自行车设计中人机工程学案例分析

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。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。

Million. Water quality standards the dredging of river boundary section obtained provincial environmental protection Office special bonuses for wetland construction ... ... Million. But sober see, these achievements were made in the case of decreased rainfall for two consecutive years, we realize that environmental protection work still faced many problems in our County. Mainly in the PM2.5 and PM10 air quality monitoring indicators often exceeding, dredging of river section's water quality is not stable, and rural non-point source pollution has not been radical, Wade through the corporate environmental risk, livestock pollution rebound from severe, a wealth of protection and use of water resources is not well. If this year's rainfall, these problems will be exposed, and raw materials caused a great deal of pressure to go green. To solve these problems, we focused on three aspects of the work of environmental protection: (a) in accordance with

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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。如手 臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于H的大小。肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与 H2成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与 H3成比例。体格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与H成比例，速度能力与 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但实际上因每个人身体素质不同，常有20,以上的偏差。

2(人的下肢肌力自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40--50N ，通过一定训练的人可提高到65N 。

图1-2 影响自行车性能的人体因素

3(人的输出功率人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 0.7 马力( 0.51 kw ) ，能持续 10s左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续 lh，大约只有 1.0-0.7马力(0.07-0.15kw)。

4(人的脚踏速度自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70 次,min ，一般脚踏以 60r/min 节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。

5(人的平衡机能骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶;若人有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。

6.人的手和握力影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的10,左右便能得到必要的减速度。

7.人的疲劳人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势

不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。

Million. Water quality standards the dredging of river boundary section obtained provincial environmental protection Office special bonuses for wetland construction ... ... Million. But sober see, these achievements were made in the case of decreased rainfall for two consecutive years, we realize that environmental protection work still faced many problems in our County. Mainly in the PM2.5 and PM10 air quality monitoring indicators often exceeding, dredging of river section's water quality is not stable, and rural non-point source pollution has not been radical, Wade through the corporate environmental risk, livestock pollution rebound from severe, a wealth of protection and use of water resources is not well. If this year's rainfall, these problems will be exposed, and raw materials caused a great deal of pressure to go green. To solve these problems, we focused on three aspects of the work of environmental protection: (a) in accordance with the ... ... Real good green. According to the \lined, mountain forests of\piece, scale\barren hills green, River afforestation increased, City Green, farmland and other greening works to ensure complete afforestation this year ... ... Acres and acres and afforestation in the plain ... ... Acres, new nursery wood ... ... MU.

三、自行车设计结构要素分析