人机工程学自行车设计专题讲座PPT.ppt

人机工程学 -自行车设计研究,设计主题： 踏雪无痕,工业设计091,陈骏勇,26号,主题：踏雪无痕,仿如卧虎藏龙中众多高手那绝世的轻功，身轻如燕，踏过雪地却丝毫不留下任何的痕迹。 以此主题进行自行车设计，主要把设计重点放在自行车轻巧，便利，快捷的特点。,人机工程分析 -自行车设计必要条件,一：设计自行车目的：助行，代步 二：机动性：便捷式的越野山地自行车,人机工程分析 -自行车设计环境(内部环境）,内部环境分析： 振动： 骑山地时，振动大些；骑平坦道路时振动小 噪声： 属于非机动性车辆，无噪声污染,人机工程分析 -自行车设计环境（外部环境）,外部环境分析： 山地行驶 面对的环境是崎岖不平，坑坑洼洼的山路，陡峭的坡度，山路滑。 容易遭遇多的粉尘，颗粒，尘埃及落叶等植物残骸，甚至大山深处变幻无常的天气。 城市行驶 城市复杂的交通状况（交通堵塞，拥挤），人多，车多，噪声污染等，道路较为平坦 空气质量较差，气温比郊区偏高，光照强烈。,人机工程分析 -之人车系统分析,人与支撑部件关系,人与支撑部件关系分析,支承部件：车架，前叉，鞍座，车把 人坐位置的合适度： 高低：当脚蹬到最低点时，腿应正好伸直，既不感到 过分伸脚，也不使膝关节有弯曲运动员在踏蹬中；踏 蹬到曲柄与地面平行的位置时，膝关节垂直线能正好通过脚蹬轴的中心； 踏蹬到最低点时，膝关节能稍有弯 屈，以利肌肉在紧张之后可得到暂时休息 前后：车座固定在水平线上，根据运动员大腿长度， 把座子前端调整到中轴 垂直线后25公分处。大腿 长，车座应多向后移动，大腿短，车座稍向前移动， 但车座前端一般不超过中轴垂直线后2公分,人与支撑部件关系分析,车架高度与脚蹬用力关系 车架高度：14英寸逐渐大至22英寸共5个尺寸 约为14英寸为155公分以下、 16英寸者为155-170公分、 18英寸为170以上， 至于180公分以上20英寸以上,人与支撑部件关系分析,确保人上身有正确姿势 正确的骑行姿势是: 上体较低，头部稍倾斜前伸；双臂自然弯屈，以作上体的良好支点，便于腰部弓屈，降低身体重心，同时 止由于车子颠簸而产生的冲击力传到全身；双手轻轻而有力地握把，臀 部坐稳车座位，使人和车子成“流线 型”体。正确的骑行姿势，在相当大的程度上决定于车辆的尺寸、车座和车 把的位置，运动员的身材大小及身体各部份的结构。要正确 处理车和人的关系,人与支撑部件关系分析,手握车把的距离长度的合适度 调整车把的宽度 应与运动员的肩宽大体相同，一般为3841公分； 车把的高度，应根据运动员上体尺寸臂长来决 定，并注意专项的特点； 合理的车把高度是使公路运动员的上体角度(即通过 髋关节的水平线和髋关节中心至颈 椎中心连线)保持在35度 45度之间；场地运动员的上体角度保持在2030度之间.,人与动力接受部件关系分析,动力接受部件：脚蹬，曲柄 研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换,人与传动部件关系分析,传动部件：滚珠，链条，链轮 设计关键：要保证有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构，使人用一定的肌肉而获得较大的输出功率,人与工作部件关系分析,工作部件：车轮（车圈，轮胎） 设计自行车各部分尺寸，车闸及变速器等时着眼骑车人-动力-传动-工作的连贯性（骑车人手的大小，握力相适应的闸把，刹车力适当的车闸）,人机工程分析 -之影响自行车性能的人体因素,人的体格因素,人的下肢肌力,自行车脚蹬由腿肌收缩出力完成，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4050n，训练后可达65n。,人的输出功率,人的输出功率随人的体格，体力，骑车姿势，持续时间和速比等变化而变化 成年男人最大输出功率约为：0.7马力（0.51kw），持续时间为10s左右 如果持续时间长，其值要小的多，1h大约：0.10.2马力（0.070.15kw）,人的脚踏速度,自行车运动与人的心脏节律保持一定关系。 健康人的心脏跳动为70次每分钟，脚踏则为：60r每分钟,人的平衡机能,骑车人的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，骑车人有好的平衡机能可很好的掩盖自行车的某些缺陷。,人的手和握力,人的手和握力影响刹车性能 男女性，成年人和儿童各不同 一般只想用10%左右的力量便达到必要的减速,人的疲劳,影响人疲劳的因素： 部分肌肉负担过大 骑车姿势不合适 体重对鞍座的体压分体不合适 影响出力因素： 人的最大摄氧量,人机工程分析 -自行车设计结构要素分析,速比,大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在2.34.0范围内 利用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度 速比应合适，不宜过小，也不宜过大： 过小：不能充分提速，得不到最大输出功率 在限定的曲柄转速下得不到必要的骑行速度（后轮速度） 过大：踏力大，容易疲劳 以肌肉负担约为最大肌力的10%来选择速比和曲柄转速,变速器的设计,曲柄长度,按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度 通常曲柄长度的基准为：取人体身长的1/10，相当于大腿骨长的1/2.,曲柄设计：,三接点位置,鞍座位置a，车把位置b，脚蹬位置c 按三点调整法：ab和ac约等 一般ab=（ac-3）cm a点略低于b点 约为5cm,鞍座位置,分析： 鞍座过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲劳无力 鞍座过高，骑行时腿部肌肉拉的过紧，脚趾用力过多，双脚也容易疲劳，骑车适当用力为脚掌。 原则： 行驶较快的车，鞍座位置要向前移 行驶较慢的车，鞍座位置要向后移,鞍座位置,鞍座位置高低设计或校正最常用方法：,使手臂的腋窝部位中心紧靠鞍座中部，使手的中指能触到装配链轮的中轴心为宜。 只要腋窝中心至中指的长度确定下来，鞍座高度便可大致确定。,可调节式鞍座设计：,车闸,设计时，闸把开档.力率和闸把力要与人手的大小和握力相适应。 理想的施闸力和减速度,人机工程分析 -人-车动态特性分析,动态稳定性,自行车的稳定是行驶过程中的稳定，是一种动态平衡的稳定性 动态稳定性影响到自行车骑行中的动作，包括直进稳定性和前后左右方向的稳定性。（图a） 稳定性是安全行驶时必不可少的特性 设计时必须考虑其稳定性,力学特性,自行车行驶在平地上转弯的条件是侧向力（与离心力平衡）与自行车总重量（人和车的重量）的合力作用线要通过轮胎与地面的接触点。 自行车造型设计要适合这种力学特征设计,转向特征,自行车转弯可能的三种情况（如图