人機工程學自行車設計專題講座PPT

1、人機工程學人機工程學 -自行車設計研究自行車設計研究設計主題： 踏雪無痕工業(yè)設計091陳駿勇26號主題：踏雪無痕主題：踏雪無痕l仿如臥虎藏龍中眾多高手那絕世的輕功，身輕如燕，踏過雪地卻絲毫不留下任何的痕跡。l以此主題進行自行車設計，主要把設計重點放在自行車輕巧，便利，快捷的特點。人機工程分析人機工程分析 -自行車設計必要條件自行車設計必要條件l一：設計自行車目的：助行，代步l二：機動性：便捷式的越野山地自行車 人機工程分析人機工程分析 -自行車設計環(huán)境自行車設計環(huán)境(內(nèi)部環(huán)境）內(nèi)部環(huán)境）l內(nèi)部環(huán)境分析：l 振動： 騎山地時，振動大些；騎平坦道路時振動小l 噪聲： 屬于非機動性車輛，無噪聲污染

2、l 人機工程分析人機工程分析 -自行車設計環(huán)境（外部環(huán)境）自行車設計環(huán)境（外部環(huán)境）l外部環(huán)境分析：l 山地行駛 面對的環(huán)境是崎嶇不平，坑坑洼洼的山路，陡峭的坡度，山路滑。 l 容易遭遇多的粉塵，顆粒，塵埃及落葉等植物殘骸，甚至大山深處變幻無常的天氣。l 城市行駛 城市復雜的交通狀況（交通堵塞，擁擠），人多，車多，噪聲污染等，道路較為平坦l 空氣質(zhì)量較差，氣溫比郊區(qū)偏高，光照強烈。人機工程分析人機工程分析 -之人之人車系統(tǒng)分析車系統(tǒng)分析人與支撐部件關系人與支撐部件關系分析人與支撐部件關系分析l支承部件：車架，前叉，鞍座，車把l人坐位置的合適度：人坐位置的合適度：l高低：高低：當腳蹬到最低點時，

3、腿應正好伸直，既不感到l過分伸腳，也不使膝關節(jié)有彎曲運動員在踏蹬中；踏l蹬到曲柄與地面平行的位置時，膝關節(jié)垂直線能正好通過腳蹬軸的中心； 踏蹬到最低點時，膝關節(jié)能稍有彎l屈，以利肌肉在緊張之后可得到暫時休息l前后：前后：車座固定在水平線上，根據(jù)運動員大腿長度，l把座子前端調(diào)整到中軸 垂直線后25公分處。大腿l長，車座應多向后移動，大腿短，車座稍向前移動，l但車座前端一般不超過中軸垂直線后2公分人與支撐部件關系分析人與支撐部件關系分析l車架高度與腳蹬用力關系車架高度與腳蹬用力關系l車架高度：車架高度：14英寸逐漸大至22英寸共5個尺寸l約為14英寸為155公分以下、l16英寸者為155-170公

4、分、l18英寸為170以上，l至于180公分以上20英寸以上 人與支撐部件關系分析人與支撐部件關系分析l確保人上身有正確姿勢確保人上身有正確姿勢l正確的騎行姿勢是正確的騎行姿勢是:l上體較低，頭部稍傾斜前伸；雙臂自然彎屈，以作上體的良好支點，便于腰部弓屈，降低身體重心，同時l止由于車子顛簸而產(chǎn)生的沖擊力傳到全身；雙手輕輕而有力地握把，臀 部坐穩(wěn)車座位，使人和車子成“流線l型”體。正確的騎行姿勢，在相當大的程度上決定于車輛的尺寸、車座和車 把的位置，運動員的身材大小及身體各部份的結構。要正確 處理車和人的關系 人與支撐部件關系分析人與支撐部件關系分析l手握車把的距離長度的合適度手握車把的距離長度

5、的合適度l調(diào)整車把的寬度 應與運動員的肩寬大體相同，一般為3841公分；l車把的高度，應根據(jù)運動員上體尺寸臂長來決 定，并注意專項的特點；l合理的車把高度是使公路運動員的上體角度(即通過l髖關節(jié)的水平線和髖關節(jié)中心至頸 椎中心連線)保持在35度l45度之間；場地運動員的上體角度保持在2030度之間.人與動力接受部件關系分析人與動力接受部件關系分析l動力接受部件：腳蹬，曲柄動力接受部件：腳蹬，曲柄l研究人體下肢肌肉的收縮運動與曲柄轉動之間的能量轉換人與傳動部件關系分析人與傳動部件關系分析l傳動部件：滾珠，鏈條，鏈輪l設計關鍵：要保證有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機構，使人用一定的肌肉

6、而獲得較大的輸出功率人與工作部件關系分析人與工作部件關系分析l工作部件：車輪（車圈，輪胎）l設計自行車各部分尺寸，車閘及變速器等時著眼騎車人-動力-傳動-工作的連貫性（騎車人手的大小，握力相適應的閘把，剎車力適當?shù)能囬l）人機工程分析人機工程分析 -之影響自行車性能的人體因素之影響自行車性能的人體因素人的體格因素人的體格因素人的下肢肌力人的下肢肌力l自行車腳蹬由腿肌收縮出力完成，肌肉收縮時產(chǎn)生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米4050n，訓練后可達65n。人的輸出功率人的輸出功率l人的輸出功率隨人的體格，體力，騎車姿勢，持續(xù)時間和速比等變化而變化l成年男人最大輸出功率約為：0.7馬力

7、（0.51kw），持續(xù)時間為10s左右l如果持續(xù)時間長，其值要小的多，1h大約：0.10.2馬力（0.070.15kw）人的腳踏速度人的腳踏速度l自行車運動與人的心臟節(jié)律保持一定關系。l健康人的心臟跳動為70次每分鐘，腳踏則為：60r每分鐘人的平衡機能人的平衡機能l騎車人的平衡機能是影響自行車性能的重要因素，騎車人有好的平衡機能可很好的掩蓋自行車的某些缺陷。人的手和握力人的手和握力l人的手和握力影響剎車性能l男女性，成年人和兒童各不同l一般只想用10%左右的力量便達到必要的減速人的疲勞人的疲勞l影響人疲勞的因素：l 部分肌肉負擔過大 l 騎車姿勢不合適l 體重對鞍座的體壓分體不合適l影響出力因

8、素：l 人的最大攝氧量l 人機工程分析人機工程分析 -自行車設計結構要素分析自行車設計結構要素分析速比速比l大小鏈輪的齒數(shù)比，與鏈輪直徑比相一致，一般控制在2.34.0范圍內(nèi)l利用速比關系可取得騎行時所必要的功率和必要的速度l速比應合適，不宜過小，也不宜過大：l 過小：不能充分提速，得不到最大輸出功率l 在限定的曲柄轉速下得不到必要的騎行速度（后輪速度）l 過大：踏力大，容易疲勞l以肌肉負擔約為最大肌力的10%來選擇速比和曲柄轉速變速器的設計曲柄長度曲柄長度l按人的身長或下肢長來考慮曲柄長度l通常曲柄長度的基準為：取人體身長的1/10，相當于大腿骨長的1/2.曲柄設計：三接點位置三接點位置l鞍

9、座位置a，車把位置b，腳蹬位置cl按三點調(diào)整法：ab和ac約等 一般ab=（ac-3）cm a點略低于b點 約為5cm鞍座位置鞍座位置l分析：l 鞍座過低，騎行時雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時間長了就會感到疲勞無力l 鞍座過高，騎行時腿部肌肉拉的過緊，腳趾用力過多，雙腳也容易疲勞，騎車適當用力為腳掌。l原則：l 行駛較快的車，鞍座位置要向前移l 行駛較慢的車，鞍座位置要向后移鞍座位置鞍座位置鞍座位置高低設計或校正最常用方法：使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配鏈輪的中軸心為宜。只要腋窩中心至中指的長度確定下來，鞍座高度便可大致確定?？烧{(diào)節(jié)式鞍座設計：車閘車閘l設計

10、時，閘把開檔.力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應。l理想的施閘力和減速度閘把施閘力閘把施閘力/n相對握力相對握力%減速度減速度說明說明60 350 50010 70 1000.1g 0.6g 0.8g控制下坡速度控制下坡速度 全剎車全剎車 緊急全剎車緊急全剎車注：注：g=9.8m/s2人機工程分析人機工程分析 -人人-車動態(tài)特性分析車動態(tài)特性分析動態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)穩(wěn)定性 自行車的穩(wěn)定是行駛過程中的穩(wěn)定，是一種動態(tài)平衡的穩(wěn)定性 動態(tài)穩(wěn)定性影響到自行車騎行中的動作，包括直進穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性。（圖a） 穩(wěn)定性是安全行駛時必不可少的特性設計時必須考慮其穩(wěn)定性 力學特性力學特性l自行車行駛在平地上轉彎的條件是側向力（與離心力平衡）與自行車總重量（人和車的重量）的合力作用線要通過輪胎與地面的接觸點。l自行車造型設計要適合這種力學特征設計轉向特征轉