人機(jī)工程學(xué)在自行車中的應(yīng)用

1、人機(jī)工程學(xué),姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師：,一、自行車的簡介,1）發(fā)展：,1818年，德國的德萊斯在前輪上加了一個(gè)控制方向的車把子，可以改變前進(jìn)的方向。,1840年，英格蘭的鐵匠麥克米倫，他在后輪的車軸上裝上曲柄，再用連桿把曲柄和前面的腳蹬連接起來，并且前后輪都用鐵制的，前輪大，后輪小。當(dāng)騎車人踩動(dòng)腳蹬，車子就會(huì)自行運(yùn)動(dòng)起未，向前跑去。,1861年，法國的米肖父子，原本職業(yè)是馬車修理匠，他們?cè)谇拜喩习惭b了能轉(zhuǎn)動(dòng)的

2、腳蹬板；車子的鞍座架在前輪上面，這樣除非騎車的技術(shù)特別高超，否則就抓不穩(wěn)車把，會(huì)從車子上掉下來。他們把這輛兩輪車冠以“自行車”的雅名，并于1867年在巴黎博覽會(huì)上展出，讓觀眾大開眼界。,1790年，法國人名西夫拉克，這輛最早的自行車是木制的，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，既沒有驅(qū)動(dòng)裝置，也沒有轉(zhuǎn)向裝置，騎車人靠雙腳用力蹬地前行，改變方向時(shí)也只能下車搬動(dòng)車子。,一、自行車的簡介,1）發(fā)展：,1869年，英國的雷諾采用鋼絲輻條來拉緊車圈作為車輪；同時(shí)，

3、利用細(xì)鋼棒來制成車架，車子的前輪較大，后輪較小。從而使自行車自身的重量減小一些。,真正具有現(xiàn)代形式的自行車是在1874年誕生的。英國人羅松在這一年里，別出心裁地在自行車上裝上了鏈條和鏈輪，用后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來推動(dòng)車子前進(jìn)。但仍然是前輪大，后輪小，看起來不夠協(xié)調(diào)，不穩(wěn)定。,1886年，英國的約翰.k.斯塔利，是一位機(jī)械工程師，從機(jī)械學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度設(shè)計(jì)出了新的自行車樣式，為自行車裝上了前叉和車閘，前后輪的大小相同，以保持平衡，并用鋼管制成了菱形

4、車架，還首次使用了橡膠的車輪。斯塔利不僅改進(jìn)了自行車的結(jié)構(gòu)，還改制了許多生產(chǎn)自行車部件用的機(jī)床，為自行車的大量生產(chǎn)利推廣應(yīng)用開辟了寬闊的前景，因此他被后人稱為“自行車之父”。斯塔利所設(shè)計(jì)的自行車車型與今天自行車的樣子基本一致了。,,一、自行車的簡介,1）發(fā)展：,1888年，愛爾蘭的獸醫(yī)鄧洛普，從醫(yī)治牛胃氣膨脹中得到啟示，他把家中花園里用來澆水的橡膠管粘成圓形，打足了氣，裝在自行車輪子上，前往參加騎自行車比賽，居然名列前茅，引起了人們極大

5、的興趣。充氣輪胎是自行車發(fā)展史上一個(gè)劃時(shí)代的創(chuàng)舉，它增加了自行車的彈性，不會(huì)因路面不平而震動(dòng)；同時(shí)大大地提高了行車速度，增大了車輪與路面的摩擦力。這樣，就根本上改變了自行車的騎行性能，完善了自行車的使用功能。,同樣是1888年，英國考文垂市的約翰.k.斯塔利生產(chǎn)出了第一輛現(xiàn)代自行車——“安全”自行車。其主要特點(diǎn)是采用菱形車架，使得車身有更高的剛度和強(qiáng)度，后輪用鏈條驅(qū)動(dòng)，并通過前叉直接把握方向。,,2）種類：,,一、自行車的簡介,2）種類

6、：,1、 公路競(jìng)賽車 專門設(shè)計(jì)用來在公路上運(yùn)動(dòng)競(jìng)速的車種，車架方面采線條優(yōu)美的設(shè)計(jì)，有減低風(fēng)阻的下彎把手設(shè)計(jì)，交細(xì)的阻力外胎，且輪經(jīng)比一般的登山越野車都大，能不用花太大的力氣就可以輕松前進(jìn)，車架材質(zhì)部分，是采用超輕量化的材質(zhì)。,,1.公路競(jìng)賽車,一、自行車的簡介,2）種類：,2、下坡越野車 （1）競(jìng)技比賽使用的車種，因大部分的競(jìng)賽以下坡為主，為了克服崎嶇不平及速度快的挑戰(zhàn)，所以下坡越野車要有較堅(jiān)固的外型及寬且厚的輪胎 （2）車架均以特

7、殊質(zhì)料造成，有多種的選擇，包括鋁合金、鈦合金、碳纖維、高碳鋼及復(fù)合材料等 （3）避震系統(tǒng)方面，包括彈簧避震器、氣壓避震器、復(fù)合式避震器等 （4）煞車的部分，大都使用油壓煞車,,2.下坡越野車,一、自行車的簡介,2）種類：,3、 登山越野車 （1）MTB登山車系的一種，因林道路面及休閑運(yùn)動(dòng)需求所發(fā)展的車款，設(shè)有前置式避震器，舒適，省力，操控輕松，有較好的踩踏效率，求車身的靈活幾輕巧度，車架后面采用固定式后搖臂。 （2）變速系統(tǒng)方面，

8、采用前置式變速器，有18~27段的選擇，方便在不同路況中進(jìn)行加速或減速。 （3）變速把手有撥桿式及旋轉(zhuǎn)式 （4）煞車采用碟煞系統(tǒng)，配合專用的煞車輪架，在緊急狀況,,3.登山越野車,一、自行車的簡介,2）種類：,4、場(chǎng)地越野車 （1）單速設(shè)計(jì)且輪胎寬粗，車身小易于個(gè)種技巧運(yùn)作 （2）適合人工鋪設(shè)跑道、泥地競(jìng)速、土坡跳躍、模擬街道障礙的道具場(chǎng)地 及特技單車之用。,4.場(chǎng)地越野車,一、自行車的簡介,2）種類：,5、折疊自行車：其特征是

9、該車用升降手閘使整車軸心向上提升折疊成超小體積的軸心型便攜折疊車的整體結(jié)構(gòu)，整車折疊后放進(jìn)布袋（箱包）中成為折疊自行車的一體化結(jié)構(gòu)。在制作中則需要用鎖緊合頁將車架及龍頭、車座相連接；鎖緊合頁裝有彈簧、鋼索（線閘）等，方便操作；升降手閘可控制鎖緊合頁，確保安全和方便。,,5.折疊自行車,一、自行車的簡介,2）種類：,6、場(chǎng)地競(jìng)賽車： 場(chǎng)地賽中采用的自行車只配有一個(gè)齒輪，無閘。使用先進(jìn)的技術(shù)和器材，目的只有一個(gè)，就是讓人把自行車騎得越來越快

10、。,,6.場(chǎng)地自行車,一、自行車的簡介,2）種類：,,7、多功能越野車 （1）適合競(jìng)技及休閑的車種，能夠輕易地穿梭林道、河床地、公路及上下坡，還可以進(jìn)行簡單的跳躍動(dòng)作 （2）由于避震器的行程不長，所以保留了爬坡的優(yōu)越功能 （3）最大的特色是安裝了后懸吊鏈桿及搖臂，將凡避震系統(tǒng)發(fā)揮出最大的,7.多功能越野車,一、自行車的簡介,2）種類：,8、一般通勤車 一般民眾用來通勤的車種，因各國交通安全的法規(guī)須貼上反光、警示、明照等標(biāo)示,8.一

11、般通勤車,二、自行車的結(jié)構(gòu),,,自行車的車架、輪胎、踏腳、剎車、鏈條等25個(gè)部件中，其基本部分缺一不可。其中，車架是自行車的骨架，它所承受的人和貨物的重量最大。按照各部件的工作特點(diǎn)，大致可將其分為導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)：,導(dǎo)向系統(tǒng)： 由車把、前叉、前軸、前輪等部分組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由腳蹬、中軸、牙盤、曲柄、鏈條、飛輪后軸、后輪等部件組成。 人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲

12、柄、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動(dòng)的，從而使自行車不斷前進(jìn)。,制動(dòng)系統(tǒng)：它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時(shí)操縱車閘，使行駛的自行車減速、停駛、確保行車安全。,三、人機(jī)工程學(xué)在自行車中的應(yīng)用,前叉部分：,自行車設(shè)計(jì)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：車把前叉軸線與通過輪心的地面垂直線的交點(diǎn)到地面的距離不小于輪半徑的15%，不大于輪半徑的60%。,車把部分：,這是關(guān)系到操縱和制動(dòng)性能的主要部件。例如山地車，車把的寬度以中青年男子的肩寬480mm，手掌寬度100mm

13、為參照，設(shè)計(jì)時(shí)考慮手掌中央與車把把套的中央為接觸點(diǎn)，這樣可使整車受力平衡，具備安全可靠的操縱車把和剎車制動(dòng)的有利條件。,腳踏部分：,腳踏分為水平腳踏、自鎖腳踏和腳帶腳踏。水平腳踏即我們平日所見的腳踏，腳和腳踏是分開的。自鎖腳踏需使用專用配套自鎖鞋，如果是長時(shí)間騎行會(huì)感覺輕松很多，因?yàn)橐恢荒_踩下去的同時(shí)另一只腳還可以往上提，一般來說可以省力25%。,水平腳踏,自鎖腳踏,根據(jù)自行車國家標(biāo)準(zhǔn)：1、腳蹬面朝上放置時(shí)，自行車向一傾斜 25

14、76;，腳蹬上的零部件不觸及地面。2、腳蹬中心與泥板轉(zhuǎn)到任意角度時(shí)的間隔距離必須大于或等于89mm。,腳帶腳踏,鞍座部分：,人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，由人體組織的解剖學(xué)特性可知，與鞍座緊密接觸的是最能承受壓力的臀部的兩塊坐骨結(jié)節(jié)，時(shí)間久了便會(huì)感到疲勞，造成臀部疼痛。,坐姿時(shí)坐骨結(jié)節(jié)承受大部分的身體重量，當(dāng)座面接近水平狀態(tài)時(shí)，位于坐骨結(jié)節(jié)外側(cè)的股骨處于正常的位置（如圖）而不會(huì)受到過分壓迫使人覺得舒適；而當(dāng)座面呈斗型（凹式三角形）時(shí)，會(huì)時(shí)股骨因受到

15、壓迫而向上轉(zhuǎn)動(dòng)并承受載荷，且還會(huì)使髖部肌肉受壓從而引起不舒適感。,1、鞍座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鞍座的設(shè)計(jì)應(yīng)采用局部凹陷的結(jié)構(gòu)以減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)造成的壓迫。,2、鞍座尺寸設(shè)計(jì)座面寬度：根據(jù)人體測(cè)量學(xué)，50%的人群盆骨的坐骨結(jié)節(jié)間距約為200-220mm，在設(shè)計(jì)時(shí)還需加上適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量（40-60mm），以提高鞍座的舒適性，因此可確定普通休閑自行車的鞍座后端寬度為240-280mm為宜。由于女性的髖骨要寬于男性，在鞍座設(shè)計(jì)時(shí)，女士自行

16、車的鞍座寬度要比男性的寬一些。鞍座長度：據(jù)人體解剖學(xué)中人體解構(gòu)尺寸可知，鞍座后端的長度應(yīng)由坐姿狀態(tài)下坐骨結(jié)節(jié)離臀部后緣的距離（100-120mm）確定，鞍座總長度則由坐姿時(shí)會(huì)陰處離臀部后緣的距離（160-190mm）再加上適當(dāng)余量確定。,3、材料選取坐墊材料是影響鞍座舒適性的重要因素之一，同時(shí)也是騎行過程中減震元件之一。一般采用硬質(zhì)座面包覆軟硬適中的坐墊材料，同時(shí)還考慮到其透氣性、防水性等特征。柔軟度適中的坐墊材料，還可減

17、少騎行路面不平整時(shí)所產(chǎn)生的震動(dòng)沖擊，起到一定的減震避震作用，進(jìn)一步增強(qiáng)騎行舒適性。鞍座的面料可采用透氣性較好的皮革材料以利于散熱。,車架部分：,車架是自行車的主要部件，它與車把、前叉和前后車輪連接，承載著騎車人的全部重量，分前三角和后三角兩部分。車架的前后部分都應(yīng)具有一定的剛性和彈性。從而確保不同的道路，安全穩(wěn)定的行駛。,車架的前三角部分：上管、下管、立管組成了一個(gè)封閉的前三角，是決定騎行者操縱性能的主要部件。,車架的后三角部分：

18、立管的長度、角度決定鞍座的位置，其位置與曲柄的長度等因素決定了騎行動(dòng)力的輸出大小。決定輸出效率的傳動(dòng)部分的輸出大小。決定輸出效率的傳動(dòng)部件由鏈輪和飛輪的大小即速比而定。,自行車立管角度的大小，關(guān)系到騎行重心的位置和輸出效力。角度越大，即立管越往前傾，騎行速度越快。多次實(shí)驗(yàn)得知：立管角如果大于80°，結(jié)合人體工程學(xué)的原理，騎行者的大腿骨、小腿骨的動(dòng)作反而受到約束、動(dòng)作不靈活、有效肌力難以發(fā)揮。因此，要以舒適出發(fā)、速度相結(jié)合

19、的思路出發(fā)，依據(jù)實(shí)際情況選擇角度問題。,據(jù)有關(guān)資料分析：當(dāng)人呈水平狀態(tài)，小腿與水平的大腿基本垂直，而另一小腿能自然垂直于地面、此時(shí)的曲柄應(yīng)轉(zhuǎn)到呈60°時(shí)用腳掌蹬力最舒適位置。,曲柄過長，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎時(shí)膝關(guān)節(jié)碰到車把，騎行發(fā)生困難，影響騎行者的輸出性能。 選取曲柄為165mm-170mm時(shí)為最適合，使騎行者即省力又舒適。,曲柄:,車輪部分：,車輪部分分前輪和后輪，它是由前、后軸、輻條、內(nèi)外胎組成，以承受自行車和騎行者的總重

20、量，并通過腳蹬驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)車輛前進(jìn)。據(jù)有關(guān)資料介紹，腳踏力和車輪啟動(dòng)力距是1：20。為了更好地發(fā)揮車輪的氣動(dòng)力，則要提高車輪部件的質(zhì)量，就應(yīng)選用高韌性、高彈性的輕質(zhì)耐磨輪胎。,四、不足與改進(jìn),坐墊部分車把部分反射器,坐墊部分,,,為了把減輕降低行駛時(shí)對(duì)下體的壓力，我們可以在設(shè)計(jì)坐墊的時(shí)候?qū)蓚?cè)墊高，這樣就將更多的壓力分散到兩翼坐骨上，從而使得下體得到解放。其次，由于人在騎自行車時(shí)，長時(shí)間處于一種前屈運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，坐姿屬于非自然、

21、良好的坐姿，這樣椎間盤內(nèi)壓力分布不均衡，就會(huì)產(chǎn)生腰部酸痛、疲勞等不適感。要減輕腰部的不適感，在保證人體操作靈活性的同時(shí)，應(yīng)使人騎車時(shí)的坐姿接近自然坐姿。通常情況下，設(shè)置適當(dāng)?shù)目勘晨墒蛊诮档汀４笥?0°的靠背還可防止骨盆的旋轉(zhuǎn)，增加坐姿的穩(wěn)定性，基于上述原因與原理，可考慮在自行車的坐墊后面設(shè)置一個(gè)適當(dāng)?shù)目勘场？勘车木唧w尺寸如圖所示。,車把部分,,,我認(rèn)為可以在把手的后半面采用突起的一個(gè)脊（如圖），增加把握時(shí)的牢固度。同時(shí)把車把

22、的水平面增大，使手掌有更多托付面積，減小手掌單位面積的受力，在長距離行駛時(shí)不容易感到疲勞。剎車與車把平面的角度設(shè)計(jì)應(yīng)該是35—45度之間，這樣可以釋放手腕的壓力，最好是這個(gè)角度能夠設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)的。,反射器,反射器是能夠反射光線的裝載自行車前后及腳蹬的裝置，它的主要作用是在夜晚反射路燈和車輛的強(qiáng)光，以提示前后車輛注意自行車的位置，其實(shí)就是相當(dāng)于一個(gè)信號(hào)燈。基于這個(gè)作用，反射器的顏色必須是顯目，而且能夠引起人足夠的注意力，給人警示和指引