人機(jī)工程學(xué)之自行車分析

1、自行車簡介自行車簡介人機(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)概念自行車概念自行車自行車結(jié)構(gòu)自行車結(jié)構(gòu)一、自行車簡介一、自行車簡介1）發(fā)展：1818年，德國的德萊斯在前輪上加了一個控制方向的車把子，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)騎車人踩動腳蹬，車子就會自行運動起未，向前跑去。 1861年，法國的米肖父子，原本職業(yè)是馬車修理匠，他們在前輪上安裝了能轉(zhuǎn)動的腳蹬板；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，會從車子上掉下來。他們把這輛兩輪車冠以“自

2、行車”的雅名，并于1867年在巴黎博覽會上展出，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，改變方向時也只能下車搬動車子。 一、自行車簡介一、自行車簡介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，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)動來推動車子前進(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

3、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)，運動學(xué)的角度設(shè)計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)計的自行車車型與今天自行車的樣子基本一致了。 2）種類：一、自行車簡介一、自行車簡介2）種類：一、自行車簡介一、自行車簡介2）種類：一、自行車簡介一、自行車簡介2）種類：一、自行車簡介一、自行車簡介二、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)： 由車把

4、、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柄、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動的，從而使自行車不斷前進(jìn)。 制動系統(tǒng)：它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時操縱車閘，使行駛的自行車減速、停駛、確保行車安全。前叉部分：自行車設(shè)計國家標(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為參照，設(shè)計時考慮手掌中

5、央與車把把套的中央為接觸點，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，如果是長時間騎行會感覺輕松很多，因為一只腳踩下去的同時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，自行車向一傾斜 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，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

6、塊坐骨結(jié)節(jié)，時間久了便會感到疲勞，造成臀部疼痛。坐姿時坐骨結(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，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，會時股骨因受到壓迫而向上轉(zhuǎn)動并承受載荷，且還會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、鞍座結(jié)構(gòu)設(shè)計鞍座的設(shè)計應(yīng)采用局部凹陷的結(jié)構(gòu)以減少對騎乘者坐骨生殖區(qū)造成的壓迫。座面寬度：根據(jù)人體測量學(xué)，50%的人群盆骨的坐骨結(jié)節(jié)間距約為200-220mm，在設(shè)計時還需加上適當(dāng)?shù)脑O(shè)計余量（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

7、。由于女性的髖骨要寬于男性，在鞍座設(shè)計時，女士自行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會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，還可減少騎行路面不平整時所產(chǎn)生的震動沖擊，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

8、散熱散熱。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：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力的輸出大小。決定輸出效率的傳動部分的輸出大小。決定輸出效率的傳動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。多次實驗得知：立管角如果大于80

9、，結(jié)合人體工程學(xué)的原理，騎行者的大腿骨、小腿骨的動作反而受到約束、動作不靈活、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、此時的曲柄應(yīng)轉(zhuǎn)到呈60時用腳掌蹬力最舒適位置。曲柄過長，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎時膝關(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量，并通過腳蹬驅(qū)動，推動車輛前進(jìn)。據(jù)有關(guān)資料介紹，腳踏力和車輪啟

10、動力距是1：20。為了更好地發(fā)揮車輪的氣動力，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。閘把施閘力/N 相對握力%減速度說明6035050010701000.1g0.6g0.8g控制下坡速度全剎車緊急全剎車注：g=9.8m/s2車測試部分： 坐墊部分為了把減輕降低行駛時對下體的壓力，我們可以在設(shè)計坐墊的時候?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，長時間處于一種前屈運動的狀態(tài)，坐姿屬于非自然、良好的坐姿，這樣椎間盤內(nèi)壓力分布不均衡，就會產(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，應(yīng)使人騎車時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?。大?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