自行車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、目 錄前言1、 從人因工程學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)自行車車座設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)分析。 2、從人因工程學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)自行車靠背設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)分析。3、從人因工程學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)自行車車把設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)分析。 真正具有現(xiàn)代形式的自行車誕生于1874年。如今自行車在很多國(guó)家只是作為運(yùn)動(dòng)健身的工具，但是從上世紀(jì)20年代自行車傳入我國(guó)以來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)、人口狀況與地理?xiàng)l件等方面的原因，自行車在一個(gè)很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)一直作為中國(guó)百姓的主要交通工具。當(dāng)前我國(guó)自行車產(chǎn)量、出口量均占世界總量60%以上，國(guó)內(nèi)消費(fèi)量也居世界第一。自行車的歷史已經(jīng)超過(guò)了一百年，但是從人因工程學(xué)的角度進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的自行車設(shè)計(jì)仍然存在缺陷，需要改進(jìn)

2、。 二、問(wèn)題及改進(jìn) 2.1 鞍座設(shè)計(jì)不合理鞍座太平坦，太窄，太硬 鞍座設(shè)計(jì)要素分析 尺寸 決定鞍座寬度的因素主要是人體的生理結(jié)構(gòu)，如坐骨結(jié)節(jié)的距離、骨盆的大小等等。其中起關(guān)鍵作用的是坐骨結(jié)節(jié)間的距離。這段距離基本上決定了鞍座后部的寬度，它的寬度保證人體坐骨結(jié)節(jié)在鞍座上時(shí)的距離位置：過(guò)小容易使結(jié)節(jié)間軟組織受到擠壓，過(guò)大容易影響鞍座的的平衡。坐骨結(jié)節(jié)一般912厘米。因?yàn)榕缘捏y骨要寬于男性，在設(shè)計(jì)時(shí)鞍座寬度要比男性的寬一些。 弧度 弧度是指從鞍座后部過(guò)渡到鞍座鼻部弧線的彎曲程度。由鞍座的寬度、長(zhǎng)度以及騎乘者大腿內(nèi)側(cè)的脂肪厚度、髖臼窩的深淺和鞍座的用途等決定。 墊料 墊料是自行車鞍座舒適與否的一個(gè)重

3、要因素。它決定了鞍座的變形程度。如果墊料過(guò)軟，坐骨結(jié)節(jié)就會(huì)陷入到鞍座中，導(dǎo)致人體組織的麻木和缺血：如果墊料太硬，將會(huì)導(dǎo)致人體組織的疼痛。所以，墊料的柔軟程度和大小是設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的因素。另外，包覆材料的透氣性、防水性、防變形性等也是應(yīng)該考慮的因素。 當(dāng)人騎在鞍座上時(shí)坐骨生殖區(qū)（位于坐骨結(jié)節(jié)和恥骨聯(lián)合部之間，分布有大量的血管、神經(jīng)和軟組織）靠在平坦的座面上，鞍座會(huì)壓迫到坐骨神經(jīng)區(qū)的組織和脂肪；坐骨神經(jīng)區(qū)的組織里含有豐富的血管、軟組織和大量的神經(jīng)及神經(jīng)末梢，在騎行時(shí)，上軀體的部分重量壓迫到這些血管和神經(jīng)，造成人體會(huì)陰區(qū)的疼痛和麻木；而且會(huì)陰區(qū)深層中含有泌尿組織、血管及生殖動(dòng)脈和傳導(dǎo)神經(jīng)，這樣也

4、會(huì)造成生殖區(qū)域的麻木和缺血，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致生殖系統(tǒng)障礙。 根據(jù)工作座椅一般人類工效學(xué)要求，座椅的坐面有帶座墊的柔性坐面和不帶座墊的剛性坐面兩種形式。座墊應(yīng)為由彈性材料及蒙面材料組成的柔性座墊，且覆蓋物必須具有彈性和透氣性。在選擇座墊材料時(shí)，還應(yīng)考慮其散熱和吸潮的能力，以及防止滑動(dòng)的能力等。 鞍座的中部嵌入了比兩側(cè)更加柔軟的墊料；從正視圖看，這一區(qū)域下陷，很好的減輕了對(duì)坐骨生殖區(qū)的擠壓。開有4個(gè)圓孔，有利于散熱、散潮；鞍座前部比后部稍低，減輕了對(duì)恥骨聯(lián)合部的壓迫；鞍座頭部比一般自行車鞍座稍窄，減輕了對(duì)大腿內(nèi)側(cè)的摩擦；前后連接的弧度比一般自行車鞍座要小一些，使鞍座增加了表面受力面積，減輕了對(duì)臀部的擠

5、壓。 2.2 鞍座太高 公路賽車運(yùn)動(dòng)員騎乘的自行車，鞍座的高度和把手一樣高，甚至超過(guò)把手，運(yùn)動(dòng)員騎行時(shí)上軀體與地面的傾斜角小于30度。那是為了減小身體對(duì)空氣的阻力，加快騎行的速度。但是如果日常生活中騎這種自行車，是不符合人體工效學(xué)要求的。根據(jù)人體坐姿的生物力學(xué)分析得知，人體上身越前傾，脊柱的彎曲程度越大，背部肌肉受力越大，當(dāng)人騎座位太高的自行車時(shí)，幾乎完全伏在車把上，背部與水平面幾乎平行，腰部椎間盤壓力分布不當(dāng)，腰椎變形。將自行車車座向前放低10至15度，脊柱的彎曲程度就會(huì)降低，脊柱的形狀接近自然狀態(tài)，腰椎間盤的壓力分布較均勻，有效減輕不合理的座位設(shè)計(jì)給人帶來(lái)的傷害。鞍座高過(guò)把手，上軀體與地面

6、傾斜角小于30度 調(diào)整鞍座高度后，上軀體與地面的合理傾斜角應(yīng)為大約90度。2.3  缺少腰靠   改良過(guò)座位高度的自行車，雖然車座的高度已經(jīng)降低，但是騎車者長(zhǎng)時(shí)間騎車，卻沒(méi)有腰靠，其背部負(fù)荷仍然很大。腰靠的作用是為腰部提供支撐，保持脊柱處于自然形態(tài)的輕松姿勢(shì)。（1）靠背的高度 靠背由肩靠和腰靠?jī)刹糠謽?gòu)成，腰靠的凸出部分壓入腰凹內(nèi)，以保證腰部得到充分支持，其水平截面為曲率不大的圓弧形，以適合于腰圓。由于成年人腰椎部的中心位置約在座位上方2326cm 處，腰椎支點(diǎn)略高于此尺度，腰靠的高度至少要等于腰椎支點(diǎn)的高度，以支持背部重量，所以腰靠的

7、高度在座面上方2632cm處為宜。為了使背部下方骶骨和臀部有適當(dāng)?shù)暮笸箍臻g，座面上方與靠背下部之間留一開口部分，其高度至少為12.5cm。 （2）靠背的寬度 寬度由腰圍決定，靠背寬度為腰圍的1/3，例如50%的女性腰圍為77.2cm，所以靠背寬度可定為26cm為宜。 （3）靠背的角度 設(shè)為99°，該傾角的作用與座面傾角的作用相同。 （4）靠背的重量及材料 靠背不易過(guò)重，應(yīng)選用強(qiáng)度較好，質(zhì)量較輕的材料(如ABS塑料)，并具有適當(dāng)?shù)膹椥裕栽黾邮孢m感。 2.4 車把握起來(lái)費(fèi)力   應(yīng)盡量保持手腕伸直

8、，在騎車時(shí)，盡量使車把彎曲而不要使手腕彎曲，避免手腕的偏差（徑向偏差和尺骨偏差），同時(shí)也應(yīng)盡量避免大臂過(guò)度伸直，因?yàn)槟菢訒?huì)使整個(gè)手臂肌肉始終處于緊張狀態(tài)。因此，應(yīng)采用能滿足理想的車把高度的車把，即保證肘部成90度角，小臂與手在一條直線上。  所以改進(jìn)后的車把與鞍座要保證一定的高度落差，以避免騎乘時(shí)整個(gè)手臂處于伸直狀態(tài)，使肌肉緊張。并且，車把應(yīng)設(shè)計(jì)成平把，因?yàn)槭治諒澃褧?huì)使手腕彎曲，產(chǎn)生手腕偏差。2.5手柄握起來(lái)舒適度較差 現(xiàn)在的自行車手柄上都有防滑花紋或條紋，但手柄材料卻參差不齊，大多數(shù)自行車手柄由硬塑料或硬橡膠制成，硬度高，彈性差，而且其形狀并不符合人手的生理曲線，在振動(dòng)時(shí)也不能起到

9、緩沖減震的作用。建議手柄由更加柔軟，彈性好的材料制成，并且設(shè)計(jì)又符合人后形狀的突起，增加握起來(lái)的舒適感。雖然擁有百多年歷史的自行車設(shè)計(jì)已經(jīng)相當(dāng)成熟，現(xiàn)代自行車的造型也更加時(shí)尚。但是除了考慮造型新穎性之外，從人因工程學(xué)的角度考慮，自行車的設(shè)計(jì)仍然有很多值得改進(jìn)的地方。綜合起來(lái)有以下幾點(diǎn)： 1、 設(shè)計(jì)合理造型的鞍座，減輕鞍座對(duì)會(huì)陰區(qū)的壓迫。增加腰靠，減輕人腰部負(fù)荷。 2、 將座位放低，使車座低于車把。保持人脊柱接近自然狀態(tài)，減輕背部肌肉張力，使腰椎間盤受力均勻。 3、 設(shè)計(jì)平直式車把的自行車，在滿足人坐姿接近自然狀態(tài)的條件下，肘部成90度，小臂與手成一條直線，避免人手腕部處于尺偏或過(guò)度屈伸狀態(tài)，也避免大臂過(guò)度伸直。 4、 改進(jìn)手柄的設(shè)計(jì)，使用彈性更好的材料，使其握起來(lái)更舒適。 參考文獻(xiàn) 1 孫林巖.人因工程(第二版)M.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.2005 2 楊勤.人機(jī)系統(tǒng)適配設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)模型研究M.北京：萬(wàn)國(guó)