第一篇：人機(jī)工程學(xué)在整體廚房設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)在整體廚房設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要

追求安全、健康、舒適和美觀是整體廚房設(shè)計(jì)的目的。本文通過設(shè)計(jì)調(diào)交 ,建立了整體廚房用戶模型 ,通過人機(jī)工 程學(xué)中舒適人體尺寸的運(yùn)用,研究了廚房空間的合理的平面布局方式、整體廚房的平面剖面尺度以及合理的儲(chǔ)藏空間等使用戶大大提高工作效率和操作的舒適度。

關(guān)鍵詞 : 整體廚房 ； 廚房 ； 櫥柜 ；人機(jī)工程學(xué)

abstract The pursuit of safety, health, comfort and beauty is the overall kitchen design.Through the design, the establishment of the overall kitchen user model, through the use of ergonomics in the comfort of human body size, the space of the kitchen.Reasonable.} plane arrangement, plane and the section sizes of the whole kitchen and reasonable storage space.The user can greatly improve the work efficiency and operating comfort.Key words: integral kitchen;kitchen;cabinet;Ergonomics

一、前言

整體廚房是將櫥柜、抽油煙機(jī)、燃?xì)庠罹?、消毒柜、洗碗機(jī)冰箱、微波爐、電烤箱、各式掛件、水盆、各式抽屜拉籃、垃圾粉碎器等廚房用具和廚房電器進(jìn)行系統(tǒng)搭配而成的一種新型廚房形式。具有儲(chǔ)存、清洗、加工、配俊、烹調(diào)、備俊、交流功能。進(jìn)入21世紀(jì),國民生活水平得到普遍提高,現(xiàn)代住宅設(shè)計(jì)已把設(shè)計(jì)重 點(diǎn)和 施 工精度放在起居室、洗手間和廚房上來了。消費(fèi)者的生活行為發(fā)生大的改變 ,廚房的功能不再是過去單一的滿足烹調(diào)行為要求 ,已發(fā)展為集倉儲(chǔ)、加工、清洗、烹飪和配蟹等多功能為一體的綜合服務(wù)空間。人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素;研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用;研究在工作中 家庭生活中與閑暇時(shí)怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學(xué)科。在整體廚房“人一機(jī)一環(huán)境” 的特定系統(tǒng)中,“ 人” 即操作者,是主要因素;櫥柜、設(shè)備及器具等是“機(jī)”，廚房的室內(nèi)空間尺度、形狀、色彩及聲、光、熱 空氣條件是“環(huán)境”,更設(shè)計(jì)出使操作者使用最好適的“環(huán)境”和最省力的“ 機(jī)”,則首先要分析、了解“人”。

二、設(shè)計(jì)調(diào)查

廚房的空間規(guī)劃需兼具實(shí)用、美觀、安全、易清理及省時(shí)省力。因此,空間的妥善規(guī)劃極為重要,這就必須進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)查,了解用戶與整體廚房產(chǎn)品有關(guān)的生活方式、行為方式、各種使用環(huán)境和情景、用戶的想象、用戶的期待等t31。同時(shí)了解用戶在廚房中進(jìn)行操作的過程和思維過程,從而發(fā)現(xiàn)用戶需要,獲取這些信息后,建立廚房?jī)?nèi)的用戶模型。

2.1用戶模型

廚房用戶的作業(yè)流程一般是:外購、儲(chǔ)存一摘揀—洗滌一調(diào)理一烹飪一配餐一上桌一洗刷的順序進(jìn)行。如圖1為廚房中的操作內(nèi)容及操作路線。按照用戶的一般操作流程 , 將廚房空間分為四大區(qū),即儲(chǔ)藏區(qū)、洗滌區(qū)、操作區(qū)、烹飪區(qū)、(進(jìn)餐區(qū))。如表2一1所示。依據(jù)流程分區(qū),整體廚房的平面布置順序依次應(yīng)是儲(chǔ)藏區(qū)、洗滌區(qū)、調(diào)理區(qū)、烹飪區(qū)。洗滌、調(diào)理均為濕作業(yè)場(chǎng)所,將后二個(gè)區(qū)域盡里安排在同一臺(tái)面上〔5〕,這樣操作更方便。2.2思維模型

經(jīng)過調(diào)查分析,用戶對(duì)整體廚房產(chǎn)品的期待包括以下幾點(diǎn) : 1.櫥柜的尺寸應(yīng)根據(jù)人體尺寸,達(dá)到使用方便、省力、舒適、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率的目的;2.設(shè)備的安排要盡l 縮短人 在廚房操作時(shí)的行走路線;3.水池附近應(yīng)有儲(chǔ)藏區(qū) , 刀、叉、碗等俊具洗好可安放其中;4.盡量縮短廚房與俊桌之間的距離;5.給電器留一定的儲(chǔ)藏及操作空間。

三、整體廚房的平面和剖面尺度設(shè)計(jì)

整體廚房典型設(shè)備、櫥柜的平面、剖面尺度的確定,是依據(jù)人機(jī)工程學(xué)中人的操作機(jī)能來確定的,其目的在于要讓人使用的“ 機(jī)具”滿足人的各種使用要求,以達(dá)到使用方便、省力、舒適、降 低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、合符科學(xué)的目的。整體廚房典型設(shè)備、組成有廚房操作臺(tái) 洗滌池、冰箱、爐灶及吊柜等,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其平面、剖面的尺度關(guān)系。3.1整體廚房的平面布局

在整體廚房的功能區(qū)域中,儲(chǔ)藏區(qū)以冰箱為中心,洗滌區(qū)和操作區(qū)以水盆為中心 烹飪區(qū)以爐灶為中心。在20世紀(jì)五十年代進(jìn)行的人體工程學(xué)研究(基于20世紀(jì)二十年代為提高工作效率所做的研究)中,提出一個(gè)“工作三角”的重要原則t6] 調(diào)整冰箱、水盆和爐灶這三個(gè)工作點(diǎn)的相對(duì)位工,達(dá)到使用方便 減輕炊事勞動(dòng)量，提高工作效率的目的,是整體廚房平面布,的基礎(chǔ),三者之間的連線圍成一個(gè)“工作三角”,人在這三個(gè)點(diǎn)之間走動(dòng)自然形成一個(gè)三角形連線。

這項(xiàng)研究確立了這三個(gè)主要廚房活動(dòng)區(qū)域之間的距離,經(jīng)過l，這個(gè)三角形三條邊長(zhǎng)之和宜在3.6m ~ 6.6 m之間:小于3.6m，則貯藏和工作面很狹窄;大于6.6m,則由于往返距離加大使人疲勞,廚房操作效率降低?？傞L(zhǎng)在4.5m ~ 6.Om 之間的效率最高,稱為“省時(shí)省力三 角形”[ 7],其中洗滌池與爐灶之間的聯(lián)系最為頻繁,專家建議宜將它們之間的距離縮到最短,但距離最少為9OOmm。冰箱和水池間的距離 a 在1.2m ~2.lm較好,水池和爐灶間距離b在1.2 m ~ 1.8 m 較為合理,而冰箱和爐灶間距離c在1.2 m ~ 2.7 m 較為恰當(dāng),如圖2同時(shí)廚房交通還須避開工作三角形,使作業(yè)光線不致受到千擾。3.2操作臺(tái)設(shè)計(jì) 1.操作臺(tái)高度

目前操作臺(tái)的高度多數(shù)為860mm,二事實(shí)上人在切菜時(shí)上臂和小臂應(yīng)呈一定夾角,這樣可以最大程度地調(diào)動(dòng)身體力量,雙手也可相互配合地工作[8 ]。在抽樣調(diào)查中,讓一組不同身高的人去體驗(yàn)切菜臺(tái)的高度 ,得出數(shù)據(jù),見表2 通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),如果身高相差1cm的話,最舒適切菜臺(tái)高度一般相差0.5c m左右。根據(jù)人體尺度的國家標(biāo)準(zhǔn) 可知,成年女子身高的10百分位數(shù)為150.3cm,90百分位數(shù)為164cm ,因此相對(duì)應(yīng)的操作臺(tái) 高度應(yīng)在79 cm ~ 86 cm 之間具體的高度根據(jù)主婦的高度來調(diào)節(jié),原則即為身高每增加1cm,操作臺(tái)的高度增加 0.5cm,一般將操作臺(tái)高度定為800m m ~ 850mm能適合于大多數(shù)人。如果廚房空間足夠的大,可補(bǔ)充增設(shè)其他所希望高度的操作臺(tái),以滿足不同功能的需要。

2.操作臺(tái)寬度

人在站立操作時(shí)所占的寬度女為66cm,男為70cm ,但從人的心理需要來說，必須將其增大一定的尺寸。根據(jù)手臂與身體左右夾角15度時(shí)工作較輕松的原則,操作臺(tái)面寬度應(yīng)以760mm為宜[ 8](見圖3),因此一般來說,在條件允許的情況下 , 操作臺(tái)的寬度應(yīng)>=760mm。3.操作臺(tái)深度

如圖3,人使用操作臺(tái)的主要操作區(qū)的深度為45Omm ,而人略探身可觸及的操作案臺(tái)深度為600mm,因此從這方面看操作臺(tái)的深度不宜小于450mm,也不宜大于600mm。

4.操作臺(tái)下柜體的深度

相對(duì)應(yīng)的臺(tái)面下的柜體一般要比臺(tái)面本身要淺5Om m,當(dāng)臺(tái) 面為5 Omm時(shí),柜體的深度為5OOmm的標(biāo)準(zhǔn)柜體深度;而當(dāng)臺(tái)面的深度為 600mm時(shí),柜體的深度選擇55Omm的標(biāo)準(zhǔn)柜體深度。5.操作臺(tái)下柜腳的容腳深度 為了使人身體能靠著案臺(tái)的邊緣、且能垂直站立操作,案臺(tái)的柜腳就需容腳深度，約1OOmm。這樣處理，可以提高案臺(tái)站立操作的舒適性,大大減輕操作者的腰部疲勞。

3.3灶臺(tái)設(shè)計(jì)

一般來說,灶臺(tái)是和操作臺(tái)的高度是在同一高度上的。但由于女性平均使用爐臺(tái)的時(shí)間較長(zhǎng),因此為避免烹飪時(shí)胳膊架得很高,造成頸肩酸痛,灶臺(tái)的高度應(yīng)比操作臺(tái)的高度下降約1Ocm ,視線得以輕松俯視煮食,手肘在炒菜時(shí)也可以輕松懸放,不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于緊繃狀態(tài)。因 此,放置灶具的臺(tái)面應(yīng)扣除鍋和灶具的高度,對(duì)于臺(tái)式爐灶需要在普通操作臺(tái)的基礎(chǔ)上減去爐灶和鍋的高度20Omm,即灶臺(tái)柜在600mm一65Omm 之間;而對(duì)于嵌吞式爐灶則需要在普通操作臺(tái)高度的基礎(chǔ)上 減去鍋的高度1OOmm ,即灶臺(tái)在700mm ~ 750mm之間。但這種灶臺(tái)和操作臺(tái)不在一個(gè)平面的情況下需要保證：灶臺(tái)一側(cè)至少有23Omm的操作空間,而另一側(cè)操作空間應(yīng)達(dá)到38Omm。3.4 洗滌池設(shè)計(jì)

1.洗滌池高度

一般來說,洗滌池的高度偏低,長(zhǎng)期使用會(huì)使用戶產(chǎn)生腰部勞損,這就需要加高洗滌池的高度,使用戶在正常站立的情況下就可輕松洗滌。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理,女子50百分位數(shù)的“ 立姿肘高” 為960mm,加穿鞋修正,2Omm ,得980mm;由于立姿下在略低于肘高的位皿操作最適宜,所以取洗滌池的高度為 “立姿肘高”減去180mm ~ 13Om m ,即洗滌池的高度在800mm ~ 85Omm 之間,與操作臺(tái)的高度一致,兩者可用一 個(gè)高度滿足洗滌和切菜的瓣要。2.洗滌池平面尺度

廚房洗滌池不應(yīng)太靠近轉(zhuǎn)角布工,否則沒有足夠的空間會(huì)影響人的操作,而且也不便于物的放置。一般在廚房洗滌池的一側(cè)保留最小的操作臺(tái)空間為46Omm ,而另一側(cè)保留最小的操作臺(tái)空間為 610mm [“9]。3.吊柜設(shè)計(jì)

在吊柜的設(shè)計(jì)上要考慮吊柜的深度和安裝的高低,以避免碰頭。以人為基準(zhǔn),人向上伸直手臂,指梢高度成年女性五十百分位數(shù)約為18OOmm ,這決定了吊柜最高的擱板不得超過1800mm ,1800 以上的空間無法站在地面上取物。因此,吊柜上沿高度應(yīng)220cm。

四、整體廚房的儲(chǔ)藏設(shè)計(jì)

廚房使用方便與否,與儲(chǔ)藏空間的充實(shí)與否密切相關(guān),零碎東西多的廚房必要的東西能夠順利地拿進(jìn)、拿出是關(guān)鍵,根據(jù)所擁有的鍋以及蟹具l的需要,確保足夠的儲(chǔ)藏空間,此外,有固趙姓酬蛛驢、電飯鍋的場(chǎng)所也是十分必要的。頻繁使用的東西應(yīng)收藏在站著就可以夠得到的范圍內(nèi),其中經(jīng) 常使用的調(diào)味品、工具等應(yīng)收藏在與視覺高度接近的位置,作業(yè)效率會(huì)提高。操作臺(tái)下面(里面)的收藏,使用不浪費(fèi)進(jìn)深空間的、帶滑輪的柜櫥比較方便。抽屜式的柜櫥由于比較深,有些東西會(huì)被埋沒其中,為便于使用應(yīng)對(duì)所有儲(chǔ)藏物品進(jìn)行分類存放 [10]?？紤]到廚房的東西還會(huì)有增加的可能,儲(chǔ)藏的空間也應(yīng)留有余地。

五、結(jié)束語

本文就主要通過了解人在廚房中的操作過程以及人體尺寸,將整體廚房進(jìn)行人性化設(shè)計(jì),設(shè)備的安排要以盡量縮短人在廚房操作時(shí)的行走路線為目的;而且還要根據(jù)人體的高度進(jìn)行櫥柜的尺寸設(shè)計(jì);除此之外還要合理有效地利用空間,安排必要的貯物空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳波.實(shí)用人機(jī)工程學(xué).中國水利水電出版社[M].2013.3.[2]李東豈.人際工程學(xué)廚房應(yīng)用[M].2007.3.[3]段曉丹.廚房衛(wèi)生間設(shè)計(jì)布置及裝修技[M].成都: 四月l科學(xué)技術(shù)出版社,2003.3.[4]劉爽.廚房人機(jī)工程社[J].藝術(shù)探索,2002.3

考查課（論文）

題 目名稱 人機(jī)工程學(xué)在整體廚房設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

課 程 名 稱

人機(jī)工程學(xué) 學(xué)生姓名文龍

學(xué)號(hào)

1341101138 系、專

業(yè)機(jī)械與能源工程系機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師

鄧維克

2016年11月03日

第二篇：人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理，針對(duì)汽車駕駛座持，從駕駛員生理特性與作業(yè)環(huán)境兩個(gè)方面分析了影響駕駛舒適性及安全性的原因，在此基礎(chǔ)上從坐姿舒適性，振動(dòng)舒適性，操作舒適性，安全性等四個(gè)方面論述了人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，完成了對(duì)汽車駕駛座椅從分析到設(shè)計(jì)的系列開發(fā)過程。

關(guān)鍵詞：汽車駕駛座椅 人機(jī)工程學(xué) 設(shè)計(jì)

一、引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)已由工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)即后工業(yè)社會(huì)過渡，人類賴以生存的生活空間和生活方式，處處都是經(jīng)過設(shè)計(jì)并不斷完善的設(shè)計(jì)世界?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)，作為一種廣泛的文化活動(dòng)，已成為人們生活中的一部分。人們開始追求高品質(zhì)的舒適生活,于是按照人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也就越來越受到大眾的歡迎。人體工程學(xué)的產(chǎn)品也就成了現(xiàn)代社會(huì)人們追求的目標(biāo)。先以汽車座椅為例,人體工程學(xué)的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數(shù)據(jù)符合的座椅,它還包括除了人體生理數(shù)據(jù)之外的很多因素。它的設(shè)計(jì)原則除了常見的尺度設(shè)計(jì)原則,人體機(jī)能和環(huán)境設(shè)計(jì)原則,健康設(shè)計(jì)原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計(jì)原則。并指出在這些原則的指導(dǎo)下好的人體工程學(xué)座椅是功能與美學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品,可以為人帶來身心兩方面的享受。

二、舒適駕乘首要在于座椅設(shè)計(jì)

通過對(duì)汽車座椅設(shè)計(jì)中的人機(jī)因素分析,即尺度、形態(tài)、功能、色彩四方面的具體分析,尋求汽車座椅設(shè)計(jì)與人機(jī)工程學(xué)的關(guān)系,從而論證目前汽車座椅設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用的一些局限性,即學(xué)科內(nèi)涵與目標(biāo)的矛盾、共性原則與個(gè)性需求的矛盾、統(tǒng)計(jì)與個(gè)案的矛盾以及合理與合情的矛盾,通過對(duì)這些應(yīng)用矛盾的透析,探求出汽車座椅設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用的原則,從而最終為汽車座椅產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用探索出一條道路。

而人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1、為確定汽車空間范圍提供依據(jù)。

2、為設(shè)計(jì)汽車座椅提供依據(jù)。

3、為確定感覺器官的適應(yīng)能力提供依據(jù)。

三、汽車座椅人機(jī)工程學(xué)分析

1、人體坐姿生理特性分析（1）坐姿時(shí)脊柱的形態(tài)

人坐著時(shí)，身體主要由脊柱、盆骨、腿和腳支撐。脊柱位于人體的背部中央，是構(gòu)成人體的中軸。人處于不同的坐姿時(shí)，脊柱形態(tài)不同，只有座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)使駕駛員的脊柱形態(tài)接近于正常自然形態(tài)，才會(huì)減少腰椎的負(fù)荷以及腰背部肌肉的負(fù)荷，防止駕駛疲勞發(fā)生。

（2）坐姿體壓分布

當(dāng)座椅上的人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體重量作用于座墊和靠背上的壓力分布稱作坐姿的體壓分布。可見，坐姿體壓分布包括座墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。

（3）座墊上的體壓分布

根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，適合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)脈分布，故不宜承受重壓。據(jù)此座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即在坐骨處壓力最大，自大腿部位時(shí)壓力降至最低，這是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均勻原則。圖1為坐姿時(shí)座墊上的體壓分布。

（4）靠背上的體壓分布

靠背上的體壓分布也以不均勻分布，壓力相對(duì)集中在肩胛骨和腰椎兩個(gè)部位。從這兩個(gè)部位向外，壓力應(yīng)逐步降低。

2、環(huán)境分析

把駕駛員——座椅組成的系統(tǒng)看作一個(gè)典型人機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)所處的環(huán)境對(duì)系統(tǒng)中的駕駛員的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，具體分析如下：

（1）振動(dòng)

駕駛員坐在行使中的汽車上所承受的振動(dòng)屬于全身振動(dòng)的范疇。有關(guān)研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動(dòng)4~8Hz，橫向振動(dòng)1~2Hz。當(dāng)外界振動(dòng)接近器官的共振頻率時(shí)，即產(chǎn)生共振，振幅迅速增大，此時(shí)引起器官的生理反應(yīng)最大。

振動(dòng)對(duì)駕駛員操作的影響主要表現(xiàn)為視覺作業(yè)效率的下降和操作動(dòng)作準(zhǔn)確性變差。當(dāng)振動(dòng)頻率低于2Hz時(shí)，由于眼肌的調(diào)節(jié)補(bǔ)償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對(duì)穩(wěn)定，因此對(duì)視覺的干擾作用不大，但當(dāng)振動(dòng)頻率大于4Hz時(shí)，視覺作業(yè)效率將受到嚴(yán)重的影響，振動(dòng)頻率為10~30Hz時(shí)，對(duì)視覺的干擾最大，振動(dòng)頻率為50Hz、加速度為2m/s2時(shí)，視覺下降約50%。振動(dòng)對(duì)操作動(dòng)作準(zhǔn)確性的影響，主要是由于振動(dòng)降低了手（或腳）的穩(wěn)定性，從而使操縱動(dòng)作的準(zhǔn)確性變差，而且振幅越大，影響越大。

（2）溫濕度

研究表明，駕駛員在駕駛狀態(tài)下的舒適溫度為18℃～23℃，舒適濕度為40%～60%，代謝量為1.0～2.0met。座椅對(duì)人體熱環(huán)境的主要影響因素有：座椅表面的溫度和濕度。座椅表面的溫濕度特性將影響人體背部、臀部、下體等部位的散熱性能及皮膚的呼吸功能，當(dāng)其溫濕度特性與人體生理機(jī)能不適應(yīng)時(shí)將引起人體局部不快感，從而加速人體疲勞的形成。

四、汽車座椅的人機(jī)工程設(shè)計(jì)

汽車駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)分析，安全舒適的汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)必須滿足以下要求：意識(shí)坐姿舒適性（靜態(tài)舒適性）；二是振動(dòng)舒適性（動(dòng)態(tài)舒適性）；三是操作舒適性；四是安全性（包括主動(dòng)安全性及被動(dòng)安全性兩個(gè)方面）。

上述要求具體到駕駛座椅的設(shè)計(jì)中滿足駕駛員坐姿舒適性的座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、滿足駕駛員振動(dòng)舒適性的座椅抗振減振設(shè)計(jì)、滿足操作舒適性的座椅空間位置設(shè)計(jì)以及滿足駕駛員的安全性的汽車駕駛座椅主動(dòng)安全性及被動(dòng)安全性的設(shè)計(jì)。

1、座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

駕駛座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究把注意力集中在人體生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)駕駛舒適程度的影響上，尋求最佳的座椅結(jié)構(gòu)形式、尺寸、輪廓形狀及材料選擇。

（1）座椅尺寸設(shè)計(jì)

座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)包括：椅面高度、寬度、深度、椅面傾角；靠背的高度、寬度和傾角。座椅尺寸設(shè)計(jì)涉及主要參數(shù)如圖2所示。

椅面高度A：椅面高度定義為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到兩點(diǎn)：椅面過高會(huì)使大腿肌肉受壓，椅面過低就會(huì)增加背部肌肉負(fù)荷，駕駛座椅的椅面高度應(yīng)低些。

椅面寬度B：在空間允許的條件下，以寬為好。但對(duì)于汽車駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢(shì)，通常設(shè)計(jì)應(yīng)滿足最寬人體需要為準(zhǔn)。

椅面深度C：指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應(yīng)滿足：腰部得到靠背的支撐；椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)距離，以保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。

靠背高度D及寬度：靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關(guān)，對(duì)于汽車駕駛座椅靠背的高度應(yīng)采取高靠背，最好加靠枕。

靠背傾角α：靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。

椅面傾角β：指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動(dòng)而是椅面前緣向后傾。此角不易過大，否則會(huì)增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負(fù)荷，阻礙血液循環(huán)，引起身心疲勞。

通過以上座椅尺寸參數(shù)的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關(guān)節(jié)的角度應(yīng)該滿足圖3中所示的要求角度。

（2）座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支撐，第一支撐不位位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。

（3）座椅材料選擇

座椅材料的選擇主要考慮到以下兩個(gè)方面：振動(dòng)舒適性以及座椅對(duì)人體熱環(huán)境的主要影響。座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動(dòng)傳遞率，使座椅有較高的振動(dòng)舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的濕溫度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達(dá)到減輕疲勞的目的。

2、座椅舒適性設(shè)計(jì) 通過查閱相關(guān)資料并對(duì)當(dāng)前市民針對(duì)汽車座椅舒適性的市場(chǎng)調(diào)查考證，由生物動(dòng)力學(xué)研究表明，長(zhǎng)時(shí)間地承受高強(qiáng)度的全身振動(dòng)對(duì)于人體健康的損害是相當(dāng)嚴(yán)重的。主要是腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)受到影響。新陳代謝以及源于機(jī)體內(nèi)部的一些其他因素會(huì)惡 化這個(gè)影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢(shì)、低溫及氣流會(huì)引起肌肉疼痛。由本小組研究人員取證分析，得到以下結(jié)論：

（1）、座椅舒適度的指標(biāo)

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對(duì)靜態(tài)舒適度，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測(cè)量尺寸相適宜；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢(shì)，并最大范圍 滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部 充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。

（2）、座椅舒適度的影響因素 座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。許多 文獻(xiàn)都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對(duì)于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機(jī)工程學(xué)的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要。

（3）、座椅舒適度的研究方法 從汽車座椅設(shè)計(jì)及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測(cè)座椅的不舒適性。國內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

目前，國內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①?zèng)]有針對(duì)中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對(duì)于座椅靜態(tài)舒適性評(píng)價(jià)還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評(píng)價(jià)舒適性中，對(duì)輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究。

3、座椅空間位置設(shè)計(jì)

座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛室座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達(dá)到操作舒適性的最終目的。

圖4列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。

4、座椅安全性設(shè)計(jì)

座椅安全性設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)、座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)、靠 背的設(shè)計(jì)、坐墊的設(shè)計(jì)、頭枕的設(shè)計(jì)。

（1）座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)

座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是安全性設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容。汽車行駛中，座椅要承受復(fù)雜的載荷。汽車座椅 必須有足夠的強(qiáng)度，以確保座椅上的人所受的傷害最?。蛔蔚膲勖鼞?yīng)足夠長(zhǎng)，不致過早變 形或損壞；受沖擊載荷作用時(shí)，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象。所以設(shè)計(jì)座椅時(shí) 必須對(duì)汽車座椅的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，盡量以最少的材料、最小的質(zhì)量滿足強(qiáng)度要求。

（2）座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)

座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的是其對(duì)其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間 的連接方式等。

（3）靠背的設(shè)計(jì)

靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀。靠背的強(qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該 在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對(duì)乘員的保護(hù)。而靠 背傾角、基本尺寸及其形狀對(duì)尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。

（4）坐墊的設(shè)計(jì)

坐墊一般不會(huì)造成對(duì)乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運(yùn)動(dòng)過程、約束力 加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對(duì)值大小。坐墊深度設(shè)計(jì)的原則是在 充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過人的大腿長(zhǎng)度。（5）頭枕的設(shè)計(jì)

頭枕是一種用以限制乘員頭部相對(duì)于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時(shí)，減 輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時(shí)，可抑制乘員頭部后傾，防止或 減輕頸部損傷?，F(xiàn)多采用模擬計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲(chǔ)信 息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費(fèi)用低。

五、汽車座椅人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用

所謂人機(jī)工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、活動(dòng)范圍、動(dòng)作速度、動(dòng)作頻率、重心變化以及動(dòng)作時(shí)的習(xí)慣等人體機(jī)能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機(jī)能特性；分析人在各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理以及人對(duì)各種勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對(duì)工作效率的影響等。

人機(jī)工程學(xué)的顯著特點(diǎn)是，在認(rèn)真研究人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個(gè)別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和所設(shè)計(jì)的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)來研究。在人機(jī)工程學(xué)中將這個(gè)系統(tǒng)稱為“人——機(jī)——環(huán)境”系統(tǒng)。

六、結(jié)束語

從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)行汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)，是使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性、操作舒適性和安全性的必要手段。

目前，雖然已有企業(yè)在利用人機(jī)工程學(xué)的研究成果來設(shè)計(jì)駕駛員座椅了，但對(duì)設(shè)計(jì)出來的駕駛座椅還不夠完善，因此建立一個(gè)從分析——設(shè)計(jì)的系列開發(fā)過程有著非常重要的意義。參考文獻(xiàn)

[1]王惠軍 《汽車造型設(shè)計(jì)》 國防工業(yè)出版社，2007年 [2]郭竹亭 《汽車車身設(shè)計(jì)》 吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1992年 [3]黃天澤 《汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2003年

[4]李少波 《汽車車身計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析》[碩士論文] 貴州工業(yè)大學(xué)，1999年 [5]吳翔 《產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 中國輕工業(yè)出版社，2000年

第三篇：人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

題目 人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

熊雯

湖北汽車工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系,湖北 十堰,442002 摘要：駕駛員駕駛姿勢(shì)直接影響著駕駛員的舒適和健康，關(guān)系著是否能夠安全、高效準(zhǔn)確地駕駛。同時(shí)它還決定著舒適程度，以及長(zhǎng)期駕駛是否對(duì)駕駛員造成生理和心理上的有害的影響。本文結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，從人的心理，生理特點(diǎn)出發(fā)并結(jié)合汽車振動(dòng)特性，視野范圍以及空間分布來分析人與座椅的相互關(guān)系和相互作用，從而得出能符合人機(jī)工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的，并將舒適性、安全性都考慮到位的汽車座椅的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)、座椅，舒適度、設(shè)計(jì)

Ergonomics application in automobile seat design

xiongwen hubei automotive industry institute department of Mechanical Engineering,Hubei shiyan,442002 Abstract: Driving position directly influences the driver's comfortable and healthy, relationship with whether can be safe, efficient accurately driving.At the same time it also determines the comfort levels, and long-term driving to drivers whether caused by physical and mental harmful effects.Combining with the ergonomics knowledge from man's psychology, physiology characteristics and combined with auto vibration characteristics, the vision scope and empty room distribution to analyze the relationship between man and seat and interaction, thus developed can accord with standard of ergonomics and will comfort, safety is considered the car seat in the Keywords: Ergonomics, seat, comfort, design

正文：

一個(gè)性能優(yōu)良的汽車座椅主要取決于以下五個(gè)方面：①座椅與人體的人機(jī)界面能否為人提供舒適而穩(wěn)定的坐姿。②駕駛員(或乘坐)——座椅——車輛系統(tǒng)能否有效的隔離或衰減來自路面不平度的激勵(lì)而產(chǎn)生的震動(dòng)以及駕駛員或乘坐員所承受的全身震動(dòng)負(fù)荷低于規(guī)定限值。③駕駛員(或乘坐員)——座椅——駕駛室系統(tǒng)的幾何位置

關(guān)系能否為駕駛員提供良好的視野。④能否為駕駛員提供一個(gè)相對(duì)于各種操縱機(jī)構(gòu)的合適位置，使他能方便地進(jìn)行操作。⑤能否提高駕駛員的人身安全性，當(dāng)發(fā)生翻車或撞車事故時(shí)，將駕駛員約束在駕駛座椅上面，下面就從這四個(gè)方面來分析人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)上的運(yùn)用。

1.舒適坐姿的生理特征

坐姿是人體較自然的姿勢(shì)，坐姿將以腳支撐全身的狀況轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝尾恐稳?，有利于發(fā)揮腳的作用，特別是能夠利用靠背來增大腿腳的蹬力這一特點(diǎn)，來控制操縱力較大的裝置。但如果坐姿不正確，座椅設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)給身體帶來嚴(yán)重?fù)p害。1.1坐姿生理學(xué) 1.1.1脊柱結(jié)構(gòu)

坐姿狀態(tài)下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。脊柱是人體的主要支柱，由24節(jié)椎骨以及5塊骶骨和4塊尾骨連接組成，如圖1-1所示，其中椎骨自上而下又分為頸椎（共7節(jié)）、胸椎（共12節(jié)）、腰椎（共5節(jié)）三部分，每?jī)晒?jié)椎骨之間由軟骨組織和韌帶相聯(lián)系，使人體得以進(jìn)行屈伸、側(cè)曲和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作等有限度的活動(dòng)。頸椎支撐頭部，胸椎與肋骨構(gòu)成胸腔，腰椎、骶骨和椎間盤承擔(dān)人體坐姿的主要負(fù)荷。

圖1-1 脊柱的構(gòu)造

從圖中可以看出脊柱呈現(xiàn)頸、胸、腰、骶四個(gè)彎曲部位，其中頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骶曲凸向后。1.1.2腰曲弧線

與坐姿舒適性直接相關(guān)的是腰曲。圖1-2為各種不同姿勢(shì)下所產(chǎn)生的腰曲弧線，人體正常腰曲弧線是松弛狀態(tài)下側(cè)臥的曲線，如圖中曲線B所示；軀干挺直坐姿和前彎時(shí)的腰弧曲線會(huì)使腰椎嚴(yán)重變形，如圖中曲線F和G所示；欲使坐姿能形成幾乎正常的腰曲弧線，軀干與大腿之間必須有大于90度的角度，且在腰部有所支撐，如圖中曲線C所示?？梢姳ＷC腰弧曲線的正常形狀是獲得舒適性的關(guān)鍵。

圖1-2 不同姿勢(shì)下所產(chǎn)生的腰椎曲度

1.1.3腰椎后突和前突

正常的腰線曲線是微微前突。為使坐姿下的腰弧曲線變形最小，座椅應(yīng)在腰椎部提

供所謂兩點(diǎn)支撐。無腰靠或腰靠不明顯將會(huì)使正常的腰椎成圖1-3（a)中的后突形狀。而腰靠過分凸出將會(huì)使腰椎呈圖1-3（b）中的前突形狀。腰椎后突和過分前突都是非正常狀態(tài)，合理的腰靠應(yīng)該是使腰弧曲線處于正常的生理曲線。

圖1-3 腰椎后突和前突

1.2坐姿生物力學(xué)

1.2.1肌肉活動(dòng)度

脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱連接，椎骨的定位借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏離自然狀態(tài)，肌腱組織就會(huì)受到相互壓力(拉或壓)的作用，使肌肉活動(dòng)度（活動(dòng)量）增加，招致疲勞酸痛。在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活動(dòng)度高，因?yàn)檠登跋蚶笔辜∪饨M織緊張受力。提供靠背支承腰椎后，活動(dòng)力則明顯減小；當(dāng)軀干前傾時(shí)，背上方和肩部肌肉活動(dòng)度高。1.2.2體壓分布

座墊上的體壓分布。根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)脈分布，故不宜承受重壓。據(jù)此座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即在坐骨處壓力最大，向四周逐漸減少，自大腿部位時(shí)壓力 降至最低值，這是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均

勻原則。圖1-4是較為理想的坐墊體壓分布線。

圖1-4 體壓分布曲線

1.2.3骨盤受力分析

人體結(jié)構(gòu)在骨盤下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結(jié)節(jié)。如圖1-5所示。坐骨結(jié)節(jié)下面的底座呈近似水平時(shí)，可使兩坐骨結(jié)節(jié)外側(cè)的股骨處于正常的位置而不受過分的壓迫，如1-5（a）。當(dāng)坐面呈斗形時(shí)，會(huì)使股骨向上轉(zhuǎn)動(dòng)，這種狀態(tài)會(huì)使肘部和肩部受力，從而引起不舒服。所以在座椅設(shè)計(jì)中，斗形坐面是應(yīng)該避免的。

圖1-5 座面對(duì)股骨的影響

1.2.4椎間盤受力分析 當(dāng)坐姿腰弧曲線正常時(shí)，椎間盤上受的壓力均勻而輕微，幾乎無推力作用于韌帶，韌帶不拉伸，腰部無不舒適感，如圖1-6（a）所示。但是，當(dāng)人體處于前彎坐姿時(shí)，椎骨之間的間距發(fā)生改變，相鄰兩椎骨前端間隙縮小，后端間隙增大，如圖1-6（b）。這會(huì)引起腰部的不舒適感，長(zhǎng)期積累作用，可造成椎間盤病變。

圖1-6 不同坐姿時(shí)椎間盤受力分析

1.3坐姿人體測(cè)量尺寸

坐姿人體測(cè)量尺寸是座椅靜態(tài)尺寸設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。與座椅設(shè)計(jì)相關(guān)的人體測(cè)量主要尺寸見圖1-7，具體測(cè)量數(shù)值如表1-8所示。

圖1-7 對(duì)座椅設(shè)計(jì)有用的人體尺寸

表1-8坐姿人體尺寸

綜合來看，從坐姿生理學(xué)角度，應(yīng)保證要弧線正常，腰背肌肉處于松弛狀態(tài)，從上體通向大腿的血壓不受壓迫，保持血液正常循環(huán)。因此，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略微向后傾斜，保持腿夾角在90度到115度之間，小腿向前伸，大腿與小腿，小腿與腳面之間也有合適的夾角。如圖1-9所示：

圖1-9 大腿、小腿和腳面的夾角

2.人體對(duì)乘坐振動(dòng)的反應(yīng)

座椅及懸架等部件隔離、吸收、緩和、衰減行駛中所產(chǎn)生的各種沖擊和振動(dòng)激勵(lì)如果超出了人體承受振動(dòng)的舒適性界限，就會(huì)使人產(chǎn)生不舒服感。車輛駕駛員所受的機(jī)械震動(dòng)分為全局振動(dòng)和全身震動(dòng)兩大類。局部振動(dòng)是指作用于人體特殊部位（如頭部和四肢）的震動(dòng)，一般不會(huì)給駕駛員造成損害，但是對(duì)操縱的精確度有影響。全身震動(dòng)是指通過人體支撐表面作為整體傳給人體的震動(dòng)。車輛駕駛員承受的乘坐振動(dòng)屬于全身震動(dòng)，是對(duì)駕駛員可能造成嚴(yán)重傷害的主要震動(dòng)形式。人體承受全身震動(dòng)將產(chǎn)生機(jī)械的、生理、病理的和心理的效應(yīng)。2.1乘坐振動(dòng)的機(jī)械效應(yīng)

乘坐振動(dòng)通過駕駛員的臀部、腰部傳給駕駛員，激起人體的全身震動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)頻率接近人體的主要器官的固有頻率時(shí)，將引起相應(yīng)器官的共振而產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使人感到不舒適。

在正常重力情況下，人體對(duì)4～8Hz頻率的震動(dòng)的能量傳遞最大，其生理效應(yīng)也最大，稱為第一共振峰。10 12Hz的震動(dòng)頻率時(shí)出現(xiàn)第二共振峰，其生理效應(yīng)僅次于第一共振峰。在20 25Hz時(shí)出現(xiàn)第三共振峰，其生理效應(yīng)較第二共振峰稍低。以后隨著頻率的增高，震動(dòng)在人體內(nèi)的傳遞逐步衰減，其生理效應(yīng)也相應(yīng)減弱。如圖2-1所示。

圖2-1 坐姿時(shí)人體對(duì)垂直振動(dòng)的傳遞率

坐在駕駛座上的駕駛員承受垂直振動(dòng)時(shí)，人體各主要器官的固有頻率如圖2-2所示。

圖2-2 人體器官的固有頻率 將人置于震動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行各種典型工況下的激振試驗(yàn)，測(cè)得人體的坐姿震動(dòng)特性如圖2-

3、2-

4、2-5所示。圖2-3 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的傳遞特性

圖2-4 人體坐姿承受左、右水平振動(dòng)的傳遞特性

圖2-5 人體坐姿承受前、后水平振動(dòng)的傳遞特性

2.2乘坐振動(dòng)的生理效應(yīng)

全身振動(dòng)引起的主訴癥狀及生理反應(yīng)與振動(dòng)頻率有關(guān)。低于10Hz的震動(dòng)，主要引起胸脯部不適；高于10Hz的振動(dòng)，引起頭部癥狀的增強(qiáng)。全身振動(dòng)英氣的生理效應(yīng)如圖2-6所示：

圖2-6 全身振動(dòng)的生理效應(yīng)

全身振動(dòng)最明顯的生理反應(yīng)時(shí)人體姿勢(shì)的變化，低頻高強(qiáng)度的振動(dòng)使人難以保持

穩(wěn)定的姿態(tài)。

2.3全身振動(dòng)的病理效應(yīng)

研究表明，駕駛員?；嫉膬煞N職業(yè)?。何覆『图棺祿p傷。圖2-7為拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率。主要原因是因?yàn)榧眲〉某俗駝?dòng)對(duì)胃的消化功能產(chǎn)生了有害影響。

圖2-7 拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率

圖2-8為拖拉機(jī)駕駛員為脊椎病與年齡的關(guān)系。由此可以看出，駕駛員的脊椎畸形的發(fā)病率都很高，主要原因是因?yàn)轳{駛員承受劇烈的乘坐振動(dòng)和不方便的乘坐姿勢(shì)。

圖2-8 拖拉機(jī)駕駛員脊椎患病率與年齡的關(guān)系

實(shí)線——男人；虛線——女人

2.4乘坐振動(dòng)的心理效應(yīng)

對(duì)車輛駕駛員來說，乘坐振動(dòng)的心理效應(yīng)主要表現(xiàn)為操作能力的變化。讓人在座椅上用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行各種典型情況下的激振試驗(yàn)，測(cè)得振動(dòng)對(duì)人的操作能力的影響如圖2-9至2-11所示。

圖2-9 人體坐姿承受垂直振動(dòng)時(shí)的實(shí)力降低情況

（a）加振中；（b）加振終了時(shí)

2-10 人體坐姿承受水平振動(dòng)時(shí)腳踩加速踏板壓

力保持不變的能力

左邊—振動(dòng)頻率的影響；右邊—振動(dòng)加速度的影響圖2-11 坐姿人體承受垂直振動(dòng)時(shí)的平衡能力降

低情況（a）加振時(shí)；（b）加振終了時(shí)

圖2-12 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)時(shí)跟蹤誤差

圖2-13 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)選擇時(shí)的反應(yīng)時(shí)間

圖2-14 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的手眼協(xié)調(diào)平均動(dòng)作時(shí)間

根據(jù)受振者的感覺，《人體承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)指南》即ISO2631—1982把振動(dòng)劃分為三個(gè)不同的認(rèn)為界限：

（1）保持舒適性界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，沒有不舒服的感覺，受振者能順利的完成讀、寫、吃等動(dòng)作。

（2）保持工作效率界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，操作人員能在規(guī)定的時(shí)間保持正常的工作效率。超過此界限，則因疲勞而降低工作效率。

（3）保持健康與安全界限：它是身體所能承受振動(dòng)的上限。超過此界限將使受振者的健康受到損害。

一般對(duì)于小轎車和旅游車，選取保持舒

適性界限作為評(píng)價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于拖拉機(jī)、工程機(jī)械和各種越野車輛，宜選擇保持工作效率界限作為評(píng)價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)。

3.座椅空間位置的設(shè)計(jì)

座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作

舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達(dá)到操作舒適性的最終目的。

好的駕駛設(shè)計(jì)必須要保證駕駛員在連續(xù)幾個(gè)小時(shí)操作的情況下，身體能夠得到很好的支持。并且座椅必須有額外的空間，允

許駕駛員坐在座椅上的任一邊或改變?cè)谧紊系慕嵌?，以便暫時(shí)使他的肌肉放松。

確定駕駛座椅在車輛上的安裝位置之前，必須先確定坐著的駕駛員與座椅結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置。美國汽車工程師協(xié)會(huì)SAE已將車輛駕駛座椅設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，這個(gè)參考點(diǎn)稱為座椅標(biāo)志點(diǎn)，即SIP，其位置如圖3-1所示。圖3-1 人體H點(diǎn)與座椅標(biāo)志點(diǎn)之間的關(guān)系 圖3-2為轎車駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。

圖3-3為載貨汽車的駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。

圖3-2 轎車駕駛座椅的推薦設(shè)計(jì)

圖3-3 載貨汽車的駕駛座椅的操作位置尺寸

4.汽車座椅的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

座椅尺寸設(shè)計(jì)的合適與否，直接影響到駕駛員能否有一個(gè)舒適而穩(wěn)定的坐姿和合適的操縱位置。4.1汽車座椅的主要尺寸

座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)包

括:椅面高度、寬度、深度、椅面傾角;靠背的高度、寬度和傾角。如圖4-1所示：

圖4-1 座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)

椅面高度A：為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到兩點(diǎn):椅

面過高會(huì)使大腿肌肉受壓，椅面過低就會(huì)增加背部肌肉負(fù)荷。駕駛座椅的椅面高度應(yīng)低些。

椅面寬度B :在空間允許的條件下，以寬為好。但對(duì)于汽車駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢(shì)，通常設(shè)計(jì)應(yīng)以滿足最寬人體需要為準(zhǔn)。

椅面深度C :指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應(yīng)滿足:腰部得到靠背的支承;椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)距離，以

保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。

靠背高度D及寬度:靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關(guān)，對(duì)于汽車駕駛座椅靠背的高度應(yīng)采取高靠背，最好加靠枕。

靠背傾角α:靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。椅面傾角β :指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動(dòng)而是椅面前緣向后傾。此角不易過大，否則會(huì)增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負(fù)荷，阻礙血液循環(huán)，引起身心疲勞。

通過以上座椅尺寸參數(shù)的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關(guān)節(jié)的角度應(yīng)該滿足圖4-2中所示的要求角度。

圖4-2 舒適坐姿的關(guān)節(jié)角度

4.2汽車座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代汽車座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由頭枕、靠背、座墊、滑道等總成組成。4.2.1汽車座椅枕墊的設(shè)計(jì) 頭枕是一種用以限制乘員頭部相對(duì)于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時(shí)，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時(shí)，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷。如圖4-3所示：

圖4-3 汽車座椅的枕墊

4.2.2汽車座椅的靠背的設(shè)計(jì)

靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對(duì)乘員的保護(hù)。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對(duì)尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支承即就

是人體背部和腰部的合理支承。汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支承，第一支承部位位于人體第5 一 6胸椎之間的高度上，作為肩靠;第二支承設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證乘坐姿勢(shì)下的近似于正常的腰弧曲線。如圖4-4所示： 圖4-4 汽車座椅的靠背 4.2.3汽車座椅座墊的設(shè)計(jì) 坐墊一般不會(huì)造成對(duì)乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運(yùn)動(dòng)過程、約束力加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對(duì)值大小。坐墊深度設(shè)計(jì)的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過人的大腿長(zhǎng)度。

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛的現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明間：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。如圖4-5所示：

圖4-5 汽車座椅的坐墊

5.駕駛座椅設(shè)計(jì)的安全性

座椅安全性設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。5.1坐椅主動(dòng)安全性

主動(dòng)安全性是指汽車駕駛座椅防止事故的能力。汽車駕駛座椅的主動(dòng)安全性設(shè)計(jì)主要從減輕駕駛員的疲勞人手進(jìn)行分析設(shè)

計(jì)，以滿足主動(dòng)安全性要求。主動(dòng)安全性主要考慮合理的座椅尺寸設(shè)計(jì)、座墊上合理的體壓分布、靠背上理的體壓分布等為駕駛員提供一個(gè)舒適的作業(yè)環(huán)境，減輕駕駛員的疲勞，從而保證駕駛座椅主動(dòng)安全性的設(shè)計(jì)要求。

5.2坐椅被動(dòng)安全性

被動(dòng)安全性是指事故發(fā)生時(shí)，保護(hù)乘員的能力。駕駛座椅作為安全部件，是汽車被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)的主要考慮部件之一?？紤]提高駕駛員的人身安全性，汽車駕駛座椅被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)目 標(biāo)為： ①在事故中要保證駕駛員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車載體進(jìn)人到這個(gè)空間;②要保持駕駛員在事故發(fā)生時(shí)，保持一定的姿態(tài)，以使其他的約束系統(tǒng)能充分發(fā)揮其保護(hù)效能；③在事故中，使得事故后果對(duì)駕駛員的傷害降低到最小限度。5.3安全措施

目前采取的主要安全措施：提高座椅骨架強(qiáng)度，達(dá)到汽車駕駛座椅強(qiáng)度的要求值；

設(shè)置座椅安全帶，使在緊急制動(dòng)或正面撞車時(shí)不致將駕駛員碰傷；達(dá)到一定的阻燃要求，坐墊和靠背材料應(yīng)達(dá)到汽車內(nèi)飾材料燃燒特性技術(shù)要求的規(guī)定。

現(xiàn)在越來越多的汽車座椅都開始利用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)及其研究成果進(jìn)行設(shè)計(jì)了。只有從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)行汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)，才能使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性、操作舒適性及安全性。

參考文獻(xiàn)：

【1】周一鳴，毛恩榮.《車輛人機(jī)工程學(xué)》，北京理工大學(xué)出版社，1999.【2】丁玉蘭.《人機(jī)工程學(xué)》，北京理工大學(xué)出版社，2004.【3】許 英，楊宏剛.汽車駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，第21卷第1期.【4】朕 勛.汽車座椅的舒適性評(píng)價(jià)，汽車科技1995（6）.【5】安田滋.車輛用座椅舒適度評(píng)價(jià)，國外鐵道車輛，1995年第一期.【6】穆春虹，孔姍姍.車輛駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，科技論壇，第15卷第2期.【7】馮飛燕，侯俊杰.基于人機(jī)工程學(xué)的抗疲勞汽車座椅設(shè)計(jì)，機(jī)械管理開發(fā)，第25卷第3期，2010（6）.

第四篇：人機(jī)工程學(xué)在自行車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用（模版）

人機(jī)工程學(xué)在自行車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：

人機(jī)工程學(xué)是人體科學(xué)、工程技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、安全科學(xué)和社會(huì)科學(xué)交叉形成的一門重要學(xué)科。它以人的生理、心理特征為依據(jù),以提高人的工作、生活質(zhì)量為目的,運(yùn)用系統(tǒng)工程、信息理論和工程技術(shù)的觀點(diǎn)和方法,研究人與機(jī)器,人與環(huán)境和機(jī)器與環(huán)境之間的相互關(guān)系,把人的因素作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要條件和原則,為機(jī)器設(shè)計(jì)成操作簡(jiǎn)便、省力、安全。本文注重在人機(jī)工程的基礎(chǔ)上研究自行車的構(gòu)造，分析自行車的結(jié)構(gòu)，選擇最適合人騎行的自行車構(gòu)造體體系。

關(guān)鍵字：人機(jī)工程學(xué) 自行車系統(tǒng)設(shè)計(jì) 人的因素 人體工程學(xué) 心理特征 騎行姿勢(shì) 人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng) 正文：

人機(jī)工程學(xué)作為一門新興的學(xué)科，在認(rèn)真研究人，機(jī)，環(huán)境三要素自身特性的基礎(chǔ)上，科學(xué)地利用三要素之間的相互作用，相互依存的有機(jī)聯(lián)系來尋求系統(tǒng)的優(yōu)化。

最重要的關(guān)鍵在于車體尺寸的大小，能否有效均勻地分散騎乘者的重量，同時(shí)又可保持良好的平衡。座墊要調(diào)整到正確的高度，曲柄要與地面平行，如此膝蓋下方突出的骨塊就會(huì)直接位于腳踏軸心的上方。背部應(yīng)該向前傾斜到至少45角，背部臀部及下背部強(qiáng)壯的臀肌才能在踩踏時(shí)有效施力。這種姿勢(shì)會(huì)使身體重量移至雙臂，此時(shí)手肘微微彎曲，手腕要打直，才能減緩行車時(shí)的震動(dòng)。

在自行車的設(shè)計(jì)過程中，也或多或少產(chǎn)生了一些不符合人機(jī)工程學(xué)的問題，比如有一種比賽用的山地自行車沒有裝剎車，結(jié)果在某場(chǎng)比賽中發(fā)生碰撞，導(dǎo)致多人受傷；還有一些自行車設(shè)計(jì)得人車騎行設(shè)計(jì)不佳，造型結(jié)構(gòu)不夠美觀，出現(xiàn)諸多問題。因此我們有必要對(duì)自行車的具體結(jié)構(gòu)和人車系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，從而使自行車的設(shè)計(jì)更人性化，合理化，也更加美觀，符合人的理想人車環(huán)境。

一、人一自行車系統(tǒng)。組成自行車的功能是供人騎行，就發(fā)揮自行車的功能作用而言，把人看作自行車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時(shí)組成了人一車系統(tǒng)，該人一車系統(tǒng)中的人一車界面關(guān)系可由下圖來進(jìn)行分析。1.人與支撐部件關(guān)系

支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證自行車的整體性，實(shí)現(xiàn)自行車的功能。從人機(jī)關(guān)系來看，鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關(guān)系，與騎車人的位置和肌肉的動(dòng)作有著性的設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.人與動(dòng)力接受部件關(guān)系

動(dòng)力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動(dòng)力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運(yùn)動(dòng)的力使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎自行車人的體格和體力與自行車元件的尺寸關(guān)系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運(yùn)動(dòng)與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)之間的能量轉(zhuǎn)換問題。3.人與傳動(dòng)部件關(guān)系

傳動(dòng)部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動(dòng)而帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自行車前移。傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要有較高的傳動(dòng)效率和可靠性，且有易操縱的變速機(jī)構(gòu)。保證較高的傳動(dòng)效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。4.人與工作部件關(guān)系

工作部件就是車輪，即車圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實(shí)心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉(zhuǎn)換為同地面接觸而向前運(yùn)動(dòng)的力；另一方面將騎車人的握力轉(zhuǎn)換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設(shè)計(jì)自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時(shí)，應(yīng)該著眼于騎車人一動(dòng)力一傳動(dòng)一工作的連貫性，才可能設(shè)計(jì)出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力適當(dāng)?shù)能囬l，才不會(huì)發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。

二、影響自行車性能的人體因素

影響自行車性能的人體因素很多，如圖所示。現(xiàn)主要分析下述幾點(diǎn)：

1.人的體格因素

以身高 H 為基本因素，其他身體的能力與 H 成比例，并有與H2、H3成比例的特性。如手

臂、腿、氣管等的長(zhǎng)度與身高成比例，從而以骨關(guān)節(jié)為中心所產(chǎn)生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動(dòng)脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量、血液量、心臟容量等都可看成與 H3成比例。體格對(duì)出力性能的影響，從理論上講，彈跳能力與H成比例，速度能力與 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但實(shí)際上因每個(gè)人身體素質(zhì)不同，常有20％以上的偏差。2.人的下肢肌力

自行車騎行的原動(dòng)力，主要是騎車人的下肢肌力。人騎車時(shí)，骨骼肌肉內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為肌肉收縮的機(jī)械能。自行車腳蹬的轉(zhuǎn)動(dòng)就是通過腿肌收縮出力而完成的，一般說腿肌長(zhǎng)的人比腿肌短的人有利。肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米40--50N，通過一定訓(xùn)練的人可提高到65N。3.人的輸出功率

人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢(shì)、持續(xù)時(shí)間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（0.51 kw)，能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其值要小得多，持續(xù) lh，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。4.人的腳踏速度

自行車運(yùn)動(dòng)是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動(dòng)為70 次／min，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)較為合適。設(shè)計(jì)時(shí)以這一常用速度來確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。5.人的平衡機(jī)能

騎車人本身的平衡機(jī)能是影響自行車性能的重要因素，如果缺少平衡機(jī)能，哪怕是運(yùn)動(dòng)性能很好的自行車也不能平穩(wěn)行駛；若人有很好的平衡機(jī)能，卻可掩蓋自行車設(shè)計(jì)上的某些缺陷6.人的手和握力

影響剎車性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。據(jù)試驗(yàn)，為了長(zhǎng)時(shí)間施閘而不致使手有疼痛的感覺，希望只用最大握力的10％左右便能得到必要的減速度。7.人的疲勞

人體疲勞和疼痛是對(duì)騎車出力性能的不利因素，其產(chǎn)生原因有人體因素，也有自行車結(jié)構(gòu)因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負(fù)擔(dān)過大，騎車姿勢(shì)不合適，以及體重對(duì)鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。

8.人的視覺

人在垂直平面內(nèi)的最大視區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)線以上50o和標(biāo)誰視線以下70o。在一般狀態(tài)下，站立時(shí)自然視線低于標(biāo)準(zhǔn)視線10o;坐著時(shí)，低于標(biāo)準(zhǔn)視線15o，在松馳狀態(tài)下, 站著和坐著的自然視線偏離標(biāo)準(zhǔn)視線分別為30o 和38o，觀看展示物最佳視區(qū)在低于標(biāo)準(zhǔn)視線30 區(qū)域內(nèi)。

三、自行車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析

影響自行車性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機(jī)械因素。為了獲得自行 車較佳的性能，必須把人的因素與機(jī)械因素有機(jī)地結(jié)合起來，以使人一車協(xié)調(diào)。為此，著重分析與人體相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素。1.速比

大小鏈輪的齒數(shù)比，與鏈輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內(nèi)。利用速比關(guān)系可取得騎行時(shí)所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉(zhuǎn)速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉(zhuǎn)速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉(zhuǎn)速）。速比過大時(shí)，要求的踏力也大，容易使人疲勞。2.曲柄長(zhǎng)度

傳統(tǒng)的自行車設(shè)計(jì)，一般從杠桿原理考慮比較多，對(duì)人研究少，認(rèn)為曲柄越長(zhǎng)越有力。曲柄過長(zhǎng)后，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距）。這樣勢(shì)必加長(zhǎng)車架，影響了正確的坐車姿勢(shì)，使人感到臀部痛。若能按人的身長(zhǎng)或下肢長(zhǎng)來考慮曲柄長(zhǎng)度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長(zhǎng)度的基準(zhǔn)，取人體身長(zhǎng)的 1／10，也相當(dāng)于大腿骨長(zhǎng)的 1／2。3.三接點(diǎn)位置

正確的騎車姿勢(shì)，是由騎車人和自行車三個(gè)接點(diǎn)位置決定的。4.鞍座位置

鞍座裝得過低，騎行時(shí)雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)感到疲軟無力；鞍座裝得過高，騎行時(shí)腿部的肌肉拉得過緊，腳趾部分用力過多，雙腳也容易疲勞。騎車時(shí)適當(dāng)?shù)挠昧Σ课皇悄_掌。設(shè)計(jì)或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配鏈輪的中軸心為宜。人體各部尺寸都有一定的聯(lián)系，只要腋窩中心至中指的長(zhǎng)度確定下來，鞍座高度便可大致確定。行駛較快的車，鞍座位置要向前移動(dòng)，行駛較慢的車，鞍座位置要向后移動(dòng)，否則都不利于騎行。5.車閘

設(shè)計(jì)時(shí)，閘把開擋、力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應(yīng)。靈敏度高的車閘，隨著閘把上力的增大，剎車力也按比例地增加。如果閘把力到達(dá)某一程度不發(fā)生剎車作用，繼而又驟然生效，說明這種車閘設(shè)計(jì)不良。

四、人一車動(dòng)態(tài)特性分析 1.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性

自行車的穩(wěn)定是行駛過程中的穩(wěn)定，是一種動(dòng)態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響到自行車騎行中的動(dòng)作，包括直進(jìn)穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性，見圖 1-5(a）。顯然，穩(wěn)定性對(duì)安全行駛是必不可少的特性。

2.力學(xué)特性

自行車行駛在平地上轉(zhuǎn)彎的條件是側(cè)向力（與離心力平衡）與自行車總重量（人和車的重量）的合力作用線要通過輪胎與地面的接觸點(diǎn)。這當(dāng)然與騎車人有關(guān)，但更重要的是自行車的造型要有適合這種力學(xué)特征的結(jié)構(gòu)形式。

3.轉(zhuǎn)向特性

自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)可能有三種情況：

人-車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性

人體和車身向內(nèi)傾的角度相等。即騎車人身體的中心線和車子的中心線一致時(shí)，自行車就可以轉(zhuǎn)彎，即所謂中傾旋轉(zhuǎn)，見圖(b)；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角大時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂內(nèi)傾旋轉(zhuǎn)，見圖（c）；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角小時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂外傾旋轉(zhuǎn)，見圖(d))。

結(jié)論：在自行車的設(shè)計(jì)過程中，作為一個(gè)優(yōu)秀的自行車設(shè)計(jì)者，在工作中應(yīng)該不斷揭示人—自行車—環(huán)境三要素之間的相互關(guān)系的規(guī)律，使他們更合理地協(xié)調(diào)，以創(chuàng)造出更適合于各類騎行者，各類路況的自行車，從而獲得這一系統(tǒng)的最高效能，讓自行車更加符合人們的騎行理念。

第五篇：人機(jī)工程學(xué)在運(yùn)動(dòng)鞋鞋底設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)在運(yùn)動(dòng)鞋鞋底設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

學(xué)院： 專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)：

關(guān)鍵詞：人機(jī)

運(yùn)動(dòng)鞋

心理學(xué)

磨耗

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品的要求逐漸提高，在運(yùn)動(dòng)鞋的設(shè)計(jì)上也要求我們做到更人性化，才能在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，而對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋鞋底的受力分析就是人機(jī)工程學(xué)在運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)中運(yùn)用的關(guān)鍵，所以本文主要對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋主要性能對(duì)鞋底的受力影響進(jìn)行分析。一． 研究的必要性

21世紀(jì)的今天，科技、文化發(fā)展變化日新月異，設(shè)計(jì)趨勢(shì)也發(fā)生了很大的變化，對(duì)物品的理性需求越來越向感性需求轉(zhuǎn)化。如何面對(duì)要服務(wù)的人群需求變化；如何運(yùn)用高科技手段，對(duì)待情感問題；如何適合日益突出的多元化、個(gè)性化、差異化的設(shè)計(jì)思潮等精神屬性上的需要是人體工程學(xué)應(yīng)用的主要問題，是設(shè)計(jì)者要深思的問題。

但如今運(yùn)動(dòng)鞋的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，且國內(nèi)的運(yùn)動(dòng)品牌缺少自己的特色，國內(nèi)運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)要考慮到人的更高層次的心理需求、精神需求，不斷探尋使用者心理和生理的需求，將人文關(guān)懷越來越多的傾注于設(shè)計(jì)當(dāng)中，整合不同的專業(yè)資源，社會(huì)資源，以洞悉人性為設(shè)計(jì)主軸，體現(xiàn)設(shè)計(jì)的人性化，提升生活的品質(zhì)，最終給人們以美好的生活體驗(yàn)過程。中國的設(shè)計(jì)正在走向世界，設(shè)計(jì)的本土化有待我們正視，即設(shè)計(jì)必須融入當(dāng)?shù)氐奈幕腥ゲ趴赡艿玫匠掷m(xù)性的發(fā)展，才能使中國的藝術(shù)設(shè)計(jì)更具民族性和本土文化的特性,人體工程學(xué)具有較強(qiáng)的民族性和地區(qū)性，開展自己民族自己國家的人體工程學(xué)在鞋類設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究顯得更為迫切、重要。

二． 人機(jī)工程學(xué)與運(yùn)動(dòng)鞋簡(jiǎn)介

人機(jī)工程學(xué)是一個(gè)新興的邊緣學(xué)科，它應(yīng)用生理學(xué)，心理學(xué)和其它相關(guān)學(xué)科知識(shí)，研究人與產(chǎn)品和環(huán)境之間的相互關(guān)系，尋找三者的最佳匹配原則，使產(chǎn)品的和人能相互適應(yīng)。從而，創(chuàng)造一個(gè)舒適，安全，美好的工作環(huán)境，給人提供一個(gè)健康的平臺(tái)，提高工作效率。將人機(jī)工程學(xué)融入到鞋類設(shè)計(jì)中，可以使鞋子與人和環(huán)境更和諧，更符合人們的需要。

運(yùn)動(dòng)鞋，顧名思義是指在健身或競(jìng)技體育比賽時(shí)所穿的鞋。它能滿足人們運(yùn)動(dòng)的各種需求，保證人腳能夠在運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮其基本功能。運(yùn)動(dòng)又分為競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)和健身體育運(yùn)動(dòng)等。無論是哪一種運(yùn)動(dòng)都需要腳穿上具有保護(hù)作用，提高運(yùn)動(dòng)效果等方面的鞋，因此在運(yùn)動(dòng)鞋的設(shè)計(jì)與制造過程中應(yīng)充分考慮人機(jī)工程學(xué)在其中的應(yīng)用。三．

從運(yùn)動(dòng)鞋的幾個(gè)主要性能對(duì)鞋底受力影響進(jìn)行分析

眾所周知，運(yùn)動(dòng)鞋鞋底與鞋面不同之處，就是它要承載一個(gè)人全身的體重，在跑步等快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，甚至要受到約2～4倍體重的壓力。不僅如此，還要求它能具備耐磨性、避震性、彈性、防滑性、抗扭傷性、舒適透氣性，軟硬度適宜，重量輕和耐撓曲等功能。那么如何才能達(dá)到這么多的要求呢？這就必須要求制鞋從運(yùn)動(dòng)鞋的定位上進(jìn)行受力分析，通過檢測(cè)分析手段，為鞋底設(shè)計(jì) 提供依據(jù)。現(xiàn)就運(yùn)動(dòng)鞋幾個(gè)關(guān)于人機(jī)工程的主要性能對(duì)鞋底受力的影響進(jìn)行分析。1.耐曲撓性

運(yùn)動(dòng)鞋的耐折性是消費(fèi)者優(yōu)先考慮的要素，也是國內(nèi)質(zhì)量監(jiān)督部門十分注重的一個(gè)物性

指標(biāo)，其測(cè)試方法是GB/T3903.1 1994的國家標(biāo)準(zhǔn)，在鞋底跖趾關(guān)節(jié)處割口5mm長(zhǎng)，以每秒約4次的折撓頻率進(jìn)行測(cè)試，要求極其苛刻。所以，鞋底設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)考慮鞋底彎折溝的厚度和底材的韌性。一般彎折溝的設(shè)計(jì)均以圓弧形為主，可避免應(yīng)力集中，起分散彎折力和延伸力的作用，同時(shí)，在彎折溝背面應(yīng)以加強(qiáng)筋的方式加厚至2.0mm以上。2.耐磨性

在國內(nèi)還處于較低消費(fèi)水平的現(xiàn)階段，運(yùn)動(dòng)鞋的耐穿性無疑是消費(fèi)者最關(guān)心的，其中除鞋底的耐折性外，能否耐磨也是耐穿性的決定因素之一。2.1周邊磨耗

一般情況下，鞋底周邊（前掌、中腰、后跟）邊緣向內(nèi)10～15mm是受磨最多的部位，但其受磨程度小于鞋頭和后跟。其原因是，大拇指、小拇指和腳跟三點(diǎn)是主要的受力部位。2.2鞋頭磨耗

鞋頭受磨程度小于后跟，鞋頭外側(cè)受磨小于鞋頭內(nèi)側(cè)。其原因是，走路或跑步時(shí)，都是后跟先著地，腳提離地面時(shí)，大拇指最后提起且向前推進(jìn)并產(chǎn)生摩擦力。2.3后跟磨耗

后跟是受磨耗的主要部位，據(jù)統(tǒng)計(jì)：80%以上人的腳是以腳后跟外側(cè)先著地，又因腳在起步、落地時(shí)，均是朝向內(nèi)心偏移，所以其外側(cè)受磨程度大于內(nèi)側(cè)。2.4耐磨設(shè)計(jì)

根據(jù)以上的受磨分析，一些受磨功能要求高的運(yùn)動(dòng)鞋（如：球鞋），就須選用耐磨性能好的橡膠做大底，如采用意大利超強(qiáng)耐磨的vibra橡膠底?；蛘咴谛^內(nèi)側(cè)和后跟外側(cè)，特意設(shè)計(jì)耐磨的橡膠貼片，目前最佳的測(cè)試方法是以SATRATM174-94進(jìn)行DIN測(cè)試評(píng)估。3.止滑性

在進(jìn)行籃球運(yùn)動(dòng)時(shí)常常有急停、急轉(zhuǎn)動(dòng)作，此時(shí)要求運(yùn)動(dòng)鞋（如：藍(lán)球鞋）具有較高止滑性，否則，不僅會(huì)引起一場(chǎng)精采賽事的失利，還可能會(huì)造成運(yùn)動(dòng)員受傷。然而，在鞋底其他方面條件不變的條件下，耐磨耗性和止滑性卻是成反比的，耐磨耗性越好，就意味著止滑性下降；止滑愈佳，則其耐磨性就差。所以應(yīng)通過大量的測(cè)試對(duì)比，找到耐磨耗性和止滑性最佳的結(jié)合點(diǎn)，來進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)。當(dāng)然，還要從運(yùn)動(dòng)鞋的功能上去考慮鞋底紋路的設(shè)計(jì)，從而確定耐磨耗性和止滑性之間的最佳平衡點(diǎn)。4.透氣性

透氣性不僅只限于鞋面，鞋底同樣也要求有透氣性。因?yàn)樵谡４┯眠\(yùn)動(dòng)鞋時(shí)，人足部皮膚的溫度可達(dá)到34～35℃；而在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，其溫度將達(dá)到43～49℃；此外，大底紋路設(shè)計(jì)越粗糙、愈復(fù)雜，與地面摩擦力就愈大，熱度也愈高。因此，鞋底透氣性的設(shè)計(jì)是非常必要的，但同時(shí)要考慮其防水性，一般是在氣窗處涂抹一層能透氣的防水膠，或采用美國wL.GORE公司的GORE TE×材料。5.支撐力

支撐力是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，具體說就是通過運(yùn)動(dòng)鞋緊縮厚實(shí)的設(shè)計(jì)，來保證腳對(duì)人體強(qiáng)有力的支撐。這種緊縮的設(shè)計(jì)，可以克服腳向四周分散力量，從而保證向上的支撐力。一般采用硬支撐片（如TPU片）從鞋腰延伸至后跟，插人中底或在大底與中底之間，對(duì)人腳起平穩(wěn)支撐、固定的作用，也可防止運(yùn)動(dòng)中的扭傷。6.避震性

人在負(fù)重的狀態(tài)下徒步行走，每公里約走600～700步。這就意味著每步行一公里，一只腳要承受600～700次的重力沖擊，若是激烈運(yùn)動(dòng)，則其沖擊力就更大。有人做過統(tǒng)計(jì)，一個(gè)人在跑步時(shí)，腳觸地的瞬間，受到地面的沖擊力將達(dá)到人體重量的2～4倍。如果鞋沒有良好的減震系統(tǒng)來緩解這種沖擊，一定會(huì)使雙腳感到疲憊不堪，還會(huì)對(duì)大腦造成沖擊。一般情況下，采用具有一定彈性的中底（如EVA、PU）或在大底后跟嵌入具有彈性的墊片（如

EVA、PU），以減少?zèng)_擊力。同時(shí)，可以達(dá)到能量回輸?shù)男Ч芰炕剌斒侵感自跊_擊到地面之后，借由受壓變形的彈性體將動(dòng)能吸收，稍后，在它離地之前，因彈性體形狀的回復(fù)而將能量還給穿著者，使穿著者跑得更快、跳得更高）。7.抗扭傷性

人的腳是由26塊骨骼組成。人的行走過程是一個(gè)很復(fù)雜且科學(xué)的骨骼和肌肉協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的過程，腳從觸地到抬離地面，受到一個(gè)向上的沖力和向前的摩擦力，在腳觸地的瞬間，受到一個(gè)很大的沖力，在抬離地面前，需要對(duì)地面施加一定作用力以得到向前的摩擦力。在這一過程中，分析人腳的運(yùn)動(dòng)過程是這樣的：80%以上人的腳是以腳后跟外側(cè)先著地，此時(shí)腳后跟軸線略向外偏斜，著地時(shí)腳受到一個(gè)很大的沖力，它自然地向內(nèi)翻轉(zhuǎn)，以分散地面沖擊造成的對(duì)腳關(guān)節(jié)的傷害，最后腳后跟軸線從向外偏斜位置轉(zhuǎn)到垂直地面位置；在抬離地面前，各相關(guān)肌肉群及關(guān)節(jié)收縮緊張，以提供對(duì)地面的作用力，此時(shí)腳后跟軸線由垂直地面位置又轉(zhuǎn)到外斜位置，以提供作用力。在這一過程中，通常會(huì)出現(xiàn)兩種情況：過度翻轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)不夠。如果腳落地后向內(nèi)翻轉(zhuǎn)時(shí)，腳后跟軸線過了垂直面向內(nèi)斜，那么在腳離地時(shí)，它來不及調(diào)整到外斜位置，使肌肉骨骼未能做好充分準(zhǔn)備，易造成運(yùn)動(dòng)扭傷為了克服腳弓下塌的扁平足易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)扭傷的問題，鞋底一般設(shè)計(jì)成雙密度的彈性體，在鞋底后跟內(nèi)側(cè)位置，設(shè)計(jì)一相對(duì)密度高的材料，以抵抗人腳過度翻轉(zhuǎn)而造成的扭傷。另一種情況是常發(fā)生在高腳弓的人身上的翻轉(zhuǎn)不夠的現(xiàn)象。由于高腳弓人的腳關(guān)節(jié)一般比較僵硬，在腳落地時(shí)，往往不能完全翻轉(zhuǎn)到垂直位置，不足以化解地面對(duì)腳及各關(guān)節(jié)的沖擊，而易造成扭傷，有此類腳的人，往往在其整個(gè)鞋外側(cè)，磨損比較厲害，后跟避震好和符合腳型的鞋楦是其最佳的選擇。當(dāng)然，也可從鞋墊的設(shè)計(jì)上，來增強(qiáng)抗扭力和減輕疲勞感。四． 結(jié)論

有側(cè)重的研究人機(jī)工程學(xué)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)鞋的耐磨性、避震性、彈性、防滑性、抗扭傷性、舒適透氣性，軟硬度適宜，重量輕和耐撓曲等功能，有助于我們?cè)O(shè)計(jì)出更有市場(chǎng)，更有競(jìng)爭(zhēng)力的運(yùn)動(dòng)鞋，從而在鞋類產(chǎn)品市場(chǎng)占據(jù)更大的市場(chǎng)。

比如說鴻星爾克，它10年耕耘，斬獲諸多桂冠：中國第一網(wǎng)球品牌，北京奧運(yùn)首金贊助品牌，第一家挺進(jìn)世界杯盛宴、第一家在國外上市的中國運(yùn)動(dòng)品牌、第一家獲得CNAS國家級(jí)認(rèn)證的鞋服檢測(cè)中心、第一家在國內(nèi)倡導(dǎo)以科技為主、第一家航天科技恒溫鞋被國家級(jí)博物館收藏的運(yùn)動(dòng)品牌。而之所以取得這樣的成績(jī)，都源自于鴻星爾克對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的精益求精，對(duì)于產(chǎn)品的人性化追求。一個(gè)品牌的形成，一方面是有優(yōu)秀的企業(yè)經(jīng)營管理贏得市場(chǎng)，另一方面也需要企業(yè)文化積淀來累積厚重感。通過提升產(chǎn)品質(zhì)量，把產(chǎn)品做得更人性化，擴(kuò)充產(chǎn)品種類，提供與品牌相應(yīng)的售后保障體系等方式，加之將民族文化融入品牌之中，從而首先贏得本國民眾的喜歡，然后逐漸推向國際市場(chǎng)。

所以說人機(jī)工程學(xué)在運(yùn)動(dòng)鞋上的應(yīng)用相當(dāng)重要，在新的世紀(jì)里，我們以新的方式來感知世界，人們?cè)絹碓蕉嗟脑谧非笠环N新的生存環(huán)境和生存空間，毫無疑義，未來的人性化設(shè)計(jì)具有更加全面立體的內(nèi)涵，它將超越我們過去所局限的人與物的關(guān)系的認(rèn)識(shí)，向時(shí)間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，符合人機(jī)工程學(xué)的人性化設(shè)計(jì)是人與產(chǎn)品完美和諧的結(jié)合，是人性化的設(shè)計(jì)，真正體現(xiàn)出對(duì)人的尊重和關(guān)心。參考文獻(xiàn)：《人機(jī)工程學(xué)》

《人機(jī)工程學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》

《2010運(yùn)動(dòng)鞋市場(chǎng)分析》

《鞋易》