机械设计人体工程学

机械设计人体工程学第1页/共71页人体测量数据运用原则1、确定设计中最重要的尺度2、确定设计的使用者的群体3、百分位的合理选择4、尽量使用最新的人体尺寸数据5、注意动态尺寸产品功能尺寸的设定1、功能修正量2、心理修正量3、产品功能尺寸的确定产品最小功能尺寸人体尺寸百分位+功能修正量产品最佳功能尺寸人体尺寸百分位+功能修正量+心理修正量第2页/共71页第二节、人体活动一、人体动作空间主要分为两类:（一）、肢体活动的范围(作业域)肢体活动的范围:肢体的活动空间实际上它也就是人在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。因为这一概念也常常被用来解决人们在工作各种作业环境的问题。所以也称为"作业域"。

第3页/共71页手脚的工作域：1、水平作业域是人于台前，在台面上左右运动手臂而形成的轨迹范围，手尽量外伸所形成的区域为最大作业域。而手臂自然放松运动所形成区域为通常作业域.第4页/共71页第5页/共71页2、垂直作业域：指手臂伸直，以肩关节为轴作上下运动所形成的范围。对决定人在某一姿态时手臂触及的垂直范围有用，如搁板，挂件门拉手等，带书架的桌子。第6页/共71页第7页/共71页

摸高：是指手举起时达到的高度，身高与摸高的关系见图。垂直作业域与摸高是设计各种框架和扶手的依据，柜架的经常使用的部分应该设计在这个范围内.

第8页/共71页第9页/共71页（二）、人体活动空间(作业空间)

现实生活中人们并非总是保持一种姿势不变，人们总是在变换着姿势，并且人体本身也随着活动的需要而移动位置，这种姿势的变换和人体移动所占用的空间构成了人体活动空间.也叫作业空间。常见的基本姿态：1、静态的手足活动：人体静态的手足活动时有不同的姿态，归纳的基本姿态有4种：立位、坐位、跪位和卧位。当人采取某种姿态时即占用一定的空间，通过对基本姿态的研究，我们可以了解人在一定的姿态的手足活动时占用的空间的大小。每个姿态对应一个尺寸群。

第10页/共71页第11页/共71页a、立姿的活动空间立姿时人的活动空间不仅取决于身体的尺寸，而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉，驰、脚的站平面不变时，为保持平衡必须限制上身和手臂能达到的活动空间。在此条件下，立姿活动空间的人体尺度如图1-11所示。第12页/共71页b、坐姿的活动空间根据立姿活动空间条件，坐姿活动空间的人体尺度见图1-12。第13页/共71页c、单腿跪姿的活动空间根据立姿活动空间的条件，单腿跪姿活动空间的人体尺度如图1-13所示第14页/共71页d、仰卧的活动空间第15页/共71页2、姿态变换：姿态的变换集中于正立姿态与其它可能姿态之间的变幻，姿态的变换所占用的空间并不一定等于变换前的姿态和变换后的姿态占用空间的重叠第16页/共71页第17页/共71页第18页/共71页第19页/共71页3、人体移动：人体移动占用的空间不应仅仅考虑人体本身占用的空间，还应考虑连续运动过程中由于运动所必需的肢体摆动或身体回旋余地所需的空间。

人与物的关系：人体在进行各种活动中，在很多情况下与一定的物体发生联系，这些物体大致可分四类：

（1）、与其他人相互作用人与物的关系：人体在进行各种活动中，在很多情况下与一定的物体发生联系，这些物体大致可分四类：

（1）、与其他人相互作用，见图

（2）、用具：持于身前、身后、体侧、托于身上、可挥舞的等

（3）、家具：移动家具，支撑人体家具、贮藏家具

（4）、建筑构件：门、通道阶梯、栏杆等

第20页/共71页（2）、用具：持于身前、身后、体侧、托于身上、可挥舞的等

（3）、家具：移动家具，支撑人体家具、贮藏家具

（4）、建筑构件：门、通道阶梯、栏杆等第21页/共71页三、人体作业域和作业空间在室内设计中的具体应用卧室：主要供居住者睡眠、休息的空间，其大小由睡眠、休息、储存、读写等功能的需要而决定。第22页/共71页第23页/共71页卫生间：主要供居住者洗浴、便溺等第24页/共71页第25页/共71页第26页/共71页厨房：主要供居住者进行炊事活动的空间，是住宅家庭烹饪行为的工作间，现代生活要求厨房除具有交流性和多功能性以处，还要具有舒适性、自动化以及互换可调性的多样化特点。第27页/共71页第28页/共71页起居室：供居住者进行娱乐、休息、会客等的空间。第29页/共71页第30页/共71页第31页/共71页餐厅：供居住者进餐外，还可供亲朋团聚和家庭成员进行休息、交谈、做家务、育儿教育等活动，其长宽和面积应根据进餐人数以及餐桌座椅尺寸决定。第32页/共71页餐厅：供居住者进餐外，还可供亲朋团聚和家庭成员进行休息、交谈、做家务、育儿教育等活动，其长宽和面积应根据进餐人数以及餐桌座椅尺寸决定。第33页/共71页第34页/共71页第35页/共71页第三节、重心问题在设计中许多尺寸的考虑还有个重心的问题，例如栏杆的设计，简单的说栏杆的高度应该高于人的重心，重心是考虑全部重量集中作用的点。当考虑人的重量时，就可以用这个点来代替人体重量之所在所以如果栏杆低于这一点，人体一旦失去稳定，就可能越过栏杆而坠落。而重心一般在人的肚脐后，所以当人们站在栏杆附近，如果发现栏杆比自己的肚脐还低，就会产生恐惧感。理论上的人体重心高度如以身高为100，重心则为56。如平均身高为163厘米，重心高度为92厘米。这是平均值，修正一下取110厘米较好。

一般来说每个人的重心位置不同，主要是受身高、体重和体格的不同的影响。通常躯干低的人重心偏向下方，反之则偏上根据测定重心在身高一半以上的人不到50％。此外重心还随人体位置和姿态的变化而不同。

第36页/共71页第三章、人体与家具工作面的高度：作业区设计主要依据人体尺寸的测量数据，而作业性质、生理和心理诸因素也会影响作业区的设计。工作面的高度是决定人工作时的身体姿势的重要因素。

工作面是指作业是手的活动面。工作面可以是工作台的台面，也可以是主要作业区域。工作面的高度决定于作业时手的活动面的高度。第37页/共71页1、工作面高度应由人体肘部高度来确定.2、工作面的最佳高度要低于人的肘部。工作面的高度是决定人工作的身体姿势的重要因素。工作面的高度设计按基本作业姿势可分为三大类：A、站立作业站立工作时，工作面的高度决定了人的作业姿势。站立时最佳工作面的高度在肘高以下5-10厘米男性最佳工作高度95-100厘米女性最佳工作高度88-93厘米作业的性质也会影响作业面高度的设计B、坐姿作业最佳工作面的高度在肘高(座姿的肘高)以下5-10厘米，一般来说办公桌应该按身教较大的人的人体尺寸去设计，因为身材小的人可以加高椅面和使用踮脚台。第38页/共71页C：坐立交替式作业

这是指工作者在作业区内，既可坐也可站立。这种工作方式很符合生理学和矫形学(研究人体，尤其是儿童骨胳系统变形的学科）的观点。坐姿解除了站立时人的下肢肌肉负荷，而站立时可以放松坐姿引起的肌肉紧张，坐与站各导致不同肌肉的疲劳和肌疼，所以坐立之间的交替可以解除部分肌肉的负荷，坐立交替还可使脊椎中的椎间盘获得营养。是一个坐立交替式作业的机床设计。

有关尺寸如下：(1)膝活动空间：30cmx65cm

(2)作业面－椅面：30-60cm

(3)作业面：100～120cm；

(4)座椅可调范围，80～lOOcm。

第39页/共71页二、座椅设计

对椅子各种尺寸和角度测试第40页/共71页(一)座椅的基本尺寸要求1、重量的分布当人坐在椅子上的时候，身体的重量在两块坐骨上，(坐骨结节点)，我们把它做为坐位的基准点。2、座高指座面与地面的垂直距离，座高的设计是否合理是影响坐姿舒适度的重要因素之一，通常根据工作面的高度决定座椅高度，低于工作面的27-30厘米，这个距离内大腿的厚度占据了一定的高度。第41页/共71页3、椅面深度和宽度深度指椅面的前后距离，座位的深度和宽度应该取决于座位的类型，深度以人体尺寸臀部-膝盖的女性5个百分位；(通常375-400mm，不超过430mm)而宽度是以女性臀宽95个百分位为标准(通常是400mm加上50mm的衣服和口袋衣物的距离，对于有靠手的座椅，两靠手之间的距离最小是475mm。4、座面的倾斜度指椅面与水平面的夹角。休息椅可取14-24度，工作椅角度宜大，取2-5度。5、靠背：指座面水平面以上的支撑面，作用就是使躯干得到充分的支撑，特别是人体的腰椎获得舒适的支撑面，因此靠背的形状要基本与人体坐姿时的脊椎形状相吻合。一般靠背的宽为350-480mm6、身躯的稳定性：由设计决定，设计应使得主要的重量是围绕着坐骨结点的面积来承受，太软太高的坐垫易造成不稳定，椅子表面的材料采用纤维材料，可以透气，又可以减少身体下滑。除此，稳定性可以靠手来帮助，靠手高度自椅子以上200mm为好。如果需要手臂来支撑，可以把手臂放在桌子上。第42页/共71页(二)不同种类的座椅的尺寸参数1、休息椅设计重点在于使人体得到最大的舒适感，消除身体的紧张与疲劳。合理的设计应使人体的压力感减至最小。第43页/共71页A、一般休息椅的尺寸：设计首先要能使骨骼、肌肉放松，让人获得一种真正的休息，设计时尽量保证脊椎的正常形状，让背部肌肉得到最大的放松。第44页/共71页第45页/共71页第46页/共71页第47页/共71页B、沙发与躺椅的尺寸：沙发的尺度与弹性材料的软硬有很大的关系，它的尺寸在满足一般休息椅的基础由，还可以有更细致的尺寸参考。第48页/共71页2、工作椅人工作时坐着的座椅称之为工作椅，这类座椅用于办分室及各种坐姿操作场所。如计算机房、打字室、控制室等场所，设计时应将舒适性和操作效率一起考虑，稳定性是主要因素，腰部应有适当的支持，重量要均匀分布于座垫(或座面)上，同时要适当考虑人体的活动性，操作的灵活性与方便等。(1)工作椅设计的主要依据芬兰设计师庫卡波罗第49页/共71页A、坐姿生理学a、脊柱：在良好的座姿状态下，压力可比较均匀地分布在各椎间盘上，肌肉承受均匀的静负荷，在非自然姿势时，脊柱上的压力分布不正常，会产生腰部酸痛、疲劳等不适感。第50页/共71页b、腰曲弧线：设计时要尽量保证形成正常腰曲弧线，躯干与大腿之间必须大于90度角，且腰部有支撑。第51页/共71页B、坐姿生理学a、肌肉活动度：当脊柱偏离自然状态时，肌腱组织会受到相互压力的作用，使肌肉活动度增加。在挺直坐姿下腰椎前向拉直肌肉组织紧张受力，而提供支撑腰椎后，活动力则明显减小b、体压分布第52页/共71页C、股骨受力分析人体结构在骨盆下面有两坐骨结节，人坐在舒适的座面上时，坐骨结节下面的座面呈近似水平时，两坐骨结节外侧的股骨处于正常的水平。d、椎间盘受力分析是舒适坐姿时椎间盘上受的压力均匀而轻微，腰部无不舒适感，由于坐姿不当，椎骨之间的间距发生变化，使压力平衡被打破，引起腰部不适。第53页/共71页(2)工作椅设计要点(3)工作座椅主要参数第54页/共71页多用椅这类座椅以多种功能为设计重点。它可能与桌子配合，可能是工作、休息兼用，也可能是作为备用椅可以折叠收藏起来。第55页/共71页三、床

在床的设计中，尺寸必须满足使用者的身长，并且提供适当的余地作为活动的需要，保证肌体得到充分的放松。四种不同形式的床第56页/共71页1、影响睡眠的主要因素影响睡眠的物质条件有温度、湿度、通风、照明、空间形态等2、床的尺度根据人体主要尺寸数据。第57页/共71页3、床垫质量与睡眠。4、床垫的结构5、枕头第58页/共71页四、桌类桌类家具是人们生活和工作所必须依凭性家具，如写字用的书桌、绘图用的制图桌，吃饭用的餐桌等，此外还有一些公共场所使用的操作台、收银台、讲台。第59页/共71页1、坐式用桌的基本尺度要求A、高度桌子往往是和椅子一同使用的，因此，桌子高度的确定中，椅子的尺寸是一个重要的参考数据：桌高=坐高+桌、椅高度差(1979年国际标准规定为300mm，我国是292mm)高度差是设计的关键，它要保证双腿能自由移动、搭叠、进出等各种活动，减缓工作时疲劳的产生时间。我国国家标准GB3326-82规定桌面高度为700mm-760mm，级差为20mm。B、桌面尺寸桌面是以人的手臂活动为主的区域。我国国家标准GB3326-82规定双柜写字桌面宽：1200