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浅析人机工程学在自行车中的应用摘要：自行车是一种最为常见常用的交通工具，特别是在中小学生这样一个正处于成长的人群中，自行车的使用频率是相对而言较高的。
所以本文对自行车的设计与各部分构造进行人机分析，旨在为将来的自行车的设计提供一个参考，使其更加符合人机工程学的应用，更加舒适与安全。
关键词：自行车；人机工程；设计；浅析长久以来，自行车一直是人们最为常用的交通工具，在与机动车辆共存的年代里，自行车的安全性与舒适性显得更为重要。
人机工程学是一门协调不同的作业中人、机器及环境三者间的关系，并运用人机工程学原理和方法解决系统中人机结合面的安全问题的一门新兴学科。
在自行车的设计过程中，我们可以通过人机工程学的知识使自行车与人能够更好的配合，相互兼容，从而使人有更安全更舒适的骑行，尽量消除机器本身的缺陷，降低人操作的失误率，最终达到提高安全，降低疲劳，增加舒适度的要求。
一、自行车的结构自行车的车架、轮胎、踏脚、刹车、链条等25个部件中（图1），其基本部分缺一不可。
其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。
按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统：导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部分组成。
乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。
图1为自行车结构驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。
人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。
制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。
二、人机工程学在自行车的主要部件中的应用探索骑车时，人与自行车主要接触在三个部位：车把，坐垫与脚踏。
所以这次对于自行车的调研分析，主要以这三部分为中心进行展开。
2.1坐垫部分坐垫是接触人最重要的的部分，不同的骑行姿势需要的身体重心变化也和坐垫密切相关。
如上坡，过弯，过障碍，臀部会随着身体重心变化，在坐垫上前后左右的移动，不断的转髋。
课程论文人机工程学自行车骑姿分析与改进设计目录1概述 (3)2与自行车骑姿相关的因素分析 (3)2.1车把与鞍座之间的相对位置 (3)2.2鞍座与脚踏之间的相对位置 (4)2.3鞍座 (4)2.4中轴 (4)3 现行骑姿人机特性分析 (5)3.1蹬踏运动 (5)3.2休闲车骑姿 (5)4 自行车骑姿的改进设计 (6)4.1鞍座 (6)4.2中轴与鞍座之间的相对位置 (6)4.3把手与鞍座之间的相对位置 (7)4.4设计计算方法 (7)5设计实例 (10)6结束语 (10)1概述自行车骑姿是由骑乘者与自行车的把手、鞍座以及脚踏板的相对位置来决定的。
骑乘者的手、臀部、脚在车上的相对位置决定了骑行的舒适程度和骑行的效率。
从人机工程学观点出发，要提高自行车骑行时的舒适性，应该合理定位把手、鞍座以及脚踏板三者之间的位置，让骑行者在骑行过程中身体各部位尽可能处于自然状态。
车架是自行车的骨架，在很大程度上决定了自行车的结构和性能，进而决定了自行车的骑姿和骑行舒适性。
现在的车架设计多采用经验法，即以现有的车型为参考来确定车架的关键参数，在此基础上进行形态创新。
这样设计出来的车架延续了以往的骑姿，未能真正做到设计以人为本。
本文从人体尺寸、动作范围以及运动生理等方面出发，改进设计影响骑姿的三大部件之间的相对位置。
改进后的骑姿在身体各部分之间进行合理的功能分配，脚踩踏板驱动自行车前行，臀部和腰支撑上体的体重，手操纵把手控制前行方向。
在此基础上进行的车架设计能提高骑行的舒适度。
2与自行车骑姿相关的因素分析正确的骑姿可以提高骑行效率，使骑行不易产生不适和疲劳，同时还能降低危险发生的几率。
骑姿设计是自行车设计工作中的一项重要内容。
与自行车骑姿相关的因素主要有：2.1车把与鞍座之间的相对位置车把与鞍座之间的相对位置决定了骑乘者上半身的姿势。
车把过低会使骑行者的上肢承受很大的静压，时间稍长手臂和手掌易发生疲劳，同时过低的上身也会压迫腹部，但力容易传递到车。
自行车改善方案【摘要】在生活中的骑车过程中，常常可见关于自行车的省力问题和舒适性问题。
针对这些问题，本文综合运用了人机工程学的人在系统中的功能和人的运动输出理论和方法，分析了人在骑车过程中所做的有用功，指出了人在骑车过程中所受各种力的作用，提出了对自行车各个部件改善方案。
【关键字】人机工程学作用力舒适度1 引言在产品设计的过程中，充分考虑人的因素，围绕人的用力状况和骑车过程中的舒适度展开改善方案的研究。
人机工程学，是探讨人与环境、设备、工具的一个有效的科学工具。
本文探讨了将人机工程学的人在系统中的功能和人的运动输出理论和方法应用于解决骑车过程中的省力和舒适方面的问题。
2 研究背景自行车设计的基本任务是根据使用者的要求结合制造部门的可能性，创造性地运用有关科学技术和知识，设计出受用户欢迎的产品。
因此，设计自行车时首先应该选择合理的结构，同时还应符合有关技术经济指标的要求。
社会对自行车使用的要求是多方面的。
自行车既要有一定的刚度，也要有相应的弹性，否则就会影响骑行性能和使骑行者容易产生疲劳，因此对架、前叉和鞍座等主要部件都要与人的体形结合起来考虑，使之达到骑行舒适的要求。
此外，骑行自行车应该向着更加省力更加方便的方向发展。
坐垫部分：为了把减轻降低行驶时对图一自行车结构下体的压力，我们可以在设计坐垫的时候将两侧垫高，这样就将更多的压力分散到两翼坐骨上，从而使得下体得到解放。
其次，由于人在骑自行车时，长时间处于一种前屈运动的状态，坐姿属于非自然、良好的坐姿，这样椎间盘内压力分布不均衡，就会产生腰部酸痛、疲劳等不适感。
要减轻腰部的不适感，在保证人体操作灵活性的同时，应使人骑车时的坐姿接近自然坐姿。
车把部分：增加把握时的牢固度。
同时把车把的水平面增大，使手掌有更多托付面积，减小手掌单位面积的受力，在长距离行驶时不容易感到疲劳。
刹车与车把平面的角度设计应该是35—45度之间，这样可以释放手腕的压力，最好是这个角图二骑车受力示意图度能够设计成可以调节的。
基于人因工程学的自行车设计改进姓 名：张海青学 号：05083008班 级：工硕51指导老师：孙林岩2007年11月摘要：自行车设计在以往只是从满足人的使用功能出发，而忽视了骑乘者是否感到舒适。
本文从人因工程学角度，运用人体测量学、身体运动学的理论，对自行车设计上长期存在的一些不符合人体工效学要求的缺陷提出了改进建议。
关键词：人因工程学设计鞍座腰靠一、引言人因工程学（Human Factors or Human Factor Engineering）,又称工效学（Ergonomics），是近几十年发展起来的一门边缘性应用科学。
它综合应用生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和技术，在对人、机器、技术和相关环境的深入研究的基础上，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，以提高生产（包括日常生活中人的活动）的效率、安全性、健康性、舒适性和有效性。
现代人因工程学的落脚点不仅在于工厂生产现场的布置与设计，还在于人们日常生活随处可见、随时接触的日常用品当中。
真正具有现代形式的自行车诞生于1874年。
如今自行车在很多国家只是作为运动健身的工具，但是从上世纪20年代自行车传入我国以来，由于经济、人口状况与地理条件等方面的原因，自行车在一个很长时期内一直作为中国百姓的主要交通工具。
当前我国自行车产量、出口量均占世界总量60%以上，国内消费量也居世界第一。
自行车的历史已经超过了一百年，但是从人因工程学的角度进行分析，我们可以发现，现在的自行车设计仍然存在缺陷，需要改进。
二、问题及改进2.1 鞍座设计不合理——鞍座太平坦，太窄，太硬根据一家国外研究机构的统计，在他们调查的人群中有90%骑自行车男士的睾丸存在畸形。
有一半的被调查人群会感到阴囊不适或存在勃起障碍。
另据我国的男性学医学报告，骑行自行车在我国前列腺炎的发病诱因中占很大比重。
鞍座设计要素分析尺寸 决定鞍座宽度的因素主要是人体的生理结构，如坐骨结节的距离、骨盆的大小等等。
自行车人机关系分析报告及改进放方案导论人机关系是研究人的特性及工作条件与机器相匹配的科学。
它把人和机器视为一个有机结合的系统，指出机器应该具有什么样的条件才能使人付出适宜的代价后可获得整个系统的最佳效益。
人机工程学不仅涉及到工程技术理论，还涉及到人体解剖学、生理学、心理学以及劳动卫生学等。
认真研究这门科学，可以创造出最佳设计和最适宜的条件，使人机实现高度协调统一，形成高效、经济、安全的有机系统。
1人机匹配与人机系统总体设计人机匹配是指人的特性与机器特性的适当配合。
在人机系统中，人是系统的主体，机器是人创造出来的，机器当然应该适应人的特点。
如操作空间应与人体外形测量尺寸相适应；操作机构应与人的形体和最佳用力范围相适应，指示仪表及信号应适合人的视觉、听觉和触觉的常规要求等。
操纵机构是人将信息传给机器的工具。
因为人输出信息的部位（口、手、足等）不同和操作要求不同，所以操作机构的种类也很多。
在设计时要考虑机器的动作方向、阻力、速度和安全等因素。
如果操纵机构的运动方向与被控制对象的运动方向及仪表显示方向保持一致，操作就会准确及时；也可简化培训过程，改善调节的速度和精度，并减少事故。
操纵机构存在摩擦、弹性、粘性和惯性等阻力是必要的，这可以产生“操纵直接感觉”，使操作连贯，减少振动和过载造成的干扰，保证操作控制的准确性。
控制动作分为行程调节和微量调节。
行程调节可使控制器迅速接近所需位置。
微量调节则使控制器准确地置于所需位置。
设计时应使操纵机构与仪表显示的位移有合适的比率。
在仪表指示设计中，视觉显示装置最多。
人的正常视距为46cm～71cm，视角为39°～41°。
仪表应设置在操作者正面视野内，最佳视距为50cm～55cm;重要仪表不得超出40°视角的范围，常用仪表必须在3 0°视角内。
仪表高度最好与眼睛相平，上下视线在10°～45°范围内。
指针刻度间距摆角不得小于10°，指针的宽度为1.0mm～2.5mm，并应贴近刻度盘表面，以减少误差。
变速自行车设计中人机工程学案例分析一、人一自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。
因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。
1．人与支撑部件关系图1-1 人-车界面关系支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。
自行车设计国家标准规定：车吧前叉轴线与通过轮心得地面垂直线的交叉点到地面的距离不小于轮半径的15%，不大于轮半径的60%。
车把部分：这是关系到操纵和制动性能的主要部件。
列入山地车，车吧的宽度以中青年男子的肩宽480mm，手掌宽度100mm为参照，设计时考虑手掌中央与车吧把套的中央为接触点，这样可以使整车受力平衡，具备安全可靠的操纵车把和刹车制动的有利条件。
2．人与动力接受部件关系动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。
动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。
为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
脚踏部分：脚踏分为水平脚踏和自锁脚踏以及脚带脚踏。
水平脚踏即我们平日所见的脚踏，脚踏和脚是分开的。
自锁脚踏需使用专用配套自锁鞋，如果是长时间骑行会感觉轻松很多，因为一只脚踩下去的同时另一只脚还可以网上提，一般来说可以胜利25%。
根据自行车国家标准：1脚蹬面朝上放置时，自行车向一倾斜25°，脚蹬上的零件不触及对面。
2脚蹬中心与泥板转到任意角度的间隔距离必须大于或等于89mm。
支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。
从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。
鞍座部分：人处于坐姿状态时，由人体组织的解剖学特性可知，与鞍座紧密接触的是最能承受压力的臀部的两块坐骨结节，时间久了便会感到疲劳，造成臀部疼痛。
摘要形形色色的自行车，它们的基本构架都一样，可是不同款式的自行车社会需求量就不一样，自行车的市场根据不同的人群也有多种多样，如对于小孩，自行车后轮处有两个小轮来支持其平衡，而对于都市女性，自行车却设置的矮小美观，而对于喜爱运动的年轻一辈来说，自行车却有省力而且易于在山地处行走的多功能。
作为大学生这个大群所偏爱的山地自行车，有些自行车并不是最佳的，为此，我们用我们的基础专业知识对其评析，也便在以后的购买自行车时我们能够选择更好的、更合人的因素的自行车！运用人机工程学原理和方法解决系统中人机结合面的安全问题的一门新兴学科。
在自行车的设计过程中，我们可以通过安全人机工程学的知识使自行车与人能够更好的配合，相互兼容；将受环境的影响降到最低，或是更好的适应环境，从而使人有更安全更舒适的骑行，尽量消除机器本身的缺陷，降低人操作的失误率，最终达到提高安全，降低疲劳，增加舒适度的要求。
关键词：人机工程学自行车车架造型计算机辅助设计人机评析错误!未指定书签。
目录摘要 (1)一、引言 (3)1.1研究背景 (3)1.2研究意义 (3)1.3评析内容 (4)1.4 研究目的 (5)1.5研究方法 (6)二、相关尺寸（以山地自行车为例） (7)三、自行车人-机评析 (7)3.1人一自行车系统 (7)3.2影响自行车性能的人体因素 (7)3.3自行车设计结构要素分析 (9)3.4具体部件的人-机评析 (11)四、总结 (17)五、参考文献 (18)六、小组成员分工情况 (19)一、引言1.1研究背景自行车的普及能够实质性地缓解石油类矿产资源存量、钢铁类材料消耗等等问题，符合绿色设计的长久可持续发展理念，自行车车架造型设计的研究就显得尤为重要。
而在工业产品的开发与研制中，人机工程学的应用显得举足轻重且极富挑战性，能够提升产品的使用舒适度和市场竞争力。
两者的结合更将推动任何一种工业产品的有机发展进程。
在欧洲，很多人为了减少因驾车带来的空气污染而愿意骑自行车上班，这样的人被视为环保卫士而受到尊敬。
安全人机工程课程设计-自行车的设计摘要:自行车是目前最流行、最便捷的交通工具之一,本着低碳环保的特点,越来越成为人们青睐的对象。
本设计就是要运用安全人机工程学的相关知识对自行车的设计进行安全分析评价,为自行车设计提供参考,使自行车更加安全舒适,造福人群。
关键词:自行车、低碳环保、安全人机工程学、安全分析评价、设计Abstract Bicycle is the most popular, the most convenient means of transport, in the low carbon environmental protection characteristics, is being more and more popular object. This design is to use safety ergonomics knowledge of the bicycle design safety analysis and evaluation for the bicycle, to provide a reference for design, make the bike more safe and fortable, to benefit the people.Key wards Bicycle、Low-carbonlife、Safety Ergonomics、Safety analysis and evaluation、Design目录0 前言11 课题简介 11.1课题现状与问题 11.2研究目的与意义 12 自行车的结构尺寸 13 坐垫23.1坐垫的人机关系 23.2坐垫的人机评价 33.3坐垫的优化设计 44 车把54.1车把的人机关系 54.2车把的人机评价 54.3车把的优化设计 55 车架65.1车架的人机关系 65.2车架的人机评价 65.3车架的优化设计76 脚蹬与曲柄76.1脚蹬与曲柄的人机关系76.2脚蹬与曲柄的人机评价77 结束语9参考文献90 前言在现代提倡“低碳、绿色、环保”的口号下,自行车在冷淡了一段时期后重新成为了时代的潮流。
课程论文人机工程学自行车骑姿分析与改进设计指导教师学院名称专业及班级提交日期答辩日期年月目录1概述 (3)2与自行车骑姿相关的因素分析 (3)2.1车把与鞍座之间的相对位置 (3)2.2鞍座与脚踏之间的相对位置 (4)2.3鞍座 (4)2.4中轴 (4)3 现行骑姿人机特性分析 (5)3.1蹬踏运动 (5)3.2休闲车骑姿 (5)4 自行车骑姿的改进设计 (6)4.1鞍座 (6)4.2中轴与鞍座之间的相对位置 (6)4.3把手与鞍座之间的相对位置 (7)4.4设计计算方法 (7)5设计实例 (10)6结束语 (10)1概述自行车骑姿是由骑乘者与自行车的把手、鞍座以及脚踏板的相对位置来决定的。
骑乘者的手、臀部、脚在车上的相对位置决定了骑行的舒适程度和骑行的效率。
从人机工程学观点出发，要提高自行车骑行时的舒适性，应该合理定位把手、鞍座以及脚踏板三者之间的位置，让骑行者在骑行过程中身体各部位尽可能处于自然状态。
车架是自行车的骨架，在很大程度上决定了自行车的结构和性能，进而决定了自行车的骑姿和骑行舒适性。
现在的车架设计多采用经验法，即以现有的车型为参考来确定车架的关键参数，在此基础上进行形态创新。
这样设计出来的车架延续了以往的骑姿，未能真正做到设计以人为本。
本文从人体尺寸、动作范围以及运动生理等方面出发，改进设计影响骑姿的三大部件之间的相对位置。
改进后的骑姿在身体各部分之间进行合理的功能分配，脚踩踏板驱动自行车前行，臀部和腰支撑上体的体重，手操纵把手控制前行方向。
在此基础上进行的车架设计能提高骑行的舒适度。
2与自行车骑姿相关的因素分析正确的骑姿可以提高骑行效率，使骑行不易产生不适和疲劳，同时还能降低危险发生的几率。
骑姿设计是自行车设计工作中的一项重要内容。
与自行车骑姿相关的因素主要有：2.1车把与鞍座之间的相对位置车把与鞍座之间的相对位置决定了骑乘者上半身的姿势。
车把过低会使骑行者的上肢承受很大的静压，时间稍长手臂和手掌易发生疲劳，同时过低的上身也会压迫腹部，但力容易传递到车。
提高车把高度可使背部弯曲度变浅，可以避免对腹部的压迫，但力不易传递到前轮。
从生物力学角度来看，当人体脊柱处于非自然弯曲状态时，会引起椎间盘压力改变，致使腰部疼痛。
所以良好的骑姿应使骑乘者脊柱接近正常形态。
在腰部增加适当的靠背可以改善臀部受力，维持脊柱的正常形态，并有利于腿部蹬力的发挥。
2.2鞍座与脚踏之间的相对位置鞍座与脚踏之间的相对位置直接影响蹬踏方式，由鞍座相对中轴轴心的位置和曲柄长度决定。
鞍座相对中轴轴心的位置是决定下肢肌肉群的肌力能否有效利用的一个关键，即是影响踏力和踏速能否获得最佳配合的关键。
鞍座的位置由鞍座的高度和坐管倾角共同决定。
鞍座的高度与胯高关系紧密。
大的坐管倾角使骑乘者重心靠前，有利于高速骑行，但不能长时间骑行。
曲柄长度决定了大腿骨的运动角度和有关肌肉群的收缩程度。
过长的曲柄将引起肌肉的过度伸长和过度缩短。
曲柄过短将使宝贵的肌肉收缩力不能被充分利用。
此外，曲柄的长度还直接影响合理的踏速。
现在有两种比较流行的确定曲柄长度的方法，一种是从股骨的顶端到地面距离的18.5%为所需曲柄的长度，还有一种是取为身高的1/10。
2.3鞍座当人坐在坐垫上时，与坐垫接触最紧密的是坐骨结节。
坐骨结节处是人体最能承受压力的部位，在这两个点周围约250mm2范围承受人体约70%的重量，其受力情况如图1。
车座后端宽度过小就会使坐骨结节处于鞍座边缘或紧贴边缘的位置，导致身体重量落到会阴上。
适当加宽车座后端，有助于增大坐骨结节与坐垫的接触面积，充分发挥坐骨结节承载能力，使压力远离控制会阴血液的血管和神经。
图1 坐姿下的坐面力分析2.4中轴中轴是传动机构，同时承受骑车者的部分体重。
中轴高度应根据自行车的使用环境来决定，高中轴自行车适用于凹凸不平的路面，低中轴自行车在失控时具有更大的稳定性。
3 现行骑姿人机特性分析3.1蹬踏运动假定蹬踏力F竖直向下，如图2所示，当踏板处于最高位置A 和最低位置C 时，蹬踏力F通过中轴轴心，此时力臂d 为零，力矩M=F×d 也为零，F不做功，无法驱动自行车前行。
位置A和C分别为上死点和下死点。
从A点到C点，蹬踏力F可分为F1（与曲柄垂直）与F2（沿曲柄轴线）两个分力。
分力F2通过中轴轴心，力矩等于零，只有F1做功。
此时，力矩M=F1×d。
因此，要获得更大的力矩，就应该增大F1。
由此可知，要提高骑行效率，脚的用力方向应尽量与曲柄垂直。
在实际骑行过程中，蹬踏力的方向不断改变，蹬踏上死点和下死点的位置不一定在最高点和最低点处，它们主要由鞍座和脚蹬之间的位置决定。
图2 蹬踏运功的受力分析图3 休闲车骑姿3.2休闲车骑姿图3为休闲车常见骑姿。
在这种骑姿下骑行者上体稍向前倾，前倾的骑姿改变脊柱的自然弯曲为后凸，时间一长容易引起背部酸疼。
手臂除了控制行进方向外，还要承受部分体重，静态受力加速了手臂及肩关节的疲劳。
落在鞍座上的体重由会阴和臀部共同承担，为了防止骑乘者从鞍座上滑下，鞍座通常向后仰一定角度，这导致会阴与鞍座之间的摩擦加剧，危害骑乘者的健康。
由人机工程学可知，人在垂直平面内颜色辨别界限在标准视线以上30°和标准视线以下40°，站立时人的自然视线低于标准视线10°，坐着时低于标准视线15°。
所以在这种骑姿下骑乘者脖子需后仰20°～30°以看清道路。
4 自行车骑姿的改进设计由人机工程学知，在肢体活动的最大角度范围内存在一个舒适的调节范围，是指人体处于某种姿势时对应的关节处于舒适的调节范围。
舒适调节范围对人机界面的工效设计影响甚大。
在自行车骑姿设计时应以人体尺寸为基础，以蹬踏的用力阶段关节处于舒适的活动范围为出发点，来确定影响骑姿的三个部件之间的相对位置，以提高骑行的舒适性。
具体的设计参数为图4中的M N H T、、、。
图4 自行车设计参数4.1鞍座座面稍向后倾，可防止骑乘者从鞍座上滑下，同时使得人体与腰靠的接触面积增大，骑乘者的上体体重由鞍座和腰靠来承担，减小对手臂的压力，体重由鞍座和腰靠来承担，减小对手臂的压力，让骑乘者感觉更安稳。
工作椅座面倾角一般小于3°，实际计算时可取2°。
靠背与座面的夹角小于90°会让骑乘者腹部受压，太大会让人处于松弛状态，容易酿成交通事故，综合考虑可取靠背与座面的夹角为98°。
这个角度既可以使上体略向后倾，人体重量由鞍座和靠背共同来支撑，同时可保持脊柱的正常自然形态和良好的视野。
4.2中轴与鞍座之间的相对位置中轴与鞍座之间的相对位置由图4中的H和T来确定。
其中A为坐骨结节与鞍座的接触点，B 为把手抓握的中心点。
根据大腿、小腿的尺寸以及让各关节在蹬踏的工作阶段处于舒适角度范围内可以计算出中轴与鞍座之间的相对位置。
4.3把手与鞍座之间的相对位置把手与鞍座之间的相对位置由图4中的M 和N 来确定。
根据上肢的尺寸和舒适的手臂姿势可以计算出把手与鞍座之间的相对位置范围。
4.4设计计算方法假定座面的后倾角为2°，靠背与座面的夹角为98°。
如图5所示，首先假设手、脚和躯干都是刚性结构。
1O 为中轴轴心，1O A 为曲柄的轴线。
0L 为曲柄长度，1L 为大腿长度，2L 为为胫骨点高加修正量再加上脚蹬厚度的一半。
1θ为躯干轴线与大腿轴线间的夹角，2θ为大腿轴线与小腿轴线间的夹角，3θ为大腿轴线12O O 之间的夹角，θ为12O O 与垂直线之间的夹角，躯干轴线与水平线之间的夹角为418029880θ=︒-︒-︒=︒。
在骑自行车的时候，骑乘者的上体几乎处于静止状态，大腿在一定的角度范围内摆动，脚绕中轴轴心做圆周运动，并带动小腿运动。
由此，下肢可简化成由1212O O O A AB BO 、、、组成的四杆机构，其中12O O 固定。
图5 蹬踏用力的主要阶段 图6 处于上死点的下肢示意图在从上死点到下死点的过程中，当脚处于上死点时，如图6 所示，1θ取得最小值，2θ取得最小值；当曲柄与12O O 共线时，θ取得最大值；当脚处于下死点时，1θ取得最大值。
与自行车骑乘相关的人体关节舒适角度为：肩关节3590︒︒、肘关节95180︒︒、膝关节60130︒︒。
如图6死点时，膝关节取得最小值，即2min 60θ=︒，可求得L 最小值。
222min 1021022min ()2()cos L L L L L L L θ=++-+ （1）如图7曲柄与12O O 共线时，膝关节取得最大值即2max 130θ=︒，可求得L 最大值。
222max 012122max ()2cos L L L L L L θ+=+- （2）在图6的12O BO ∆中，当L 取min L 时，3θ取得最大值3max θ；当L 取max L 时，3θ取得最小值3min θ。
22210231()cos 2L L L L L L θ+-+= （3） 当踏板处于上死点时，大腿与上体之间的夹角为最小值，取为95°可避免压迫腹部，由上式求得的3θ的最大值和最小值带入下式可求得min θ和max θ。
41min 3270θθθθ=︒--- （4） 进而确定T 和Hsin T L θ=⨯ （5） cos 65H L θ=⨯-（65为大腿厚度一半） （6） 按GB 3565-93《自行车安全要求》，处于最高位置时的把套上端面和处于最低位置是的鞍座面之间的垂直距离不应超过400mm ，即400N mm ≤。
自行车车架的上管上，在鞍座和鞍座前300mm 处之间不应有突出物，考虑到鞍座的尺寸，取400M mm ≥。
图7 2θ取得最大值时的下肢 图8 上肢各关节示意图 在图8中3L 为坐姿肩高，4L 为上臂长，5L 为前臂功能长，可由肘高减去受功能高得到。
M 取得最小值时，当上臂与下臂在一条直线上时，N 取得最小值。
将min 400M =代入式（7）求得5θ，再把5θ代入式（8）可计算得min N ：min 34545cos sin(10)M L L L θθ++︒=+ （7） min 3445565sin ()cos(10)N L L L θθ=+-++︒ （8） N 取得最大值时，当上臂与下臂在一条直线上时，M 取得最大值。
将max 400N =代入式（9）求得5θ，再把5θ代入式（10）可计算得max M ：34max 545sin 65cos(10)L N L L θθ+-+︒=+ （9） max 45534()sin(10)cos M L L L θθ=++︒- （10）5设计实例以50%男性的人体测量数据为例来计算调整后的鞍座、中轴、把手之间的相对位置。
取01234170465482598313L mm L mm L mm L mm L mm =====、、、、、5283L mm =。
