【正文】 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 第一章 概述 設(shè)計的主要目的和意義 此次設(shè)計的目的是掌握 產(chǎn)品造型的 設(shè)計 ，包括材料、 尺寸的合理選擇， 靈活運(yùn)用制作技術(shù)、形態(tài)表達(dá)語言 ，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)和美學(xué)來設(shè)計電動自行車的尺寸和顏色 。 根據(jù)同類型產(chǎn)品的類比和設(shè)計，力學(xué)分析，考慮人機(jī)工程學(xué)中的人體尺寸和人的舒適程度來綜合設(shè)計電動自行車的尺寸。 設(shè)計 的目的其實(shí)包括好幾個層面，第一，加工工藝的了解；第二，進(jìn)一步提出不同材質(zhì)的優(yōu)化組合課題；第三，探究材料與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能的有機(jī)聯(lián)系；第四，熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)連接件的運(yùn)用；第五，產(chǎn)品形態(tài)討論；第六，尋求產(chǎn)品設(shè)計制作的個 性化等等。 通過這半年的設(shè)計，我們很好的復(fù)習(xí)了已經(jīng)學(xué)過的課程，并對部分材料的應(yīng)用有了一定了解，在顏色搭配上也有了一定的學(xué)習(xí)，而且能熟練操作制圖軟件和辦公軟件。對我們以后在工作上有很大的幫助。 國內(nèi)外電動自行車的發(fā)展情況 為創(chuàng)造市場需要，適合老弱婦孺各種年齡層騎乘自行車，國外廠商多年前即開始研制輔助驅(qū)動自行車并且在新電池和驅(qū)動機(jī)械馬達(dá)技術(shù)成熟發(fā)展之下，電動自行車應(yīng)運(yùn)而生。海外發(fā)展較早的要數(shù)日本、奧利地、德國、臺灣等國家和地區(qū)，近幾年美國發(fā)展也比較 快。國外的電動自行車主要是作為一種輕松代步及休閑健身工具。例如，在大型的停車場、超市和旅游區(qū)里使用。從 1994 到 1999 年 6年時間中，全球電動自行車數(shù)量，從 萬輛劇增 1600 萬輛，如按 2%算，電動車需要量會在 30 萬輛以上。同時，東南亞、中東、印度增到 50 萬輛，而在 20xx 年，僅日本就需要 50萬輛?？傮w來說，電動自行車在全球的潛在市場很大，并呈上升趨勢。 日本電動車的生產(chǎn)及技術(shù)都占世界領(lǐng)先地位，商品化的電動自行車由日本雅馬哈公司率先于 1994 年推出，并隨著本田、三洋、松下等知名公司的參與，生產(chǎn)規(guī)模 日益放大。但日本對電動自行車的使用管理上采取了嚴(yán)格限制，日本只許智能型電動自行車上路，并對智能型電動自行車的要求制定了很嚴(yán)格規(guī)定。具體有 :在任何路況情況下，速度小于15km/h 時，人力 :電助力大于等于 1，即電助力不允許大于人力，但電助力接近于人力 。在任何路況情況下，速度大于 15km/h 時，速度每增加 1km/h，電助力下降 1/9。速度小于等河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 于 24km/h 時，整車電助動系統(tǒng)關(guān)閉 。人力蹬踏開始后 1 秒鐘之內(nèi)，電助動系統(tǒng)按上述開始要求工作 :人力蹬踏停止后 l秒鐘之內(nèi)，整車電助動系統(tǒng)關(guān)閉 。為了節(jié)約電能，智能型電助自行車停 止運(yùn)行一定時間 (一般為 3 一 5分鐘 )后，整車處于休眠狀態(tài)。 臺灣因前些年對摩托車未加任何限制，以至達(dá)到 500 輛 /千人的飽和程度，隨之帶來嚴(yán)重的交通混亂及污染，因此臺灣臺中成立的“電動自行車用鏗電池技術(shù)發(fā)展策略聯(lián)盟”制定了統(tǒng)一的電池標(biāo)準(zhǔn)。 我國電動車發(fā)展在九十年代前基本都依靠進(jìn)口，如高爾夫球車、游覽觀光車等。自九二年以來，我國有了自行研制和生產(chǎn)的電動車產(chǎn)品，通過近 10 年的發(fā)展，現(xiàn)已初步形成以江蘇益高電動車、山西美猴王電動車、廣州朗晴電動車、深圳飛豹電動車、濟(jì)南賽 爾電動車、山東火云電動車、山東澳柯馬電動車、中國二汽電動車等一大批具有實(shí)力和規(guī)模的電動車生產(chǎn)廠家，現(xiàn)已在國內(nèi)市場推出的有 :電動摩托車、電動游覽車、電動高爾夫球車、電動觀光車、電動汽車、電動載貨車、電動救援車、電動助行 (代步 )車、電動滑板車、電動自行車、家庭生活車等。從電動車產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品分類，可分為二類，即 :四輪電動車和二輪電動車。從電動車的目標(biāo)市場來分析，四輪電動車的目標(biāo)市場為 :火車站、倉庫、房地產(chǎn)會所、旅游景區(qū)、醫(yī)院、郵局、公園、運(yùn)動場所、大型工廠、大型商場、機(jī)場、碼頭及大賣場等。 我國的電動自行車 發(fā)展始于上個世紀(jì) 90 年代末， 1997 年開始出現(xiàn)商業(yè)化，年銷量不足 1 萬輛， 1998 年為 萬輛，從 20xx 年開始得到快速發(fā)展，據(jù)中國自行車協(xié)會統(tǒng)計，20xx 年全國銷量已突破 750 萬輛，歷年累計的銷量達(dá)到 1500 萬輛，自行車走向電動化已經(jīng)成為一個現(xiàn)實(shí)。雖然，有許多城市至今仍不肯承認(rèn)電動自行車的交通地位，至今仍將其列為“禁止銷售”和“禁止上牌上路”的產(chǎn)品。但是，在我國的絕大多數(shù)城市和農(nóng)村，電動自行車已經(jīng)人們習(xí)慣的個人交通工具，己經(jīng)深深地溶入了社會生活之中。由于政策管理法規(guī)的滯后，一種被稱為“電動摩托車 (電摩 )” 的電動車從 20xx 年開始浮出水面，取消了已經(jīng)成為擺設(shè)的人力騎行功能，電池容量擴(kuò)大 ~2 倍，同時，全面采用摩托車的輪系、制動系統(tǒng)和減震系統(tǒng)，電機(jī)功率也提高 ~2 倍，最高時速接近 40km/h。這種“電摩”一登場，就像是一個“壞小子”，每到一處立即引起一陣動蕩，強(qiáng)烈地沖擊著電動自行車的市場，特別是在中小城市和廣大農(nóng)村，它很快成為基層消費(fèi)者喜歡的電動交通工具。受汽油漲價的推動，人們也切實(shí)體會出電動交通工具的節(jié)約，“電摩”大有取代“正宗摩托”的勢頭。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅 20xx 年一年，這種“電摩”的總銷量達(dá)到了 幾百萬輛。當(dāng)然，它也不能再稱為電動自行車了，因其己不具備人力騎行功能，車輪系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、避震系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)己全面采用摩托車配置，外型也不像自行車。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 本設(shè)計的主要任務(wù) 本設(shè)計的主要任務(wù)：整車造型設(shè)計，零部件的選擇和計算依據(jù)，整車要符合人 機(jī)工程學(xué)，包括操作方便宜人，調(diào)節(jié)省力有效，照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護(hù)保養(yǎng)容易。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 第二章 人機(jī)工程學(xué) 人機(jī)工程學(xué)的研究內(nèi)容 人機(jī)工程學(xué)的定義 人機(jī)工程學(xué)是從 20 世紀(jì) 50 年代開始發(fā)展起來 的一門新興的邊緣學(xué)科。在我國本學(xué)科處于初級階段，人機(jī)工程學(xué)研究的是人和機(jī)器的相互關(guān)系的合理方案，即人的直覺顯示、操作控制、人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計和布置、作業(yè)系統(tǒng)的組合等進(jìn)行有效的研究，其目的在于獲得高的效率及人在作業(yè)時感到安全和舒適。人機(jī)工程學(xué)是從人的生理和心里出發(fā)，研究人、機(jī)、環(huán)境的相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，以優(yōu)化人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)的一門學(xué)科。 人機(jī)工程學(xué)的基本概念 人機(jī)工程學(xué)作為一門新興學(xué)科，在他的自身發(fā)展過程中，有機(jī)的吸收和融合了各種相關(guān)學(xué)科的理論，不斷的完善了本學(xué)科的基本概念、理論體系、研究方 法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了準(zhǔn)確的理解人機(jī)工程學(xué)的基本理論，掌握其在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用下面對人機(jī)工程學(xué)的概念給出準(zhǔn)確說明。 機(jī)器是為人服務(wù)的，任何機(jī)器，設(shè)備和器具。都需要人來操縱、監(jiān)控和使用，即使是高度自動化的機(jī)器，在正常運(yùn)行中不需要人來進(jìn)行一般的操縱，機(jī)器的開動、監(jiān)視以及出現(xiàn)異?；蛱厥馇闆r下，還是需要人來處理。人和機(jī)器相互作用、相互配合和相互制約，才能共同完成規(guī)定的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。將人與機(jī)器聯(lián)系起來，視為一個整體和系統(tǒng)，就稱為人機(jī)系統(tǒng)。人機(jī)系統(tǒng)處于一定的環(huán)境中，并與周圍環(huán)境 發(fā)生相互作用。 廣義而言，人機(jī)系統(tǒng)就是指“人”與其他所對應(yīng)的“物”共處于一個時間及空間時所構(gòu)成的系統(tǒng)。人機(jī)系統(tǒng)中“人”指的是在所研究的系統(tǒng)中參與系統(tǒng)過程的人； ” 機(jī) ” 則泛指一切與人同處于同一環(huán)境中，并與人交換信息，物質(zhì)和能量，供人使用的物，“機(jī)”可以是機(jī)器，也可以是物品；“環(huán)境”指的是“人”、“機(jī)”、共處的、對人和機(jī)有直接或間接影響的周圍外部條件。在“人”“機(jī)”間的信息、物質(zhì)及能量的交換中，一般以人為主動，首先是人感受到機(jī)器及環(huán)境的作用于人的感覺器官的信息，由體內(nèi)傳入神經(jīng)到達(dá)大腦皮層，在大腦分析器中經(jīng) 過綜合、分析、判斷、最后做出決策，在由傳出神經(jīng)將決策信息傳入人的執(zhí)行器官，執(zhí)行器官的動作向機(jī)器發(fā)出人的指揮命令或伴隨著操作向機(jī)器傳遞能量，機(jī)器接受操作信息或操作能量后，將按照自己的規(guī)律做出相應(yīng)的調(diào)整或輸出，并將其河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 工作和運(yùn)行的情況用一定的狀況表示出來，在反作用于人，整個系統(tǒng)將這樣的循環(huán)過程中實(shí)現(xiàn)人所希望的功能。 人機(jī)系統(tǒng)中，“人”“機(jī)”之間能夠相互施加影響，實(shí)現(xiàn)相互作用的區(qū)域，稱為人機(jī)界面。人通過感覺器官接受外部的信息、物質(zhì)和能量，又通過人的執(zhí)行器官向外界傳遞人發(fā)出的信息，物理和能量。因 此，機(jī)器及環(huán)境中參加者兩個過程的一切領(lǐng)域?qū)儆谌藱C(jī)界面。 接于人機(jī)界面的性質(zhì)，可將人機(jī)界面分為以下三種： 第一類 —— 控制系統(tǒng)人機(jī)界面 如汽車駕駛系統(tǒng)，飛機(jī)駕駛系統(tǒng)等。這類人機(jī)界面的特點(diǎn)是通過顯示器（主要是視覺和聽覺顯示器）將機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)信息傳遞給人，人通過機(jī)器上的操作裝置對機(jī)器傳達(dá)控制指令，使機(jī)器按人所規(guī)定的狀態(tài)運(yùn)行。 第二類 —— 直接作用型人機(jī)界面如座椅、家具、服飾、手動工具等。這類人機(jī)界面的特點(diǎn)是“人”“機(jī)”直接相互作用，要求“機(jī)”適合人體的形態(tài)、尺寸及操作能力，使人在使用時用力適當(dāng)， 感覺舒坦、操作方便和安全可靠。 第三類 —— 間接作用型人機(jī)界面如照明、震動、噪聲、小環(huán)境氣等。這類人機(jī)界面的特點(diǎn)是“機(jī)”的輸出通過對環(huán)境的影響，間接作用于人的心理，心理過程，從而影響人的舒適、健康和生命安全。 上述分類只是為了說明人機(jī)界面的特點(diǎn)，各類之間并不是毫不相關(guān)的，在實(shí)際人機(jī)系統(tǒng)中，往往兼有各種人機(jī)界面，且相互之間相互影響。例如在汽車的駕駛室的人機(jī)系統(tǒng)中。顯示控制系統(tǒng)屬于第一類人機(jī)界面，座椅扶手等屬于第二類人機(jī)界面，而室內(nèi)的溫度、噪聲、震動等屬于第三類人機(jī)界面。座椅、震動、噪聲會影響人對 控制系統(tǒng)的操縱能力，而錯誤的控制裝置設(shè)計又會使人的作業(yè)條件惡化，甚至影響行車安全。可見，人機(jī)界面之間有著非常復(fù)雜的關(guān)系。 3人機(jī)關(guān)系 人機(jī)關(guān)系的基本原則可以歸納為以下兩個方面： （ 1）機(jī)宜人 使機(jī)器的系統(tǒng)盡量滿足使用者的體質(zhì)、心理、生理、智力、審美以及社會價值觀念等素質(zhì)因素的條件的要求，包括：信息顯示即便于接受又易于做出判斷：控制系統(tǒng)的尺寸、力度、位置、結(jié)構(gòu)、形式、均適合操作者的需要；工具、用品、器具得心應(yīng)手，能充分發(fā)揮使用效率；人所處的工作環(huán)境舒適安全，有利于身心健康，能充分發(fā)揮人的功 能。 （ 2）人適機(jī) 機(jī)器的結(jié)構(gòu)有其自身的規(guī)律，操作環(huán)境或生活環(huán)境也因各種因素而受到某種限制，如經(jīng)濟(jì)上的可行性，技術(shù)上的可能性，機(jī)器本身性能要求的條件等。為了適河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 應(yīng)環(huán)境，往往要求對人因素予以限制和訓(xùn)練，盡量發(fā)揮人的可塑性特點(diǎn)，讓人去適應(yīng)機(jī)器的要求，以保證人機(jī)系統(tǒng)有最優(yōu)效能。 機(jī)宜人是有條件的，人適機(jī)也是有限制的，在人機(jī)系統(tǒng)中，人機(jī)之間有著相互依存、相互影響、相互制約的關(guān)系。因此，盡管系統(tǒng)是以人為主，但機(jī)宜人和人適機(jī)之間卻有著辨證關(guān)系。依據(jù)機(jī)的客觀要求，人適機(jī)是學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的問題，這里說的是學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，即 包括專門的訓(xùn)練，也包括平時培養(yǎng)的習(xí)慣。反之，人們在長期的生活和勞動中形成的操作習(xí)慣。反之，人們在長期的生活和勞動中形成的操作習(xí)慣又會成為機(jī)宜人的條件，制約機(jī)器控制系統(tǒng)的設(shè)計。 人機(jī)系統(tǒng)中的機(jī)宜人和人適機(jī)是相對的，首先是機(jī)宜人的程度問題，即機(jī)能滿足人的程度，人的因素中某些方面可以量化，可以提供基本的圉值的均值，但也有很多因素難以準(zhǔn)確量化，如情緒、審美心理、社會價值觀等，而且這些因素又是隨著時代的進(jìn)步而變化的，何況人的許多因素也會因?yàn)橐驎r、因人、因年齡不同而變化，即使是同樣的機(jī)器，系統(tǒng)的可靠性也因人的因 素而變化。其次是機(jī)宜人的條件問題，機(jī)器也在不斷發(fā)展，總的來說，機(jī)宜人的程度不斷提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)系統(tǒng)越來越強(qiáng)大，自動化程度也越來越高，控制系統(tǒng)越來越智能化，人與機(jī)器的的關(guān)系由人直接與機(jī)器共同參與生產(chǎn)工程轉(zhuǎn)變?yōu)槿诉h(yuǎn)離生產(chǎn)過程，由人直接控制機(jī)器，變?yōu)槿伺c機(jī)器對話，人機(jī)界面逐漸由體力型轉(zhuǎn)變?yōu)樾睦硇?，對操作者的文化程度、診斷與決策能力的要求越來越高。 實(shí)際上，任何一個人機(jī)系統(tǒng)要盡量做到機(jī)宜人，也要設(shè)計到人適機(jī)。調(diào)整這種人機(jī)相互匹配關(guān)系最根本的制約條件就是人的可能性與人的可靠性。研究人的可能性是 為了在人機(jī)功能分配中，使人的負(fù)荷控制在人的正常閾值范圍之內(nèi)。研究人的可靠性市為了在人機(jī)系統(tǒng)中，充分考慮到人的生產(chǎn)失誤時，在確保人身的安全前提下，不致影響系統(tǒng)的功能。 人機(jī)工程學(xué)的研究對象 人機(jī)工程學(xué)的研究對象是人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)，簡稱人機(jī)系統(tǒng)。人機(jī)工程學(xué)要研究人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)各部分的總體屬性，以及人機(jī)環(huán)境的相互關(guān)系的規(guī)律。 人機(jī)工程學(xué)的研究內(nèi)容． 人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性的邊緣學(xué)科，其基礎(chǔ)理論涉及到許多學(xué)科。屬于有關(guān)技術(shù)工程學(xué)科有著密切的關(guān)系外，還有人體解剖學(xué)、人體測量學(xué)、勞動衛(wèi)生學(xué)、生理 學(xué)、心理學(xué)、安全工程學(xué)、行為科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、技術(shù)審美等有設(shè)密切的聯(lián)系。人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用范圍十分廣泛，從日常用品到工程建筑，從大型機(jī)具到高科技產(chǎn)品，從家庭活動到工業(yè)系統(tǒng)，各個方面都在運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理和方法，解決人機(jī)環(huán)境之間的相互關(guān)系和系統(tǒng)的優(yōu)化問題。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 人機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成，可以分為人、機(jī)、環(huán)境三個子系統(tǒng)。對三個字系統(tǒng)的研究，各自獨(dú)立為一門學(xué)科，即人的科學(xué)、科學(xué)工程科學(xué)及環(huán)境科學(xué)。這三個子系統(tǒng)中兩兩相互交織，又構(gòu)成三個交叉系統(tǒng)，如圖 21 所示 人 人 機(jī) 人 環(huán)境 人 機(jī) 環(huán)境 機(jī) 機(jī)