山地自行车改进设计.ppt

山地自行车的改进设计,山地车，因其坚固、粗犷、新颖的外型、缤纷夺目的色彩、优越的骑行性能，很快成为都市青年追求的时尚。,但是长时间的跋涉会遇到各种路况及突发事件，一件最让人头疼的事就是自行车车胎气不足，野外环境中自行车没有气会造成非常大的不便。,在日常生活中，城市中的市民骑车是会在车座下方挂一个锁，但是有时会因与轮胎触碰而造成危险。所以，要应用人因工程对这个问题进行改进。,防盗问题的分析,防盗问题的改进,由于山地自行车车把均为平直的车把，可以充分利用其内部空间。环形锁塞装在横管中，手柄通过搭扣与横管活动连接，需要将自行车锁定时，打开搭扣，将手柄连同环形锁从横管中取出，手柄此时充当锁舌，即可将自行车锁定，若有非配套钥匙的异物破坏锁芯时则防盗感应器启动警报器和强光灯，报警的同时用强光干扰盗贼视线。,车座存在的问题分析,大多数人长时间骑自行车，都会感到臀部疼痛。之所以如此，一部分原因是前倾式的骑车姿势使骑车者会阴与车座前端产生磨擦，时间一久就会感到不舒服；一部分原因则是车座的尺寸与人体尺寸不符所致。根据人体组织的解剖特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，身体的主要重量均由骨盆下的两块面积约为25c的坐骨结节承受。故车座设计不合适就会使坐骨结节处在车座外缘或紧挨外缘的位置，身体的压力使得坐骨结节被迫分离的趋势过大，由此导致臀部的疼痛感。,人体骨盆在车座上的位置,改进的方面和措施,车座后端的宽度应根据人体坐骨结节间距(50%的人群)加适当余量而定。女性骨盆的坐骨结节间距约为23cm，男性骨盆坐骨结节间距约为20cm。据此，车座宽度的适宜范围：男式单车为2426cm，女式单车为2629cm较合适。车座前端细部宽度由会阴加较小余量确定，这个宽度不可过宽，否则会对会阴产生较大磨擦。根据人体解剖学中的数据，可确定该宽度以68cm为宜，如上图所示。,1.车座宽度,2.车座长度,人体处于坐姿时，坐骨结节离臀部后缘约10-12cm，据此，车座后端的长度范围定为10-12cm，如前一张图图所示。车座总长不同于一般工作椅的座深，车座的总长只需给骑车者以有限的支承稳定性即可，因为车座过长势必影响大腿前后摆动的灵活性。 同时，人体的会阴中心离坐骨结节约半个大腿厚，车座总长由坐姿时臀部后缘到坐骨结节间距加上坐骨结节中心到会阴点间距加适当余量而定。根据有关数据，50%的人体大腿厚约为13cm，故车座长度范围为22-24cm(余量约取5.5cm)。,3.座面倾角,车座后倾一定的角度，一方面可使背部抵靠靠背，获得支持，从而降低背肌静压；另一方面则可防止坐者从座缘滑出座面。车座后倾的角度不可太大，如果太大，身体势必前屈作业，致使脊椎拉直，破坏正常腰椎曲线，形成一种费力姿势，一般后倾角在3以内为宜。 另外，有关的研究还表明，人在骑车时身体适当后倾，人体的迎风面积减小，更有利于发力和加速，如果靠背角为90，后倾角在15以内，则相当于前倾座面与靠背夹角在105以内，属坐姿的舒适范围。靠背对于脊椎部还能起适度的支持作用，肌肉紧张较小，背部压力在椎骨上分布也较均匀。基于此，座面倾角设置成可调式，能在后倾与前倾坐姿的舒适调节范围内连续调整，并可在任意角度锁紧，骑车者可根据需要调整车座倾角。,4.座垫,长时间骑车，臀部不舒服的另外一个原因就是座垫软硬不合适所致。车座加上座垫，人坐于其上，臀部压力值大为降低，接触支承面增大，使压力分散。但是座垫不可过软，过软不仅增加了身体的不稳定性，而且容易使人产生疲劳；过硬又会导致臀部痛楚或麻木。座垫的软硬应以股骨头刚好与座垫相接近，几近接触而无压力为宜。坐垫材料必须透气，且不易打滑，座垫应缝制或钉在车座上，使其对起坐时的动载有良好的弹性响应。,5.车座高度,如右图所示，根据人体坐姿的生物力学分析得知，人体上身越前倾，脊柱的弯曲程度越大，背部肌肉受力越大。当人骑车时，几乎完全伏在车把上，背部与水平面几乎平行，腰部椎间盘压力分布不当，腰椎变形。若将座位适当降低，一般是设计的车座低于车把，脊柱的弯曲程度就会降低，脊柱的形状接近自然状态，腰椎间盘的压力分布较均匀，有效减轻不合理的座位设计给人带来的伤害。,人体坐姿的生物力学分析,同样，车把也存在可以改进的方面。,1.车把的高度,自行车的车把如果偏低，骑车者必须弯下腰，时间久了，就会感到腰酸背疼，胳膊疲劳。车把的高度应保证骑车者在骑车时处于自然坐姿或接近自然坐姿，并使颈关节、胸关节、腰关节、髋关节、肩关节和肘关节处于舒适的调节范围内。 经实践测量，当车把的宽度接近于骑车者的最大肩宽时，人能够自然舒适地握住车把，并能保持长时间不易疲劳。据有关的统计数据，中等身材的人最大肩宽，男为43.1cm，女为39.7cm，因此，车把的宽度可定为39.7-43.1cm,2.把手的形状,现在自行车的把手很多都是橄榄形的，其实这并不符合人因工程学原理，因为当手握把手时，手的屈肌和伸肌共同完成握把。 从手掌的解剖特征看，掌心部分的肌肉最少，指骨间肌和手指部分是神经末稍满布的部位；指球肌和大、小鱼际是肌肉丰富的部位，是手部的天然减振器。橄榄形的把手将会使掌心受压受振，引起难以治愈的痉挛，也会引起疲劳和操失误。把手的设计应使操作者掌心处略有空隙，以减少压力和摩擦力的作用。如右图的把手比较好，把手的直径太小，则扭矩随之减小；若太大，则会减小握力，降低灵活性与作业速度，并使指端骨弯曲增加，长时间操作还会导致疲劳，比较合适的直径为3-4cm，因此，可把车把的直径定为大端4cm左右，小端3cm左右。把手的长度主要取决于手掌宽度，掌宽一般为7.1-9.7cm，因此把手的长度可定为12cm左右。,自行车把手的形状和尺寸,3.把手的弯度,传统的自行车把手为水平，这不符合人因工程学原理，因为这样将会使手腕处于背屈状态，腕部酸痛，握力减小，长时间操作还会引起腕道综合症、腱鞘炎等症状。测试表明，把手与水平位置成10左右效果最好，可以降低疲劳，并且容易操作，还使腕关节处于放松状态。如果必要的话，可以考虑自行车车把的蝴蝶型设计，如右图。,蝴蝶型车把,4.车闸,车闸的设计精度较高，而人手的抓握直径在13cm左右，所以，车闸直径可定为13cm左右，长度约等于把手长度。车闸与把手形成一个角度如右图，此角度的设计因素是抓握空间，当抓握空间宽度在4.58.0cm时抓力最大，据此，可计算出车闸与把手的交角为40。至于把手与车闸的表面设计，应保证能准确抓握，不产生滑动，所以它们的表面不能太光滑，要有一定的粗糙。,车闸实物,结语,随着技术的进一步发展，日趋完善化的设计更强调人的效能、安全、舒适和身心健康，在设计高效机的同时，充分考虑人的因素，反映人的需要，把人与机密切结合起来。但是，现行自行车，尤其是休闲、代步用普通自行车在这方面发展得不尽如“人意”，存在的问题主要是自行车的一些零部件尺寸不适于人。所以，在保证高效的同时，有必要全面分析在社会生活中对家用自行车的特殊需求和人因设计规范。根据需求对现在的自行车进行改进设计，充分考虑人的因素，对其做一些“人性化”的改善，以求在人们享受经济效率的同时，也能够维护和促进身体健康。,