人機(jī)工程學(xué)操縱桿的設(shè)計(jì)

1、基于人機(jī)工程學(xué)汽車變速桿的設(shè)計(jì)姓名：謝奕浩班級：13級車輛工程4班學(xué)號：1304030410381 .設(shè)計(jì)背景變速桿是汽車改變變速器中齒輪的齒輪比，使車輛的行駛速度變化，驅(qū)動力隨之變化；是使運(yùn)動部件從某一速度變換為另一速度的工具。駕駛?cè)送ㄟ^操縱變速桿來改變不同比例的變速器齒輪的合分，汽車可以實(shí)現(xiàn)加速、減速或者倒車。汽車的變速桿可以分為手動檔，自動檔。手動檔的是通過操控手動變速箱來改變車輛行駛速度的，手動變速箱是有不同齒比的齒輪組構(gòu)成的，它工作的基本原理就是通過切換不同的齒輪組，來實(shí)現(xiàn)齒比的變換。作為分配動力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，變速箱必須有動力輸入軸和輸出軸這兩大件，再加上構(gòu)成變速箱的齒輪，就是一個手動

2、變速箱最基本的組件。動力輸入軸與離合器相連，從離合器傳遞來的動力直接通過輸入軸傳遞給齒輪組，齒輪組是由直徑不同的齒輪組成的，不同的齒輪比例所達(dá)到的動力傳輸效果是完全不同的，平常駕駛中的換擋也就是指換齒輪比。而自動檔通過操控自動變速箱來改變車輛行駛速度的，自動變速車箱可以大致分為Tiptronic、7G-Tronic、Geartronic、平行軸式AT這四種類型的變速車箱。自動變速箱簡稱AT,全稱AutoTransmission,它是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速變矩。和手動擋相比，自動變速箱在結(jié)構(gòu)和使用上有很大不同。手動擋主要通過調(diào)節(jié)不同齒輪組

3、合來更換擋位，而自動變速箱是通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速的目的。其中液力變扭器是自動變速箱最具特點(diǎn)的部件，它由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪等構(gòu)件組成，泵輪和渦輪是一對工作組合，泵輪通過液體帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，而泵輪和渦輪之間的導(dǎo)輪通過反作用力使泵輪和渦輪之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速差并實(shí)現(xiàn)變速變矩功能，對駕駛者來說，您只需要以不同力度踩住踏板，變速箱就可以自動進(jìn)行擋位升降。由于液力變矩器自動變速變矩范圍不夠大，因此在渦輪后面再串聯(lián)幾排行星齒輪提高效率，液壓操縱系統(tǒng)會隨發(fā)動機(jī)工作變化自行操縱行星齒輪，從而實(shí)現(xiàn)自動變速變矩。為了滿足行駛過程中的多種需要（如泊車、倒車）等，自動變速箱還設(shè)有一些手動撥桿位置，像P擋（停泊）、

4、R擋（后擋）、N擋（空擋）、D擋（前進(jìn)）等。2 .人機(jī)工程學(xué)在車輛中的應(yīng)用2.1 車輛工程中的應(yīng)用人機(jī)工程對現(xiàn)有條件下駕駛汽車和乘坐汽車在生理、心理及社會等各方面進(jìn)行大量統(tǒng)計(jì)與調(diào)查，引入生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、人體解剖學(xué)、運(yùn)動生物學(xué)、人體測量學(xué)、工程學(xué)、機(jī)械學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息工程、系統(tǒng)工程等學(xué)科的觀點(diǎn)和方法，開展全面研究和分析改善汽車的各種性能。目的：為汽車設(shè)計(jì)、改進(jìn)提供各種調(diào)查、改進(jìn)、試驗(yàn)與分析結(jié)果，使汽車更好地、盡善盡美地為人服務(wù)。2.2 研究的范圍人體尺度和操縱范圍；人的視覺和光效應(yīng)；聽覺信息的傳遞和噪聲干擾；人體對環(huán)境的適應(yīng)；人一車系統(tǒng)的響應(yīng)時間；人一車系統(tǒng)的特性和安全駕駛；飲酒對駕駛的

5、干擾。要求：從主觀和客觀兩方面使汽車的各種性能更好地適應(yīng)人們的心理和生理上的要求。2.3 達(dá)到的目的(1)根據(jù)人類生理、心理的自身規(guī)律來指導(dǎo)設(shè)計(jì)；(2)為駕駛員創(chuàng)造一個安全性、操作性好，視野開闊、清晰而又舒適的工作環(huán)境；(3)使乘客感到安全、舒適和方便，不會有過度疲勞與不良的生理反應(yīng)；(4)從主觀和客觀，積極和消極等方面采取措施，使車禍降到最低限度。3 .人機(jī)工程學(xué)在車輛操作桿的應(yīng)用3.1 操縱桿的設(shè)計(jì)操縱桿的自由端裝有手柄，另一端與受控部件相連。汽車的操縱桿用于一個平面的推、拉式擺動運(yùn)動，由于受行程和擺動角度的限制，操縱桿不適合做大幅度的連續(xù)控制，也不適合作精細(xì)控制。(1)操縱桿的形態(tài)和尺寸

6、操縱桿的粗細(xì)一般為2232mm采用手柄，直徑不宜小于7.5mm操縱桿的長度與其操縱的頻率有很大關(guān)系，用前臂和手操作的操縱桿，操縱力一般在2060N的范圍內(nèi)，汽車變速桿的操縱力常為3050N,若每個班次中操作達(dá)到1000次，則操縱力應(yīng)不超過15N。(2)行程和扳動角度操縱桿操作時應(yīng)該只用手臂而不移動身軀，以此原則來確定操縱桿的操作行程和扳動角度。如圖所示短操縱桿設(shè)在座椅扶手前邊，前臂在扶手上靠轉(zhuǎn)動手腕操作，比較輕松。500600mm£操縱桿的操作行程為300350mm轉(zhuǎn)動角度30°60°為宜。(3)操縱桿的安置位置立姿下在肩部高度操作最為有力，坐姿下則在腰肘部的高度

7、施力最適宜，如圖1。操縱力較小時，在上臂自然下垂的位置斜向操作更為輕松，如圖2。3.2 常用移動式操縱裝置的工作行程和操縱力手柄適宜操縱力的大小和手柄距地面的高度、操縱方向使用左手或右手等因素有關(guān)，如表1所示手柄適宜的操縱力。表1手柄適宜的操縱力手柄距地面的距離/mm適宜的操縱力/N右手向上向卜向側(cè)方5006501407040650105012012060105014008080601400105090140403.3 手柄的形狀和尺寸設(shè)計(jì)對手柄設(shè)計(jì)的基本要求是：手握舒適，施力方便，不打滑。動作可控制。因此手柄的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)手的結(jié)構(gòu)和生理特征進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)手執(zhí)握手柄時，施力和轉(zhuǎn)動手柄，都是依

8、靠手的屈肌和伸肌共同完成的。手掌的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其解剖特征是，指球肌和大小魚際肌的肌肉最豐厚，手掌心的肌肉最少，指骨間肌和手指部分則布滿神經(jīng)末梢。因此，手柄的形狀當(dāng)設(shè)計(jì)成使其被握住的部位于掌心和指骨間肌留有適當(dāng)間隙，以減輕掌心和指骨間肌的受力，改善手掌的血液循環(huán)狀況，保證神經(jīng)不受過強(qiáng)的壓迫，如果掌心長期受壓受震，可能會引起難以治愈的痙攣，至少容易引起疲勞和操縱定位不準(zhǔn)確。圖3中，（a）、（b）、（c）三種形式手柄符合上述的要求，操作效果較好；（d）、（e）、（f）三種形式的手柄，執(zhí)握時掌心與手柄貼合面太大，操作效果不好，只適合作為瞬間和受力不大的操縱手柄。明圖3手柄形式和著力部位的比較4 .

9、設(shè)想與改進(jìn)4.1 問題的提出不同身高的人使用變速桿，即使調(diào)整椅子高度，由于手臂的長度不一樣，會造成手握住變速桿的不舒適性，因此設(shè)計(jì)出一個符合大多數(shù)人的使用的變速桿。4.2 解決方案對以上存在的幾個問題，提出如下解決方案，如有雷同純屬巧合。1 .可以在桿上的結(jié)構(gòu)改成類似雨傘伸縮桿的結(jié)構(gòu)，不同的是在手柄部分有可調(diào)節(jié)桿高度的開關(guān)。2 .把桿改成液壓桿的設(shè)計(jì)。3 .3方案的分析第一種方案只是在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的改變，而且成本不高，容易成功。不過桿的調(diào)節(jié)精度大。可調(diào)范圍廣但是是離散的。第二種方案在舒適性上高于第一種方案，桿的調(diào)節(jié)精度小，可調(diào)范圍廣而且是連續(xù)的。成本上會高于第一種。5.總結(jié)隨著社會的發(fā)展，未來中國可能每個家庭都有一輛或者多輛汽車，使用的人越來越多，面向的人越來越多，人機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛，人們將期待一輛成本地但使用范圍廣的車輛的出現(xiàn)。從此看來，變速桿的微微調(diào)整桿的長度對于車來說起到一定的作用，能適應(yīng)不同身高的人使