最新人体生物力学与施力特征课件PPT.ppt

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1、人体生物力学与施力特征5.1.2骨的功能和骨杠杆（1）支撑人体（2）保护内脏（3）造血、储备矿物盐（4）运动的杠杆1.骨的功能根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为：见图5-1（1）平衡杠杆（2）省力杠杆（3）速度杠杆：用力大，但运动速度快由机械学中的等功原理可知，利用杠杆省力不省功，得之于力则失之于速度（或幅度），即产生的运动力量大而范围就小；反之亦然。因此，最大的力量和最大的运动范围两者是相矛盾的，在设计操作动作时，必须考虑这一原理。2.骨杠杆5.2.2前臂和手的生物力学模型图5-2抓捏物体时前臂和手的生物力学简化模型∑（肘部受力）

2、=0∑（肘部总力矩）=05.2.3举物时腰部生物力学模型图5-3举物时腰部的生物力学静止平面模型∑（L5/S1腰骶间盘力矩）=0∑（L5/S1腰骶间盘受力）=0解得腰骶间盘所受的压力达到5459N，大多数工人的腰骶间盘都无法承受这个压力水平。主要因素：货物的重力和货物的位置到躯干重点的距离。其它因素还有：躯体扭转的角度、货物的大小和形状、货物移动的距离等。骨与骨之间除了由关节相连外，还由肌肉和韧带联接在一起。因韧带除了有联接两骨、增加关节的稳固性的作用外，还有限制关节运动的作用。因此，人体各关节的活动有一定的限度，超过限度，将会造成损伤。5.3.1主要关节的活动

3、范围5.3人体的施力特征另外，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内。表5-1为人体重要活动范围和身体各部姿势调节范围，表中的身体部位及关节名称可参考相应的示意图5-4。图5-4人体各部位活动范围示意图人体各部分的活动范围人体上部及上肢固定姿势活动角度范围主要关节活动范围在设计中的应用实例开渠机挖沟作业中操作手柄和座椅的设置（a）挖沟作业示意图（b）开渠机驾驶舱（正视图）（c）开挖沟渠作业时操作人员的姿势（1）操作手柄的布置要使人在操作时的各个关节在舒适的调节范围内。（2）在机器的纵向布置上，要方便操作者观察。减少颈部和腰部的疲劳。5.3.2肢体的出力

4、范围1、肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时产生的力称为肌肉力。人的一条肌纤维所发挥的力量约为0.001～0.002N，肌力是多条肌纤维的收缩力总和。人体肌肉的生理特征。见表5-22、操作力：在作业中，为了达到操作效果，操作者有关部位（手、脚、躯干等）所施出的一定大小的力。决定因素：肌力、施力的姿势、部位、方式和方向。只有在这些综合条件下的肌肉出力的能力和限度才是操纵力设计的依据。（１）在直立姿势下弯臂时，不同角度时的力量分布；如图5-5。（２）在直立姿势下臂伸直时，不同角度位置上拉力和推力的分布；如图5-6。（３）在坐姿下手臂在不同角度和方向上的推力和拉力

5、；如图5-7，如表5-3。（４）坐姿时，下肢不同位置上的蹬力大小。如图5-8(a)和5-8(b）。注:肢体所施力量的大小，与持续时间有关.如图5-9和图5-105.3.3人体不同姿势的施力肌力的大小因人而异，男性的力量比女性平均大30%~35%。年龄是影响肌力的显著因素，男性的力量在20岁之前是不断增长的，20岁左右达到顶峰，这种状态大约可以保持10~15年，随后开始下降。此外，人体所处的姿势是影响施力的重要因素，作业姿势设计时，必须考虑这一要素。图5-11（a）人体在不同姿势下的施力状态人体在常见的操作姿态下的施力状态，其对应的施力数值见表5-4，施力时对应的

6、移动距离见表5-5.图5-11（b）人体在不同姿势下的活动姿态人体常见的活动姿态，其对应的施力大小见表5-6，施力时相应的移动距离已标注在该图中。5.4.1避免静态肌肉施力5.4合理施力的设计思路提高人体作业的效率，一方面要合理使用肌力，降低肌肉的实际负荷；另一方面要避免静态肌肉施力。无论是设计机器设备、仪器、工具，还是进行作业设计和工作空间设计，都应遵循避免静态肌肉施力这一人机工程学的基本设计原则。例如，应避免使操作者在控制机器时长时间地抓握物体。当静态施力无法避免时，肌肉施力的大小应低于该肌肉最大肌力的15%。（1）避免弯腰或其他不自然的身体姿势。（2）避免

7、长时间抬手作业。（3）坐着工作比立着工作省力。（4）双手工作时，手的运动方向应相反或者对称运动，单手作业本身就造成背部肌肉静态施力（5）作业位置高度应按工作者眼睛和观察时所需的距离来设计。（6）常用工具按使用频率或操作频率放在人附近。（7）手在高位置作业时，应使用支撑物来托住肘关节、前臂或者手。（8）利用重力作用。避免静态肌肉施力的几个设计要点如下：人们经过长期的劳动实践和科学研究总结了一套正确的提重方法，即直腰弯膝。5.4.2避免弯腰提起重物图5-95.4.3设计合理的工作台设计可升降的工作台帮助工人搬运大型货。设计消除操作过程中不必要的躯体扭转的工作场所，明

8、显较少工人的不适和受伤的