活量,血液量,心脏容量等都可看成与H*H*H*成比例.体格对处出力性能的影响,从理论4欢迎下载。精品文档上讲,弹跳能力与H成比例,速度能力与H*H成比例,作功能力和H*H*H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,主要是骑车人的下肢肌力.人骑车时,骨骼肌肉内
6、部的化学能转化为肌肉收缩的机械能.自行车脚蹬的转动就是通过肌肉收缩出力而完成的,一般说肌肉长的人比肌肉短的人有利.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.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,能持续10秒左右.如果持续时间长,其值要小得多,持续1小时,大约只有0.1-0.2马力.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
7、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,哪怕是运动性能很好的自行车也不能平衡行驶;若人有很好的平衡机能,却可掩盖自行车设计上的某些缺陷.6.人的手和握力5欢迎下载。精品文档影响刹车性能的人的主要是人的手和握力,男性和女性,成年人和儿童的手的大小和握力都不相同.据试验,为了长时间捏闸而不致使手有疼痛的感觉,希望只用最大握力
8、的10%左右便能得到必要的减速度.7.人的疲劳人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素,其产生原因有人体因素,也有自行车结构因素.疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大,骑车姿势不合适,以及体重对鞍座的体分压不合适等引起的.此外,影响出力因素还有人的最大摄氧量.三、自行车设计结构要素分析影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素。为了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素和机械因素有机地结合起来，以使人—车协调。为此，以下分析与人体相关的结构要素。6欢迎下载。精品文档车架结构荷重车闸情
