【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和靠背上的體壓分布兩部分。坐姿狀態(tài)下，由人體組織的解剖學(xué)特性可知，與鞍座緊密接觸的是最 能承受壓力的臀部的兩塊坐骨結(jié)節(jié)，約 25cm2 的部位支撐著 75%的人體重量，時(shí)間久了便會(huì)感到疲勞，造成臀部疼痛。圖 22 所示為坐姿時(shí)坐墊上的壓力分布圖 [14]?？梢?jiàn) 在 坐姿狀 態(tài) 下，其 坐骨結(jié)節(jié)處壓力最大，向四周逐漸減少，到大腿部位時(shí)壓力降至最低，即為鞍座設(shè)計(jì)的壓力不均勻分布原則。靠背上的體壓分布同樣也不均勻，就帶靠背的自行車(chē)鞍座而言，壓力主要集中在腰椎部位，由此向外逐漸降低。 圖 22 坐姿時(shí)坐墊上的體壓分布 （ 3）股骨受力分析 坐姿時(shí)坐骨結(jié)節(jié)承受大部分的身體重量，當(dāng)座面接近水平狀態(tài)時(shí)，位于坐骨結(jié)節(jié)外 側(cè)的股骨處于正常的位置（如圖 23）而不會(huì)受到過(guò)分壓迫使人覺(jué)得舒適；而當(dāng)座面呈斗型（凹式三角形）時(shí)，會(huì)使股骨因受到壓迫而向上轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖 24）并承受載荷，且還會(huì)使髖部肌肉受壓從而引起不舒適感。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 自行車(chē)鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 12 圖 23 股骨正常位置 圖 24 股骨受壓迫位置 現(xiàn)有鞍座的人機(jī)特點(diǎn)分析 在自行車(chē)的發(fā)展演變過(guò)程中，鞍座的設(shè)計(jì)也有了很大的改進(jìn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中越來(lái)越重視安全和舒適性，由過(guò)去的硬質(zhì)材料鞍座發(fā)展為座面采用較為柔軟的材料制成的鞍座，并通過(guò)凹陷、鑿孔等方法來(lái)減少對(duì)騎乘者生殖區(qū)的壓迫。 （ 1）鏤空型鞍座 如圖 25所示，鞍座中間的鏤空有效的地減少了鞍座對(duì)騎乘者會(huì)陰區(qū)的壓迫，但鏤空的設(shè)計(jì)使得騎乘者的重量主要集中在坐骨結(jié)節(jié)處且鏤空邊緣的尖角會(huì)給與其接觸的部位造成不適。圖 26所示為局部凹陷的鞍座設(shè)計(jì)，與中間開(kāi)孔的鞍座相比，孔邊緣的避免巧妙地減輕了對(duì)騎乘者會(huì)陰部的壓力。鞍座設(shè)計(jì)者將最大限度的減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)和會(huì)陰區(qū)軟組織、血管和神經(jīng)的壓迫作為鞍座設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，除通過(guò)鑿孔、凹陷等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一準(zhǔn)則外，還通過(guò)改變鞍座形狀來(lái)實(shí)踐該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，故出現(xiàn)了一些外觀(guān)造型獨(dú)特的鞍座設(shè)計(jì)，如月牙型鞍座、直桿型鞍座以及造型獨(dú)特的分離 型自行車(chē)鞍座。 圖 25 鏤空型鞍座 圖 26 局部凹陷的自行車(chē)鞍座 （ 2）月牙型自行車(chē)鞍座 圖 27 為美國(guó) MOONSADDLE 公司 [15]所設(shè)計(jì)的月牙型鞍座，該鞍座成功地避免了對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)器官和組織的壓迫。因其缺乏前部必要支撐，騎乘者會(huì)感覺(jué)到缺乏安全性，同時(shí)月牙型的造型會(huì)給上下車(chē)帶來(lái)不便且會(huì)影響騎乘南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 自行車(chē)鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 13 者的腿部運(yùn)動(dòng)。 圖 27 月牙型自行車(chē)鞍座 （ 3）直桿型自行車(chē)鞍座 直桿型自行車(chē)鞍座 [16]（ 圖 28）僅僅由一個(gè)橫向的直桿構(gòu)成，沒(méi)有了普通自行車(chē)鞍座前部的窄小部分， 避免了對(duì)人體坐骨生殖區(qū)的壓迫和摩擦，不會(huì)對(duì)會(huì)陰區(qū)的血管和神經(jīng)造成壓迫。但由此帶來(lái)的問(wèn)題是騎乘者會(huì)前傾身體以保持身體的穩(wěn)定性，從而會(huì)加重上肢負(fù)擔(dān)而加速疲勞。并且因其形態(tài)設(shè)計(jì)大大減少了騎乘者臀部與鞍座的接觸面積，因而在騎行過(guò)程中騎乘者的坐骨結(jié)節(jié)和臀大肌所承受的壓力會(huì)大大增加，這將加速了臀部肌肉的疲勞和疼痛。 圖 28 直桿型自行車(chē)鞍座 （ 4）分離型自行車(chē)鞍座 圖 29 所示是由河北雙燕鞍座廠(chǎng)推出的一款造型新穎、獨(dú)特的自行車(chē)鞍座，由于它由左右兩部分構(gòu)成，故稱(chēng)其為“分離型鞍座”。其舒適性特點(diǎn)同鏤空型以及月牙型鞍 座相似。 圖 29 分離型自行車(chē)鞍座 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 自行車(chē)鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 14 人機(jī)工程學(xué)指導(dǎo)下的鞍座設(shè)計(jì) 鞍座的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)一直是圍繞著如何減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)和會(huì)陰區(qū)的摩擦和壓迫進(jìn)行的，除此之外還應(yīng)考慮以下因素：①保證騎乘者在鞍座上處于或接近自然坐姿；②保證股骨于正常位置受力；③保證騎乘蹬踏運(yùn)動(dòng)的靈活性；④保證騎乘過(guò)程中的坐姿穩(wěn)定性；⑤尋求最佳的鞍座尺寸、結(jié)構(gòu)和坐墊材料。 （ 1）鞍座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鞍座座面的設(shè)計(jì)采用局部凹陷的結(jié)構(gòu)以減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)造成的壓迫，同時(shí)在鞍座上表面在人體會(huì)陰區(qū)部位的鞍座接觸面設(shè)計(jì)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加會(huì)陰區(qū)的舒適度和透氣性。 （ 2）鞍座尺寸設(shè)計(jì) 鞍座尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括座面寬度、鞍座長(zhǎng)度、座面傾角。鞍座尺寸設(shè)計(jì)的依據(jù)主要是人體的生理結(jié)構(gòu)尺寸。鞍座后端的寬度保證了騎乘者位于鞍座上時(shí)坐骨結(jié)節(jié)間距，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致坐骨結(jié)節(jié)處軟組織受到擠壓，過(guò)大又會(huì)影響到鞍座的平衡性。根據(jù)人體測(cè)量學(xué)， 50%的人群骨盆的坐骨結(jié)節(jié)間距約為 200~220 mm，在設(shè)計(jì)時(shí)還需加上適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量（ 40~60 mm），以提高鞍座的舒適性，因此可確定普通休閑自行車(chē)的鞍座后端寬度為 240~280 mm 為宜。由于女性的髖骨要寬于男性，在鞍座設(shè)計(jì)時(shí)，女式自行車(chē)的鞍座寬度要比男性的寬一些。鞍座長(zhǎng)度由坐深以及腿部蹬踏運(yùn)動(dòng)的靈活性確定。鞍座過(guò)長(zhǎng)，不僅會(huì)影響腿部蹬踏運(yùn)動(dòng)的靈活性，還會(huì)對(duì)人體生殖區(qū)造成壓迫，過(guò)短又會(huì)降低坐姿穩(wěn)定性，加速騎乘疲勞。據(jù)人體解剖學(xué)中人體結(jié)構(gòu)尺寸可知，鞍座后端的長(zhǎng)度應(yīng)由坐姿狀態(tài)下坐骨結(jié)節(jié)離臀部后緣的距離（ 100~120 mm）確定，鞍座總長(zhǎng)度則由坐姿時(shí)會(huì)陰處離臀部后緣的距離（ 170~190mm）再加上適當(dāng) 余量確定，由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出，普通休閑自行車(chē)鞍座的設(shè)計(jì)余量取 50 mm 左右為宜，因此可確定鞍座長(zhǎng)度的尺寸范圍為 220~240 mm。 同時(shí)根據(jù)其人體臀部會(huì)陰區(qū)及坐骨區(qū)的尺寸大小在鞍座的上表面進(jìn)行了局部的造型， 其自行車(chē)鞍座的實(shí)體圖如圖 210， 自行車(chē)鞍座設(shè)計(jì)草圖如圖 211。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 自行車(chē)鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 15 圖 210 自行車(chē)鞍座實(shí)體圖 圖 211 自行車(chē)鞍座設(shè)計(jì)圖 （ 3）材料選取 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(guò)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(guò)硬的坐墊材料會(huì)增加對(duì)騎乘者 坐骨結(jié)節(jié)的壓力，導(dǎo)致臀部疼痛；過(guò)軟的坐墊又會(huì)使坐骨結(jié)節(jié)陷入鞍座中，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。在鞍座設(shè)計(jì)中，一般應(yīng)采用硬質(zhì)座面包覆軟硬適中的坐墊材料，同時(shí)還應(yīng)考慮到其透氣性、防水性等特征。柔軟度適中的坐墊，在保證騎乘者保持正常的腰弧曲線(xiàn)和合理的體壓分布時(shí)，還可減少騎行路面不平整時(shí)所產(chǎn)生的震動(dòng)沖擊，起到一定的減震避震作用，進(jìn)一步增強(qiáng)騎行舒適性。鞍座可采用透氣性較好的皮革材料以利于散熱。 鞍座局部造型（會(huì)陰區(qū)） 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 自行車(chē)鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 16 人機(jī)工程學(xué)隨著時(shí)代的 發(fā)展 應(yīng)運(yùn)而生， 它 不僅為現(xiàn)代產(chǎn)品 的開(kāi)發(fā) 提供了一個(gè)很 好的 設(shè)計(jì) 思路， 同時(shí)能夠 更 好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品 人性化的設(shè)計(jì) ， 深層 的體現(xiàn)了工業(yè)工程“以人為本”的思想。 在本章的知識(shí)環(huán)節(jié)中， 主要 介紹 了 關(guān)于 人機(jī)工程學(xué) 方面的知識(shí) ， 主要包括人體測(cè)量學(xué) 和 人體解剖學(xué) 等 。 其 重點(diǎn)講解了 現(xiàn)有 自行車(chē)鞍座 存在著哪些缺陷 ， 及 從人機(jī)工程的角度出發(fā) 提出 了自行車(chē) 鞍座改進(jìn)和設(shè)計(jì)的方案 ， 并 最終獲得了改進(jìn)和設(shè)計(jì) 后 的自行車(chē)鞍座 模型。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 自行車(chē)鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 17 第三章 自行車(chē)鞍座逆向設(shè)計(jì) 學(xué) 逆向工程是相對(duì)于現(xiàn)在的正向工程而言，正向工程就是先設(shè)計(jì)圖紙，然后按圖紙加工出產(chǎn)品實(shí)物，而逆向工程是以目前已有的實(shí)物通過(guò)三維激光超數(shù)及逆向軟件 處理，還原為電腦模型，并且可以修改和改進(jìn)。 逆向工程學(xué) 是指從實(shí)物上采集大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并由此建立該物體的幾何模型，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)。逆向工程與一般的設(shè)計(jì)制造過(guò)程相反，是先有實(shí)物后有模型。仿形加工就是一種典型的逆向工程應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)與快速成型技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速三維拷貝，并經(jīng)過(guò) CAD 重新建模修改或快速成型工藝參數(shù)的調(diào)整，還可以實(shí)現(xiàn)零件或模型的變異復(fù)原 。 1980 年開(kāi)始，歐美國(guó)家許多學(xué)校及工業(yè)界開(kāi)始注意逆向工程領(lǐng)域。 1990年初期，各國(guó) 學(xué)術(shù) 界團(tuán)隊(duì)大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。逆向軟件的演進(jìn) 大 約 可區(qū)分為三個(gè)階段： 2021 年前，在逆向工程上，只能運(yùn)用 CATIA 等CAD/CAM 高階曲面系統(tǒng)。市場(chǎng)后來(lái)發(fā)展出兩套主流產(chǎn)品約在 2021 年前技術(shù)成熟，廣為業(yè)界引用。到 2021 年后，發(fā)展出不同以往的逆向工程數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算，速度快。 1998 年， NEWPOWER 啟動(dòng)了逆向工程的一些項(xiàng)目，要求是把 客戶(hù)的現(xiàn)有 源代碼 轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)，如果需要的話(huà)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求規(guī)約。這恰恰與類(lèi)似于 V 模型的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)過(guò)程模型相逆。這樣一來(lái)，客戶(hù)就可以容易地維護(hù)他們的產(chǎn)品（需求，設(shè)計(jì)，源代碼等等），而不需要想以前那樣，每次改動(dòng)產(chǎn)品都需要直接修改源代碼。 截止 2021 年，逆向工程的應(yīng)用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及測(cè)量設(shè)備，進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、制造等活動(dòng) ，如獲取修模后的模具形狀、分析實(shí)物模型、基于現(xiàn)有產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、快速仿形制造等。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 自行車(chē)鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 18 逆向工程被廣泛地應(yīng)用到新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品改型 設(shè)計(jì) 、產(chǎn)品 仿制 、質(zhì)量分析檢測(cè)等領(lǐng)域，它的 作用主要體現(xiàn)在 以 下幾個(gè)方面 ： 縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)周期，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度； 降低企業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的成本與風(fēng)險(xiǎn)； 加快產(chǎn)品的 造型 和系列化的設(shè)計(jì)； 適合單件、小批量的零件制造，特別是模具的制造，可分為直接制模與間接制模法。直接制模法：基于 RP 技術(shù)的快速直接制模法是將模具 CAD 的結(jié)果由 RP 系統(tǒng)直接制造成型。該法既不需用 RP 系統(tǒng)制作樣件，也不依賴(lài)傳統(tǒng)的模具制造 工藝，對(duì)金屬模具制造而言尤為快捷，是一種極具開(kāi)發(fā)前景的制模方法；間接制模法：間接制模法是利用 RP 技術(shù)制造產(chǎn)品零件原型，以原型作為母模、模芯或制模工具 (研磨模 )，再與傳統(tǒng)的制模工藝相結(jié)合，制造出所需模具。 在本次 自行車(chē)鞍座設(shè)計(jì)的 課題中其 關(guān)鍵技術(shù)主要是指逆向工程設(shè)計(jì)。其主要包括三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的使用 、 imageware 軟件的建模 、鞍座尺寸 在 UG 軟件 的改進(jìn)和設(shè)計(jì)。 (l)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的使用： 三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x三軸均有氣源制動(dòng)開(kāi)關(guān)及微動(dòng)裝置，可實(shí)現(xiàn)單軸的精密傳動(dòng) ,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高性能手 動(dòng)三坐標(biāo)專(zhuān)用系統(tǒng)，可靠性好。應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì) 、 模具裝備 、 齒輪測(cè)量 、 葉片測(cè)量機(jī)械制造 、 工裝夾具 、 汽摩配件 、 電子電器 。 (2) imageware 軟件的建模： imageware 軟件提供了獨(dú)特，綜合的自由曲面構(gòu)造和檢測(cè)，其通過(guò)對(duì)點(diǎn)云的處理，各種特征曲線(xiàn)和輪廓線(xiàn)的獲取，最后構(gòu)造出設(shè)計(jì)者所需要的模型，其主要運(yùn)用在逆向工程的建模過(guò)程。 （ 3） 鞍座表面尺寸 在 UG 軟件 的改進(jìn)和設(shè)計(jì)： UG 為用戶(hù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過(guò)程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題中 UG 軟件主要用于鞍座座面尺寸的改變及座面造型。 三坐標(biāo)測(cè)量 儀 三坐標(biāo)測(cè)量 儀 是一種高效、新穎的精密測(cè)量