人机工程学在自行车设计中的应用

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。

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。

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。

3 ．人与传动部件关系传动部件主要是滚珠、链条和链轮。

人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。

传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。

保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。

4 ．人与工作部件关系工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。

绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。

车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。

在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。

二、影响自行车性能的人体因素影响自行车性能的人体因素很多，如图1-2 所示。

现主要分析下述几点：1．人的体格因素以身高H 为基本因素，其他身体的能力与H 成比例，并有与H2、H3成比例的特性。

人机工程学课程设计自行车的人机系统评析摘要不同款式的自行车适用于不同的人群和社会需求，如小孩的自行车后轮处有两个小轮来支持其平衡，都市女性的自行车设置矮小美观，年轻人喜欢省力且易于在山地行走的多功能自行车。

作为大学生，我们需要评析山地自行车并选择更好的、更合人的自行车，以此提高安全，降低疲劳，增加舒适度。

一、引言1.1研究背景随着人们对健康和环保意识的提高，自行车作为一种环保、健康的交通工具越来越受到人们的青睐。

1.2研究意义在自行车的设计过程中，运用人机工程学原理和方法可以使自行车与人更好地配合，相互兼容，降低环境的影响，提高安全性和舒适度。

1.3评析内容本文主要评析山地自行车的设计结构要素，以及人体因素对自行车性能的影响。

1.4研究目的通过评析山地自行车的设计结构要素和人体因素对自行车性能的影响，提高自行车的安全性和舒适度。

1.5研究方法采用人机工程学原理和方法，结合计算机辅助设计进行评析。

二、相关尺寸（以山地自行车为例）在山地自行车的设计中，需要考虑车架的高度、长度、角度等尺寸，以及车轮和刹车等相关尺寸。

三、自行车人-机评析3.1人一自行车系统自行车是人与机器的一个系统，需要考虑人体因素和机器因素的相互作用。

3.2影响自行车性能的人体因素人体因素包括身高、体重、力量、灵活性等，需要考虑这些因素对自行车的影响，如车架高度和长度需要适合骑车者的身高和体重，刹车的力度需要适合骑车者的力量等。

3.3自行车设计结构要素分析自行车设计结构要素包括车架、车轮、刹车、变速器等，需要考虑这些要素的相互作用，以及如何使它们更好地适应环境和人体因素，提高自行车的安全性和舒适度。

人体疲劳和疼痛是影响骑车出力性能的不利因素，其产生原因既有人体因素，也有自行车结构因素。

肌肉负担过大、不合适的骑车姿势以及体重对鞍座的体压分配不合适等都可能导致疲劳和疼痛。

此外，人的最大摄氧量也会影响出力因素。

山地自行车是喜爱运动的人们主要的运动工具，尤其是长途游玩的驴友。

人机工程学在自行车设计中的应用摘要：人机工程学是人体科学、工程技术、环境科学、安全科学和社会科学交叉形成的一门重要学科。

它以人的生理、心理特征为依据,以提高人的工作、生活质量为目的,运用系统工程、信息理论和工程技术的观点和方法,研究人与机器,人与环境和机器与环境之间的相互关系,把人的因素作为系统设计的重要条件和原则,为机器设计成操作简便、省力、安全。

本文注重在人机工程的基础上研究自行车的构造，分析自行车的结构，选择最适合人骑行的自行车构造体体系。

关键字：人机工程学自行车系统设计人的因素人体工程学心理特征骑行姿势人—机—环境系统正文：人机工程学作为一门新兴的学科，在认真研究人，机，环境三要素自身特性的基础上，科学地利用三要素之间的相互作用，相互依存的有机联系来寻求系统的优化。

最重要的关键在于车体尺寸的大小，能否有效均匀地分散骑乘者的重量，同时又可保持良好的平衡。

座垫要调整到正确的高度，曲柄要与地面平行，如此膝盖下方突出的骨块就会直接位于脚踏轴心的上方。

背部应该向前倾斜到至少45角，背部臀部及下背部强壮的臀肌才能在踩踏时有效施力。

这种姿势会使身体重量移至双臂，此时手肘微微弯曲，手腕要打直，才能减缓行车时的震动。

在自行车的设计过程中，也或多或少产生了一些不符合人机工程学的问题，比如有一种比赛用的山地自行车没有装刹车，结果在某场比赛中发生碰撞，导致多人受伤；还有一些自行车设计得人车骑行设计不佳，造型结构不够美观，出现诸多问题。

因此我们有必要对自行车的具体结构和人车系统进行全面的分析，从而使自行车的设计更人性化，合理化，也更加美观，符合人的理想人车环境。

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下图来进行分析。

1.人与支撑部件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。

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。

基于人机工程学的自行车骑姿改进设计基于人机工程学的自行车骑姿改进设计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。

一．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。

与自行车骑姿相关的因素主要有：（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。

所以良好的骑姿可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）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。

（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。