【正文】 .............................................................................. 19 2 1 第一章概述 發(fā)展簡介 自行車，又稱腳踏車或單車。同年，英國人鄧魯普研制出了充氣輪胎。人機(jī)界面設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到人與機(jī)之間信息的交流以及操縱控制的實(shí)施。利用計(jì)算機(jī)建立人體模型以及交互式虛擬仿真評(píng)價(jià)平臺(tái)，將人機(jī)工程學(xué)的理論引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，能縮短設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品的安全性和舒適性。把人機(jī)工程學(xué)理論引入到自行車設(shè)計(jì)中，將會(huì)使自行車的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并使自行車的性能有很大的改善。近年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，汽車產(chǎn)量不斷增長。 自行車的存在 確實(shí)較大的方便了我們的生活，不僅用于生活鍛煉而且還有利于身體的健康發(fā)展，由于不同的人擁有不同的身體狀況以及獨(dú)特的騎行方式，不同的人對(duì)于自行車的要求不同，所以必須針對(duì)個(gè)人對(duì)自行車進(jìn)行調(diào)整，掌握良好的正確尺寸，有利自身使用。 可以從身體各部位長度計(jì)算車架尺寸 ,測(cè)量大腿長度 i,身長 t,臂長 a,肩寬 s,根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算所需車架尺寸 : 公路車架尺寸＝ i*（ cm） 山地車架尺寸＝ (i*)*（英寸） 把立長度＝ [(t+a)/2+x]et 公路車 x＝ 4；山地 x＝ 8； et＝ effective top tube length 車架材料選擇 自行車屬于日常消費(fèi)品，要對(duì)其使用壽命有很大的要求，因此要選擇具有耐腐蝕、輕巧、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、美觀、良好承重等特性的材料。通常使用的長度都在 640mm 以上，不過部分長度為 610mm 的雁把也用常常在山地越野車上面。由于減震裝雹具有緩沖作用，可以避免某些零件因過分震動(dòng)而損壞。 傳統(tǒng)的自行車車輪由輪胎、輻條，花轂等組成，其結(jié)構(gòu)造型其中，車輪的外胎又分軟邊胎和硬邊胎兩種。腳踏板是整個(gè)車子，旋轉(zhuǎn)部位的動(dòng)力源，過去的踏板其鞋底板自出力點(diǎn)中央至曲柄的距離都超過 52 哪。 多級(jí)飛輪是自行車變速裝置中的一個(gè)重要部件。 （ 2）人體動(dòng)作的用力特點(diǎn)：人體大肌肉關(guān)節(jié)的突然彎曲或伸直，可以產(chǎn)生很大的爆發(fā)力，并伴有運(yùn)動(dòng)肢體的沖力，可以獲得較大的力量。 三、人與傳動(dòng)部件關(guān)系 傳動(dòng)部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。 騎行中，禁止隨意變道。 騎行中，禁止單手捏剎車，以免出現(xiàn)臉剎、漂移等高危事故。動(dòng)力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運(yùn)動(dòng)的力使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的。若坐姿有靠背支撐可產(chǎn)生最大的蹬力。當(dāng)反向踏動(dòng)腳踏時(shí)，外套反向轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)加速千斤的滑動(dòng)。無論什么款式的腳踏板都必須有腳踏面，必須安全可靠，并且具有一定的防滑性能，制造材料可以選用橡膠、塑料或金屬。所以，一般采用硬質(zhì)座面包覆軟硬適中的坐墊材料，同時(shí)還應(yīng)考慮到其有利于散熱的透氣性、防水性等特征。 因此，近幾年來，人們又研究出了具有減震作用的前叉 —— 避震前叉。在舒適程度上也要要高于直把，但重量上略高于直把，由于管徑粗，彎曲角度的原因。 適合人體特征參數(shù)的自行車車架最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，將車架的上管和下管 8 壁厚由 減小到 。在資源、能源快速消耗，地球生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，自行車造型深度開發(fā)的過渡商業(yè)化，無節(jié)制的粗制濫造以及缺乏理性消費(fèi)的時(shí)代，必須重視從人機(jī)工程學(xué)出發(fā)的自行車車架造型設(shè)計(jì)改良任務(wù)的緊迫性。 課題 研究 的意義和目的 現(xiàn)代社會(huì)物質(zhì)變化迅速，首當(dāng)其沖的應(yīng)該就是地球的環(huán)境變化，人造建筑逐漸增多，礦物質(zhì)燃料的燃燒造成大氣層嚴(yán)重的污染，大量金屬類資源的粗放型消耗，尤其是汽車產(chǎn)業(yè)鏈所 帶來的資源、能源消耗和污染，能源的日趨枯竭和環(huán)境的日趨惡化己經(jīng)成為人類關(guān)注的主題之一。自行車騎行舒適性方面的研究比較關(guān)注于鞍座和把套等部件的形態(tài)設(shè)計(jì)。 今天，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)更多的是在計(jì)算機(jī)輔助環(huán)境下進(jìn)行的，在人機(jī)設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)也將成為今后人機(jī)工程學(xué)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。在人機(jī)工程學(xué)中人機(jī)界面是最重要的一個(gè)研究分支，它是指人機(jī)間相互施加影響的區(qū)域，凡參與人機(jī)信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機(jī)界面。他所設(shè)計(jì)的自行車車 型與今天自行車的樣子已經(jīng)基本一致了。人騎上車后，以腳踏板為動(dòng)力，是綠色環(huán)保的交通工具。從此，自行車技術(shù)也完成了向商業(yè)化的轉(zhuǎn)化，批量生產(chǎn)并投入市場(chǎng)。隨著信息產(chǎn)業(yè)和軟件工程學(xué)的發(fā)展，人機(jī)界面設(shè)計(jì)已成為國際計(jì)算機(jī)界最活躍的研究方向。目前，常用的計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)工程方法包括：靜態(tài)施力分析、低背受力分析、作業(yè)姿勢(shì)分析、視域分析、疲勞恢復(fù)分析、舒適度分析 、 NIOSH 提升分析、 RULA 姿態(tài)分析、 OWAS 分析方法、可及度分析及能量代謝分析等。人機(jī)工程學(xué)在自行車行業(yè)的應(yīng)用，將會(huì)推動(dòng)自行車朝著舒適高效的方向發(fā)展，也許還將帶來自行車設(shè)計(jì)的新時(shí)代。與此同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車消費(fèi)量也在持續(xù)增長，早在 2021 年中國機(jī)動(dòng)車消耗的石油已占全國石油需求的 43%，預(yù)計(jì)到 2021年機(jī)動(dòng)車的石油消耗將占當(dāng)年石油需求 的 57%。但大多數(shù)普遍存在的自行車缺陷在于以下幾點(diǎn)： 一、 鞍座的不舒適會(huì)導(dǎo)致疾病 騎 行時(shí)臀部受到擠壓，影響局部血液循環(huán)受阻 ，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)因?yàn)榘白Y(jié)構(gòu)或尺寸不符合自身生理情況，導(dǎo)致泌尿系統(tǒng)疾病，腫脹發(fā)炎等。 由于人們購買自行車時(shí)越來越多的考慮騎行使用輕便快捷的問題，因此很多中高檔車型都使用了新型材料，如碳纖維、鎂合金、鋁合金等，將本文中車架材料采用的鉻鉬鋼改為 6061 型鋁合金。 （ 3）彎把主要用于公路車上的車把，測(cè)量方法也和平常的山地車把長度測(cè)量不一樣，其測(cè)量方法是車把末端的左右圓心之間的距離即為車把的長度，一般說來有 40mm，42mm 44mm 這幾個(gè)常用規(guī)格，在跑車方面還有一些形狀比較怪異的專用車把，比如個(gè)人計(jì)時(shí)賽上面的車把。 鞍座的結(jié)構(gòu) 鞍座是保證長時(shí)間騎行不疲勞的關(guān)鍵部件，運(yùn)動(dòng)車一般采用無彈簧式鞍座一一鞍座面下應(yīng)采用較硬的海綿，形狀以狹長為宜。軟邊 胎斷面寬，能全部裹住內(nèi)胎，著地面積比較大，能適宜多種道路行駛。近年來國外有新品，踏板軸的長度縮短為 47ram是可增加力矩 的。 多級(jí)飛輪是在單級(jí)飛輪的基礎(chǔ)上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結(jié)合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度。 （ 3）人體動(dòng)作的靈活性特點(diǎn)：人體肢體在水平面上的運(yùn)動(dòng)比垂直面的運(yùn)動(dòng)速度快；肢體從上往下較從下往上運(yùn)動(dòng)速度快。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動(dòng)而帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自行車前移。變道時(shí)，請(qǐng)左右觀察身后路況再進(jìn)行。切勿在騎行中雙手或單手脫把 。 二、人與動(dòng)力接受部件關(guān)系 17 動(dòng)力接受部件主要是腳蹬和曲柄。 16 第六章騎姿設(shè)計(jì) 影響騎姿的因素分析 在人與自行車構(gòu)成的系統(tǒng)中，人為主要因素，因?yàn)槿艘瓿煽刂坪万?qū)動(dòng)的作用，所以在自行車設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到人自身的特點(diǎn)： （ 1）人的蹬力：人的蹬力與姿勢(shì)及用力方向、足的位置有關(guān)。芯子轉(zhuǎn)動(dòng)加快，千斤也很快在各個(gè)飛輪內(nèi)齒上滑動(dòng)，發(fā)出“嗒嗒”的聲音。 腳踏板 腳踏板可分為整體式腳踏板和組合式腳踏板。 表 43 鞍座材料的選擇 坐墊材料是影響鞍座舒適性的重要因素之一，同時(shí)也是騎行過程中的減震元件之一，選擇坐墊材料的主要因素是其變形程度和大小，過硬的材會(huì)增加騎行者坐骨結(jié)節(jié)的壓力，過軟會(huì)對(duì)神經(jīng)和血管造成壓迫，易造成與坐墊接觸部位的組織和神經(jīng)的缺血和麻木。但是， 一旦遇上高低不平的道路，就會(huì)顛簸不穩(wěn)，特別是前叉震動(dòng)更加厲害。有多種彎曲度的可以供愛好者挑選。表明適合人體特征參數(shù)的自行車車架具有良好的騎行性能。但是，自行車車 6 架造型特征與人機(jī)工程學(xué)理論的結(jié)合在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值還沒有得到很好的執(zhí)行。相關(guān)學(xué)者提出了以下建議：注重大腿肌群力量的訓(xùn)練，尤其是股四頭肌的強(qiáng)化訓(xùn)練，提高其專項(xiàng)擺動(dòng)能力，以獲得較高的角速度及髖、膝、踝關(guān)節(jié)的速度；