人机工程学在跑步鞋设计中的应用.pdf

257 探索研究 Exploration and research 质量管理 【文章摘要】 运用人机工程学的基本原理， 深入 分析脚底力学的特性。 在此基础上， 将 脚的尺寸数据应用于跑步鞋产品设 计， 根据脚的尺寸和跑步鞋的功能的 综合分析， 考虑脚的动作因素， 尺寸因 素以及生理因素结合材料设计， 使设 计的跑步鞋更加的人性化， 更加的舒 适， 且满足助跑的功能。 【关键词】 人机工程 ； 跑步鞋 ； 人机界面 人机工程学越来越多的运用到生活 中， 人们越来越追求舒适、 便捷， 本文在跑 步鞋的设计中考虑人机工程学的相关理 论， 根据人机界面设计的原则， 考虑人体 的参数、 心理状态、 运动趋势等方面综合 进行分析， 设计鞋身、 鞋面、 鞋底等。 1 鞋身设计 跑步鞋的鞋身设计即鞋楦设计， 目的 是设计出跑步鞋的鞋身尺寸， 以及跑步鞋 的鞋身曲线。 脚长是确定跑步鞋鞋号的基 础， 也是设计鞋楦的重要依据， 但是不管 什么样式的鞋楦， 它的鞋底长度肯定会大 于脚的长度。 本次跑步鞋设计以男子脚长 260mm 为设计样本来设计跑步鞋， 鞋长设 计尺寸为 275mm， 鞋前掌宽度设计尺寸 为 106mm， 后跟宽度为 82mm， 后帮高度为 69mm。 根据以下几点 ： （1） 脚的长度肯定会受到季节天气变 化和运动量不同的影响， 这种改变量一般 为 3 至 5mm， 而人长时间运动， 运动量增 加也会使脚膨胀。 （2） 人穿跑步鞋运动时， 跑步鞋内必 须要为脚留有一定活动的余地， 这种长度 被称作 “放余量” ， 一般男子跑步鞋的鞋 楦放余量为 20mm， 女子跑步鞋的鞋楦为 16.5m。 （3） 鞋的后跟处需要留有适当的弧 度级后容差， 要求与脚的到后跟的弧度想 对应， 这样设计是为使鞋更加贴合脚， 跑 步鞋穿在脚上更加合脚， 有效的避免鞋不 跟脚的现象。 一般情况下男鞋的后容差是 5mm， 女鞋的后容差是 4.5mm。 （4） 楦跖围需要比脚的跖围小3.5mm， 这样设计是因为鞋的跖围部分会顶住跖 关节， 使脚趾不会向前顶鞋尖， 有效避免 脚疼。 2 鞋面设计 跑步鞋的面料大约有 PVC、 PU、 牛巴、 超细纤维， 天然皮、 网布等几大类。 通过调查了解到， 消费者对跑步鞋 的透气性意见很大， 认为大多数跑步鞋透 气性差， 而且鞋面材料硬度大， 不舒适。 因 人机工程学在跑步鞋设计中 的应用 张 伟 王海昕 张 崇 沈阳工学院能源与水利学院 辽宁抚顺 113122 此， 本次设计在鞋面设计上采用了柔软轻 巧的鞋面材料， 而且无毒无害。 综合以上 因素， 跑步鞋的鞋面材料选定为 PU 人造 革、 网面、 TPU 材料。 因为 PU 人造革柔软、 有弹性、 手感好， 适合做鞋面内层， 网面具 有着良好的透气性， 而且轻盈， 很适合做 鞋面的中间层， TPU 材料强度高、 韧性好、 耐磨、 耐寒、 耐油、 耐水、 耐老化、 耐气候等 特性， 同时他具有高防水性透湿性、 防风、 防寒、 抗菌、 防霉、 保暖、 抗紫外线以及能 量释放等许多优异的功能， 非常适合做鞋 面的外层。 3 鞋里设计 根据材料的不同特性， 结合本次设计 为夏季跑步鞋， 因夏季温度高， 多雨， 所以 鞋的透性和防水性要好， 为此鞋里的内衬 选材要具有良好的透气排汗性并且有防 水作用， 根据人体的生理特点， 内衬选用 GORE-TEX 布料， 该布料能够提高跑步 鞋的透气性， 使脚一直保持干爽， 并且该 布料具有良好的防水性。 这样既提高了人 的运动积极性， 又可以保证脚的卫生与健 康。 4 鞋垫设计 本设计采用最新纺织材料天鹅绒布， 其具有吸收并输出脚部湿气的能力天鹅 绒布面 设计尺寸以男子脚长 260mm 为准， 鞋垫设计长度为 270mm， 前掌处的设计 厚度为 5mm， 后掌处的设计厚度 13mm， 鞋垫前掌设计宽度为 90mm， 后掌宽度为 74mm， 后掌垫斜面提升 20。 由表面天鹅绒布和内里 EVA 材质构 成的鞋垫， 能更好的为脚提供缓冲， 并且 保护脚趾不受伤， 脚跟处能够得到充分的 保护。 5 跑步鞋外底 为了增进跑步鞋的助跑性能， 跑步鞋 外底材料的选择和外底样式设计尤为重 要， 市面上有着非常多的材质， 在这些材 料中要选择最适合跑步鞋助跑功能的材 料。 助跑性能的好坏， 体现在跑步鞋的自 身重量、 鞋底摩擦力、 鞋底弹力。 做外底的材料首先应当满足耐磨、 防 滑、 减震、 轻巧等基车要求， 进一步再满足 特殊的要求。 综合分析各种材料后， 跑步鞋外底采 用碳素橡胶材料， 鞋底图案设定为华夫格 图案， 并设计出弯曲沟槽， 来加强平滑牵 引， 让外底拥有足够的抓地力和摩擦力。 6 气垫设计 通过人机工程对跑步鞋鞋底进行设 计分析， 为提高跑步鞋的助跑性和舒适 性， 且考虑到使用者大多进行健身慢跑运 动， 所以本次设计采用全掌气垫且气垫内 充入惰性气体氦气， 气垫的尺寸与鞋底 相同， 鞋底结合处的气室厚度大约 10mm， 气室壁厚 1mm， 质地柔软， 弹性强 ； 位于中 间部位的气室厚度都偏大， 大约 1.8mm， 弹 性弱， 起到支撑人体重量的作用 ； 位于中 间的实心层比较厚， 厚度为 28mm， 起到连 接前后脚掌的作用。 后跟处气室的厚度为 20mm， 主要负责落地缓冲减震作用。 前掌 最薄处厚度一般为 13 毫米， 后跟最厚厚度 为 30mm， 整个气垫从后跟到前掌是一楔 形结构。 部分隐藏的气室缘厚度为 8mm。 7 结论 （1） 以男子脚长 260mm 为设计样本来 设计跑步鞋， 鞋长设计尺寸为 275mm， 鞋 前掌宽度设计尺寸为 106mm， 后跟宽度为 82mm， 后帮高度为 69mm。 （2） 鞋面运用 Hyperfuse 技术将 PU 人 造革、 网面、TPU 材料结合在一起， 形成 轻巧牢固的鞋面， 而且鞋面的透气性将非 常好， 网状结构将鞋内的热量充分的散发 出去 （3） 鞋里内衬选用 GORE-TEX 布料， 该布料能够提高跑步鞋的透气性， 使脚一 直保持干爽， 并且该布料具有良好的防水 性。 这样既提高了人的运动积极性， 又可 以保证脚的卫生与健康。 （4） 鞋垫由表面天鹅绒布和内里 EVA 材质构成的鞋垫， 能更好的为脚提供缓 冲， 并且保护脚趾不受伤， 脚跟处能够 得到充分的保护。 设计尺寸以男子脚长 260mm 为准， 鞋垫设计长度为 270mm， 前 掌处的设计厚度为 5mm， 后掌处的设计厚 度 13mm， 鞋垫前掌设计宽度为 90mm， 后 掌宽度为 74mm， 后掌垫斜面提升 20。 （5） 跑步鞋外底采用碳素橡胶材料， 鞋底图案设定为华夫格图案， 并设计出弯 曲沟槽， 来加强平滑牵引， 让外底拥有足 够的抓地力和摩擦力。 （6） 本次设计采用全掌气垫且气垫内 充入惰性气体氦气， 气垫形状与外底形状 相同。 【参考文献】 1 张力， 廖可兵 安全人机工程学 M 北京 ： 中国劳动社会保障出版社， 2007 2 丁玉兰 人机工程学 M 北京 ： 北 京理工大学出版社，2000 3 孔庆华 人因工程基础与案例 J 北京 ： 化学工业出版社，2008 4 陈念慧 鞋靴设计学 M 北京 ： 中 国轻工