【安全】人體生物力學(xué)ppt課件

1、人機(jī)學(xué)根底人體生物力學(xué)特性 制造：孟現(xiàn)柱mengxz12yahoo.一、人體生物力學(xué)的普通知識(shí) 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的骨骼、關(guān)節(jié)和肌肉在神經(jīng)系統(tǒng)支配下，使人體各部分完成一系列的運(yùn)動(dòng)。.一骨骼 1人體骨骼全圖骨骼由顱骨、軀干骨、四肢骨三部分組成，是人體內(nèi)部的支撐構(gòu)造。人體全身約有206塊骨，可分為頭顱骨、上肢骨、下肢骨、軀干骨、脊椎骨等。.一骨骼 2人體骨骼強(qiáng)度1、在一定范圍內(nèi)，骨的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系是線性的，服從虎克定律。2、骨的密度比鋼小得多，其各方向的強(qiáng)度也不如鋼的大，但比花崗巖和洋松要高得多，具有強(qiáng)度高、分量輕的特點(diǎn)。 3、人體各部位骨的抗壓強(qiáng)度最大，抗彎強(qiáng)度次之，抗扭強(qiáng)度最小。這對(duì)人體負(fù)重、搬運(yùn)的研

2、討和受力設(shè)計(jì)具有特別意義。 .一骨骼3骨的功能 (1)骨構(gòu)成體腔的壁，如頭顱腔、胸腔、腹腔、盆腔等，以維護(hù)大腦、心、肺、肝、膽、脾胃、腎、腸及生殖器官等人體內(nèi)臟。 (2)骨之間由關(guān)節(jié)銜接構(gòu)成骨骼，構(gòu)成人體支架，支撐人體全身的分量，支撐人體的肌肉、皮膚、內(nèi)臟一器官等軟組織，骨骼與肌肉一塊共同維持人體的外部形狀。使人成為具有一定高度、寬度、厚度的實(shí)體。 (3骨骼的骨髓腔和松質(zhì)的腔隙中充填著骨髓，骨髓除具備造血功能外還是體內(nèi)脂肪、鈣、磷的貯藏倉(cāng)庫(kù)。 (4肌肉在神經(jīng)系統(tǒng)支配下產(chǎn)生收縮時(shí)，牽動(dòng)著骨圍繞著關(guān)節(jié)活動(dòng)，使人體產(chǎn)生各種動(dòng)作。因此，骨是人體活動(dòng)的杠桿。 .一骨骼4骨杠桿 在骨杠桿中，關(guān)節(jié)是支點(diǎn)，肌

3、肉是力源，肌肉一與骨的附著點(diǎn)稱為力點(diǎn)，作用于骨上的阻力如支配力、體重等的作用點(diǎn)稱為重點(diǎn)即阻力點(diǎn)。.一骨骼4骨杠桿 人體活動(dòng)中主要的骨杠桿方式：1平衡骨杠桿。 人體支點(diǎn)位于重點(diǎn)與力點(diǎn)之間，類似天平秤的原理，例如經(jīng)過(guò)寰枕關(guān)節(jié)調(diào)理頭的姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)。.一骨骼4骨杠桿2速度骨杠桿，力點(diǎn)在重點(diǎn)和支點(diǎn)之間，阻力臂大于力臂，例如手執(zhí)重物時(shí)肘的運(yùn)動(dòng)，此類杠桿的運(yùn)動(dòng)在人體中較常見(jiàn)。.一骨骼4骨杠桿 (3)省力骨杠桿。此類骨杠桿的重點(diǎn)位于力點(diǎn)與支點(diǎn)之間，例如足跟踩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。 由于杠桿中力與運(yùn)動(dòng)速度或幅度范圍是矛盾的。因此，在人機(jī)系統(tǒng)支配設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分思索這一原理。 .二關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)起骨間銜接且能活動(dòng)的作用。根據(jù)關(guān)節(jié)的活

4、動(dòng)范圍，關(guān)節(jié)分為：球窩關(guān)節(jié)可一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，如肩關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)，滑車關(guān)節(jié)只能向前或向后旋轉(zhuǎn)，肘關(guān)節(jié)和指關(guān)節(jié)，微動(dòng)關(guān)節(jié)只能允許平面間或往返的運(yùn)動(dòng)，脊椎骨間關(guān)節(jié)。 .二關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)的銜接1直接銜接：骨與骨直接借助于結(jié)締組織、軟骨或骨銜接，活動(dòng)范圍小或不能活動(dòng)。2間接銜接：骨與骨借助于膜性囊銜接，有較大的活動(dòng)范圍。.三人體肌肉人體的各種動(dòng)作，都是在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控下，由肌肉的收縮和舒張帶動(dòng)骨、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。全身肌肉分平滑肌、心肌和骨骼肌(橫紋肌，有639塊，可分為慢縮紅肌、快縮紅肌與快縮白肌三大類。假設(shè)用力較為細(xì)微，那么僅有慢縮紅肌參與收縮；隨著骨胳肌用力強(qiáng)度的添加，快縮紅肌與快縮白肌才分別參與收縮。)

5、。肌肉內(nèi)分布著血管和神經(jīng)，擔(dān)任調(diào)理肌肉的收縮和舒張 供應(yīng)肌肉營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)代謝和發(fā)育。.三人體肌肉肌肉拉傷指肌肉自動(dòng)劇烈的收縮或被動(dòng)過(guò)度的拉長(zhǎng)所呵斥的肌肉細(xì)微損傷或部分撕裂或完全斷裂。 肌肉萎縮指骨骼肌體積的減少，可由于肌纖維變細(xì)或消逝，是許多神經(jīng)肌肉疾病的重要病癥和體征。.二、人體各部分的支配力 一手的支配力手支配力的大小與人體姿態(tài)、著力部位、用力方向和用力方式都有關(guān)系。.一手的支配力(1)坐勢(shì)支配時(shí)的手支配力手臂支配力的普通規(guī)律是：左手的力量小于右手；拉力大于推力；手臂處于側(cè)下方時(shí)，推、拉力量都較弱；手臂處于正下方時(shí)，其向上和向下的力量都較大，且向下的力量大于向上的力量。.手臂的角度拉 力推

6、力左手右手左手右手向后向前1802302401902301501902501401901201601901201609015017010016060110120100160向上向下1804060608015070808090120801101001209080901001206070908090向內(nèi)側(cè)向外側(cè)180609040601507090407012090100507090708050706080906080不同角度和方向的支配力數(shù)值.一手的支配力(2)站姿操作時(shí)的手支配力站立操作姿態(tài)時(shí)，手臂的最大拉力產(chǎn)生在肩的下方1800和肩的上方00的方向上。同樣，推力最大的方向是產(chǎn)生在肩的上方00方

7、向上。所以，以推拉方式支配的控制安裝，安裝在這兩個(gè)部位時(shí)將得到最大的支配力。.一手的支配力(3)握力普通人的右手握力約380N，左手握力約350N。但是，普通青年男子右手瞬時(shí)最大握力有560N，左手有430N。握力與手的姿態(tài)和繼續(xù)時(shí)間有關(guān)，當(dāng)繼續(xù)一段時(shí)間后，握力顯著下降，如堅(jiān)持1min后，右手平均握力約280N，左手約250N。.一手的支配力(4)拉力和推力 在站姿手臂程度向前自然伸直的情況下，男子平均瞬時(shí)拉力為703N，女子平均瞬時(shí)拉力為386N。當(dāng)手作前后運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉力(向后)要比推力(向前)大。瞬時(shí)最大拉力可達(dá)1100N，延續(xù)操作的拉力最大約300N。當(dāng)手作左右方向運(yùn)動(dòng)，那么推力大于拉力，

8、最大的推力約400N。.一手的支配力(5)扭力雙臂作改動(dòng)有三種不同操作姿態(tài)，直立操作時(shí)平均扭力男子為389130N，女子為20480N。屈身操作時(shí)平均扭力男子為555249N，女子為272141N；彎腰操作時(shí)平均扭力男子為962342N，女子為425200N。.二腳的支配力腳出力的大小，與人的姿態(tài)、腳位置和方向有關(guān)。下肢伸直時(shí)的腳力大于彎曲時(shí)的腳力。坐姿有靠背支撐時(shí)，腳出力最大。立姿時(shí)腳的出力比坐姿時(shí)的出力大。普通坐姿時(shí)，右腿最大蹬力平均可達(dá)2620N，左腿為2410N。據(jù)測(cè)定，膝部伸展角度在130-150或160-180之間時(shí)，腿的蹬力為最大。在坐姿的情況下，腳的伸出力大于屈曲力。 .腳處于

9、不同位置上的蹬力腳 別屈曲率（N)伸出率（N)男女男女右 腳338239488351左 腳305213430305.三控制器的支配力在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，支配力所根據(jù)的目的該當(dāng)?shù)陀谄胀ㄈ说牧α砍潭?，而按照力量較弱的人的程度進(jìn)展設(shè)計(jì)。當(dāng)然也不是用力越小越好。假設(shè)支配桿絲毫沒(méi)有阻力，就很容易被碰移，而且支配時(shí)，操作者不能從動(dòng)作中覺(jué)得出支配量的大小，從而影響操作的準(zhǔn)確性。.三、人體活動(dòng)的速度和準(zhǔn)確度1、動(dòng)作速度和動(dòng)作頻率在支配控制安裝設(shè)計(jì)中，根據(jù)人體動(dòng)作選擇不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)于準(zhǔn)確靈敏的操作具有重要意義。確定動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)應(yīng)綜合思索動(dòng)作速度和動(dòng)作頻率這兩個(gè)根本要素。.操作者各部位每動(dòng)作一次所需的平均時(shí)間

10、，可用這些數(shù)聽(tīng)闡明動(dòng)作速度的大小。 動(dòng) 作 部 位動(dòng) 作 特 點(diǎn)最少平均時(shí)間（s/次）手抓 取直 線 的0.07曲 線 的0.22旋 轉(zhuǎn)克 服 阻 力0.72不 克 服 阻 力0.22腳直 線 的0.36克 服 阻 力 的0.72腿直 線 的0.36腳 向 側(cè) 面 的0.721.45軀干彎 曲0.721.62傾 斜1.26.人體各部位動(dòng)作的最大頻率，它以每分鐘最多動(dòng)作的次數(shù)來(lái)計(jì)算。 動(dòng)作部位最大頻率（次/min)手指204406手360430前臂190392臂99344腳300378腿330406.兩只手不同動(dòng)作時(shí)，每秒鐘所能到達(dá)的最大頻率。 動(dòng) 作 種 類最 大 頻 率右 手左手旋轉(zhuǎn)（r/s

11、）4.84.0推壓（次/s)6.75.3打擊（次/s）5146.5.最大轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和手柄長(zhǎng)度間的關(guān)系操作者的操作速度和頻率還與支配機(jī)構(gòu)的外形、大小、以及繼續(xù)操作時(shí)間等要素有關(guān)，由表中可看出，手柄長(zhǎng)度為60mm時(shí)，最大轉(zhuǎn)動(dòng)頻率可到達(dá)最高。除此以外，手柄越長(zhǎng)，那么轉(zhuǎn)動(dòng)頻率越低。手柄長(zhǎng)度（mm）最大轉(zhuǎn)動(dòng)頻率（r/min)302640276027.510025.514023.524018.558014.手操作時(shí)合理的軌跡范圍思索動(dòng)作速度和動(dòng)作頻率這兩個(gè)根本要素，當(dāng)一只手操作時(shí)，應(yīng)在程度面內(nèi)向外600的直線方向；兩只手同時(shí)操作時(shí)，應(yīng)在程度面內(nèi)兩側(cè)分別約300的直線方向；假設(shè)用于準(zhǔn)確調(diào)整，那么以沿中軸線方向

12、為好。 .2、人體動(dòng)作的靈敏性在支配時(shí)產(chǎn)生忽然或平穩(wěn)的改動(dòng)方向時(shí)，圓形軌跡比直線軌跡靈敏。手向著身體動(dòng)作比分開(kāi)身體的動(dòng)作靈敏而準(zhǔn)確，向前后往復(fù)動(dòng)作比向左右往復(fù)動(dòng)作的速度大。最大動(dòng)作速度與被移的負(fù)載的分量成正比，而到達(dá)最大速度所需求的時(shí)間與被挪動(dòng)的負(fù)載成正比，動(dòng)作的方向和軌跡該當(dāng)滿足任務(wù)動(dòng)作準(zhǔn)確性的要求。人體較短部位的動(dòng)作比較長(zhǎng)部位的動(dòng)作靈敏；人體較輕部位的動(dòng)作比較重部位的動(dòng)作靈敏；人體體積較小部位的動(dòng)作比較大部位的動(dòng)作靈敏。.3 、人體動(dòng)作設(shè)計(jì)應(yīng)該遵照的規(guī)律為了使動(dòng)作速度、頻率、準(zhǔn)確性和靈敏性很好地結(jié)合，人體動(dòng)作設(shè)計(jì)須遵照：1)勞動(dòng)時(shí)的延續(xù)動(dòng)作，不論時(shí)間長(zhǎng)短，應(yīng)在最有利的位置開(kāi)場(chǎng)和終了。2)沿曲線、直線或不規(guī)那么軌跡的動(dòng)作，應(yīng)該使操作者的動(dòng)作從容不迫。3)具有急劇改動(dòng)方向的曲線或直線的動(dòng)作，應(yīng)該盡量采用流暢延續(xù)的動(dòng)作。4)手在程度內(nèi)動(dòng)作比在垂直面內(nèi)的動(dòng)作要準(zhǔn)確。5)人在任務(wù)時(shí)動(dòng)作的次數(shù)應(yīng)盡量減少，頻率應(yīng)降低。6)一些重要的作業(yè)應(yīng)該盡能夠由一個(gè)人的動(dòng)作完成。7)最重要的和常用的安裝或工具該當(dāng)放在最有利范圍之內(nèi)。8)支配者的支配動(dòng)作，按適宜的半徑作圓周運(yùn)動(dòng)比沿直線運(yùn)動(dòng)好。9)從一個(gè)支配位置到另一個(gè)支配位置的動(dòng)作該當(dāng)平穩(wěn)，不允許騰躍。10)假設(shè)操作者不可防止地按不正確的軌跡動(dòng)作時(shí)，該當(dāng)思索改動(dòng)動(dòng)作，這時(shí)采