人機(jī)工程學(xué)之自行車(chē)

1、 自行車(chē)簡(jiǎn)介自行車(chē)簡(jiǎn)介 人機(jī)學(xué)應(yīng)用人機(jī)學(xué)應(yīng)用 不足與改進(jìn)不足與改進(jìn) 概念自行車(chē)概念自行車(chē) 自行車(chē)結(jié)構(gòu)自行車(chē)結(jié)構(gòu) 一、自行車(chē)簡(jiǎn)介一、自行車(chē)簡(jiǎn)介 1）發(fā)展： 1818年，德國(guó)的德萊斯在前輪上加了一個(gè)控制方向的車(chē)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(chē)軸上裝上曲柄，再用連 桿把曲柄和前面的腳蹬連接起來(lái)，并且前后輪都用鐵制的，前輪大，后 輪小。當(dāng)騎車(chē)人踩動(dòng)腳蹬，車(chē)子就會(huì)自行運(yùn)動(dòng)起未，向前跑去。 1861年，法國(guó)的米肖父子，原本職業(yè)是馬車(chē)修理匠，他們?cè)谇拜喩习惭b 了能轉(zhuǎn)動(dòng)的腳蹬板；車(chē)子的鞍座架在前輪上面，這樣除非騎車(chē)的技術(shù)特 別高超，否則就抓不穩(wěn)車(chē)把，會(huì)從車(chē)子上掉下來(lái)

2、。他們把這輛兩輪車(chē)冠 以“自行車(chē)”的雅名，并于1867年在巴黎博覽會(huì)上展出，讓觀眾大開(kāi)眼 界。 1790年，法國(guó)人名西夫拉克，這輛最早的自行車(chē)是木制的，它的結(jié)構(gòu)比較 簡(jiǎn)單，既沒(méi)有驅(qū)動(dòng)裝置，也沒(méi)有轉(zhuǎn)向裝置，騎車(chē)人靠雙腳用力蹬地前行， 改變方向時(shí)也只能下車(chē)搬動(dòng)車(chē)子。 一、自行車(chē)簡(jiǎn)介一、自行車(chē)簡(jiǎn)介 1）發(fā)展： 1869年，英國(guó)的雷諾采用鋼絲輻條來(lái)拉緊車(chē)圈作為車(chē)輪；同時(shí)，利用細(xì)鋼棒來(lái) 制成車(chē)架，車(chē)子的前輪較大，后輪較小。從而使自行車(chē)自身的重量減小一些。 真正具有現(xiàn)代形式的自行車(chē)是在1874年誕生的。英國(guó)人羅松在這一年里，別出 心裁地在自行車(chē)上裝上了鏈條和鏈輪，用后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)車(chē)子前進(jìn)。但仍然 是前輪

3、大，后輪小，看起來(lái)不夠協(xié)調(diào)，不穩(wěn)定。 1886年，英國(guó)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(chē)樣式，為自行車(chē)裝上了前叉和車(chē)閘，前后輪的大 小相同，以保持平衡，并用鋼管制成了菱形車(chē)架，還首次使用了橡膠的車(chē) 輪。斯塔利不僅改進(jìn)了自行車(chē)的結(jié)構(gòu)，還改制了許多生產(chǎn)自行車(chē)部件用的 機(jī)床，為自行車(chē)的大量生產(chǎn)利推廣應(yīng)用開(kāi)辟了寬闊的前景，因此他被后人 稱(chēng)為“自行車(chē)之父”。斯塔利所設(shè)計(jì)的自行車(chē)車(chē)型與今天自行車(chē)的樣子基 本一致了。 2）種類(lèi)： 一、自行車(chē)簡(jiǎn)介一、自行車(chē)簡(jiǎn)介 2）種類(lèi)： 一、自行車(chē)簡(jiǎn)介一、自行車(chē)簡(jiǎn)介 2）種類(lèi)： 一、自行車(chē)簡(jiǎn)介一、自行車(chē)簡(jiǎn)介 2）種類(lèi)： 一、自行

4、車(chē)簡(jiǎn)介一、自行車(chē)簡(jiǎn)介 二、結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu) 二、結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向系統(tǒng)： 由車(chē)把、前叉、前軸、前輪等部分組成。乘騎者可以通過(guò)操縱車(chē)把來(lái)改變 行駛方向并保持車(chē)身平衡。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)： 由腳蹬、中軸、牙盤(pán)、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(guò)曲柄、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動(dòng)的，從而 使自行車(chē)不斷前進(jìn)。 制動(dòng)系統(tǒng)： 它由車(chē)閘部件組成、乘騎者可以隨時(shí)操縱車(chē)閘，使行駛的自行車(chē)減速、停駛 、確保行車(chē)安全。 前叉部分： 自行車(chē)設(shè)計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：車(chē)把前叉軸線與通過(guò)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(chē)把部分： 這是關(guān)系到操縱和制動(dòng)性能的主要部

5、件。例如山地車(chē)，車(chē)把的寬度以 中青年男子的肩寬480mm，手掌寬度100mm為參照，設(shè)計(jì)時(shí)考慮手掌中 央與車(chē)把把套的中央為接觸點(diǎn)，這樣可使整車(chē)受力平衡，具備安全可 靠的操縱車(chē)把和剎車(chē)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(jiàn) 的腳踏，腳和腳踏是分開(kāi)的。自鎖腳踏需使用專(zhuān)用配套自鎖鞋，如果 是長(zhǎng)時(shí)間騎行會(huì)感覺(jué)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(lái)說(shuō)可以省力25%。 水平腳踏自鎖腳踏 根據(jù)自行車(chē)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：1、腳蹬面朝上放置時(shí)，自行車(chē)向一傾斜 25， 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

6、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(guò)分壓迫使人覺(jué) 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。 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

7、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(chē)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 自行車(chē)的鞍座寬度要比男性的寬一些。 鞍座長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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。 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(guò)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

8、特征。柔軟度適 中的坐墊材料，還可減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透氣性較好的皮革材料皮革材料以利于散熱散熱。 車(chē)架部分： 車(chē)架是自行車(chē)的主要部件，它與車(chē)把、前叉和前后車(chē)輪連接，承載著 騎車(chē)人的全部重量，分前三角和后三角兩部分。車(chē)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(chē)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(chē)架的后三角部分： 立管的長(zhǎng)度、角度決定鞍座的位置，其位置與曲柄的長(zhǎng)度等因素決定 了騎行動(dòng)力的輸出大小。決定輸出效率的

9、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(chē)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)合的思路出發(fā)，依據(jù) 實(shí)際情況選擇角度問(wèn)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(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎時(shí)膝關(guān)節(jié) 碰到車(chē)把，騎行發(fā)生困難，影響 騎行者的輸出性能。 選取

10、曲柄為165mm-170mm時(shí)為最 適合，使騎行者即省力又舒適。 曲柄: 車(chē)輪部分： 車(chē)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(chē)和騎行者的總重量，并通過(guò)腳蹬驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)。 據(jù)有關(guān)資料介紹，腳踏力和車(chē)輪啟動(dòng)力距是1：20。為了更好地發(fā)揮 車(chē)輪的氣動(dòng)力，則要提高車(chē)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。 閘把施閘力/N 相對(duì)握力%減速度說(shuō)明 60 350 500 10 70 100 0.1g 0.6g 0.8g 控制下坡速度 全剎車(chē) 緊急全剎車(chē) 注：g=9.8m/s2 車(chē) 測(cè)試部分： 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)?側(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(chē)時(shí)，長(zhǎng)時(shí) 間處于一種前屈運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，坐姿屬 于非自然、良好的坐姿，這樣椎間盤(pán) 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(chē)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?疲勞降低。大于90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(chē) 的坐墊后面設(shè)置一個(gè)適當(dāng)?shù)?/p>