【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 人體的勞動(dòng)疲勞進(jìn)行研究，該項(xiàng)研究可以說(shuō)是科學(xué)人機(jī)工程學(xué)的開(kāi)端。 第二次產(chǎn)業(yè)革命時(shí)期，以?xún)?nèi)燃機(jī)賀電冬季的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志，生產(chǎn)技術(shù)從機(jī)械時(shí)代進(jìn)入電氣時(shí)代。美國(guó)學(xué)者進(jìn)行了慕名的鐵鍬鏟沒(méi)作業(yè)的實(shí)驗(yàn)研究，從人機(jī)工程學(xué)的角度找出了鐵鍬的最優(yōu)設(shè)計(jì)及鏟運(yùn)松散顆粒材料是每一鏟最適宜的重量。 以電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用為標(biāo)志為主要標(biāo)志的第三次產(chǎn)業(yè)革命開(kāi)始以來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工程技術(shù)設(shè)計(jì)中與人的因素有關(guān)的問(wèn)題越來(lái)越多，人機(jī)協(xié)調(diào)問(wèn)題顯得越來(lái)越中藥，從而促進(jìn)人機(jī)工程學(xué)的研究和應(yīng)用得到廣泛而迅速發(fā)展。 人機(jī)工程學(xué)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的“宜人性”，強(qiáng)調(diào)適合人的解剖、心理、生理?xiàng)l件，歸根結(jié)底，可以回歸為兩個(gè)極樸素的要求；第一，看到它，馬上知道他是做什么用的；第二，比較容易弄清楚該怎么用。這兩項(xiàng)要求是關(guān)于產(chǎn)品的“認(rèn)知”問(wèn)題，現(xiàn)在已經(jīng)成了專(zhuān)門(mén)的研究方向，叫做“產(chǎn)品語(yǔ)言學(xué)”。其實(shí)從古代到近代機(jī)械科技的年代，產(chǎn)品的功能特征一般是很直觀的，并不存在多少突出的認(rèn)知問(wèn)題。但是進(jìn)入電子科技年代以來(lái)，情況發(fā)生了比較大的變化，如今充滿(mǎn)市場(chǎng)的各種電子產(chǎn)品，幾乎全是大大小小的方盒子，如隨身聽(tīng)、微波爐、洗衣機(jī)等。科教、工業(yè)、醫(yī)療機(jī)械、類(lèi)似情況更是比比皆是。產(chǎn)品的形象，失去了和他功能之間的聯(lián)系，這顯然不符合人們期望賦予物質(zhì)產(chǎn)品多一些精神價(jià)值的要求。產(chǎn)品的使用方法也存在同樣的狀況；大量的電子產(chǎn)品，其操作差不多都是按鈕，一些產(chǎn)品上一排排的按鈕常使人不知所措，有些產(chǎn)品的按鈕如果按錯(cuò)，還會(huì)引起事故。人機(jī)工程學(xué)家認(rèn)為，應(yīng)及時(shí)喚起設(shè)計(jì)界，、工業(yè)界對(duì)產(chǎn)品認(rèn)知問(wèn)題的警覺(jué)。“產(chǎn)品語(yǔ)言學(xué)”的研究目前正方興未艾，將是人機(jī)工程學(xué)今后發(fā)展的重要方向之一。在機(jī)器設(shè)計(jì)中特別是機(jī)動(dòng)車(chē)輛設(shè)計(jì)中，著重考慮的人體因素大致可分為以下五個(gè)方面；（1） 人體做作業(yè)負(fù)荷的耐受性 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)及其工作環(huán)境條件對(duì)操作者造成的體力和精神上的負(fù)擔(dān)，叫做作業(yè)負(fù)荷。人體對(duì)作業(yè)符合的耐受性是機(jī)器設(shè)計(jì)中必須考慮的因素。機(jī)器的操作及機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)所造成的環(huán)境因素，都必須合理控制，使之適合人的生理和心理特征，至少要為人體所能忍受，力爭(zhēng)處于人體舒適范圍以?xún)?nèi)。（2） 人體尺寸 人體尺寸的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)，是合理設(shè)計(jì)操作者的作業(yè)空間、操作姿勢(shì)、操縱機(jī)構(gòu)及操作座椅的基礎(chǔ)。只有充分考慮人體尺寸的設(shè)計(jì)，才能使操作者工作時(shí)處于舒適的狀態(tài)和適宜的環(huán)境之中，達(dá)到能量消耗最少，疲勞程度最低和工作效率最高的目標(biāo)。（3） 人體的生物力學(xué)特性 設(shè)計(jì)適合于操作者使用的操縱機(jī)構(gòu)，確定合理的操縱力、操縱速率、操縱位移、操縱節(jié)拍和操縱準(zhǔn)確度等，都必須以人的生物力學(xué)特性為依據(jù)，方能實(shí)現(xiàn)人機(jī)關(guān)系的優(yōu)化匹配。（4） 人的感知響應(yīng)特性 人的感知響應(yīng)過(guò)程實(shí)質(zhì)是信息向人體的輸入、傳遞和人對(duì)信息的分析、處理并作出響應(yīng)的過(guò)程，是人機(jī)環(huán)境的中心環(huán)節(jié)。它關(guān)系到人與機(jī)器的安全、人的健康和舒適、操縱質(zhì)量及作業(yè)效率等一系列問(wèn)題，是機(jī)器設(shè)計(jì)所必需考慮的重要因素。（5） 人的適宜勞動(dòng)姿勢(shì) 操縱著在工作中保持舒適、自然和方便操縱的勞動(dòng)姿勢(shì)，將有利于身體健康、有助于減輕疲勞、提高工作質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)必須首先確定操縱著的工作姿勢(shì)和體位，然后按照使人體保持最適宜的勞動(dòng)姿勢(shì)要求，合理設(shè)計(jì)機(jī)器系統(tǒng)及其有關(guān)部件。第三章 車(chē)體部分 車(chē)體部分是整車(chē)的主體部分，既是全部零件的安裝主體，又是決定整車(chē)騎行性能的關(guān)鍵部分。其主要包括車(chē)架、前叉、車(chē)把三個(gè)部分。 車(chē)架時(shí)電動(dòng)自行車(chē)各零部件安裝依附的主體部件，車(chē)架的結(jié)構(gòu)決定了自行車(chē)的類(lèi)型，也是人們選購(gòu)電動(dòng)自行車(chē)的重要依據(jù)。 車(chē)架結(jié)構(gòu)形式選擇剛性車(chē)架，結(jié)構(gòu)類(lèi)型為U形，車(chē)架結(jié)構(gòu)如圖31所示 圖31 U形剛性車(chē)架電動(dòng)自行車(chē)和自行車(chē)的用途不同，結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，但有一個(gè)共同的要求：騎行輕快。自行車(chē)要求騎行輕快，盡可能減少騎行者的體能消耗。而電動(dòng)自行車(chē)同樣要求騎行輕快，并要達(dá)到兩個(gè)目的：減少蹬踏騎行時(shí)的體能消耗；在電動(dòng)或助動(dòng)騎行時(shí)盡可能減少蓄電池電量的消耗，延長(zhǎng)一次充電后的續(xù)駛里程。因此，不論電動(dòng)自行車(chē)還是自行車(chē)，對(duì)車(chē)體性能設(shè)計(jì)的要求是一致的。電動(dòng)自行車(chē)與自行車(chē)，車(chē)架與前叉設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)參數(shù)的選擇基本相似。整車(chē)設(shè)計(jì)應(yīng)該重點(diǎn)考慮：立管傾斜角與立管高度；前管傾斜角；前叉翹度。（A）立管與夾角的大小決定于人體在自行車(chē)上騎坐的位置（重心的位置）,該角度越大立管就越向前傾斜，導(dǎo)致人體重心就越向前移,在腳蹬著力點(diǎn)相同的情況下，就使騎車(chē)人感覺(jué)輕快省力。具體分析如圖38所示： 圖38立管角度分析 當(dāng)立管傾斜角由A增加到A1時(shí)，即立管1向前傾斜至立管2的位置，如此時(shí)保持對(duì)腳蹬的踏蹬力大小不變，從圖9中可以看出，由于立管位置的變化，就使得兩個(gè)不同位置所產(chǎn)生的合力方向發(fā)生變化，即合力F與P。隨之，每個(gè)合力所分解的垂直分力和水平分力的大小都在變化。 其受力大小變化如下。 (1)立管1和立管2對(duì)腳蹬的合力F=P。 (2)立管1產(chǎn)生的合力分解的垂直分力為F1；分解的水平分力F2。 (3)立管2產(chǎn)生的合力分解的垂直分力為P1+F1。分解的水平分力為P2。 (4)立管1所產(chǎn)生的水平分力F2P2。 (5)立管2所產(chǎn)生的垂直分力P1+F1F1。 下面對(duì)以上內(nèi)容小結(jié)如下： (1)隨著立管傾斜角的加大，人體重心前移，垂直分力加大，有利于人體力量的發(fā)揮，騎行時(shí)會(huì)感到輕松省力。(2)在立管長(zhǎng)度不變的情況下，隨著立管傾斜角的加大，前、后輪距加大。(3)由于人體重心前移，人體雙臂的支撐力加大，騎行的穩(wěn)定度也隨之下降。從上述看立管傾斜角的大小對(duì)騎行有很大影響，但立管傾斜角度的加大是有限度的。不同類(lèi)型的自行車(chē)，應(yīng)采用不同的角度對(duì)于電動(dòng)自行車(chē)，由于車(chē)身重、速度快，以使用普通型自行車(chē)的角度（角度在62176。~176。）為宜，取63176。 立管高度（也稱(chēng)立管長(zhǎng)度）的選擇與不同類(lèi)型車(chē)、人腿的長(zhǎng)度和曲柄的長(zhǎng)度有關(guān)。原則是：在騎行腳踏時(shí)，一條腿處于基本伸直狀態(tài)（稍有彎曲，留有余地），而另一大腿與小腿處于基本垂直狀態(tài)，這樣設(shè)置伸直的腿可以得到放松，而另一條腿正處于踏蹬最有力的狀態(tài)。立管長(zhǎng)度可以應(yīng)用公式進(jìn)行初步計(jì)算，即：立管長(zhǎng)度=腿長(zhǎng)。 對(duì)于電動(dòng)自行車(chē)立管長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，考慮到騎行過(guò)程大部分時(shí)間時(shí)電動(dòng)騎行或助力騎行，只有在蓄電池電力不足的情況下才會(huì)完全依靠腳踏騎行。因此立管長(zhǎng)度在上述計(jì)算的基礎(chǔ)上適當(dāng)減短，以最大可能做到騎行的舒適和騎行的安全。 立管長(zhǎng)度=1= 。 如圖39所示，車(chē)把鎖緊在前叉立管中，前叉通過(guò)軸承安裝在車(chē)架前管中，前叉將隨同車(chē)把的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，因此它們同處于一個(gè)中心線(xiàn)。圖39 前管傾角與翹度 前叉翹度是指前叉立管軸線(xiàn)(即車(chē)把管軸線(xiàn))至前叉嘴中心的垂直距離。 (1)前管傾斜角(車(chē)把軸線(xiàn)與地面角度)的選擇方法。圖310中所示的是《GB 35652005自行車(chē)安全要求》推薦的數(shù)據(jù)。從圖中可看出，在車(chē)把軸線(xiàn)與前車(chē)輪軸心對(duì)地面垂直線(xiàn)有一個(gè)交點(diǎn)，該交點(diǎn)只要在標(biāo)注的允許范圍內(nèi)就可以滿(mǎn)足要求。這個(gè)允許范圍是從地面量起的，不小于車(chē)輪半徑的15%，不大于車(chē)輪半徑的60%。例:根據(jù)所用車(chē)輪直徑為660mm，按兩個(gè)百分?jǐn)?shù)計(jì)算出下限為50mm，上限為198mm。如果選擇的角度與車(chē)輪中心對(duì)地的垂線(xiàn)交點(diǎn)，經(jīng)從地面測(cè)量其值為150mm，在50mm和198mm之間，因此就可以確定角度選擇合理。但車(chē)把中心線(xiàn)的位置又決定于前叉的翹度。圖310 傾角選擇圖(2)前叉翹度。前叉翹度是指前叉腿中心與前叉嘴的垂直距離。 圖311顯示出兩種不通翹度的前叉：前叉前叉2。圖311傾角選擇分析 設(shè):①前叉1和前叉2使用的車(chē)架前管傾斜角相同。 ②前叉1翹度為0，即前叉立管與前叉嘴在同一中心線(xiàn)。前叉2翹度為X，即前叉立管與前叉嘴不在同一中心線(xiàn)，其垂直距離為X。 ③兩個(gè)不同翹度的前叉作用在前車(chē)輪軸上的合力P1=P2 從圖中可以看出:前叉1翹度為零，合力P1分解為垂直分力F1+G1和水平分力F2。前叉2翹度為X,合力P2分解為垂直分力G1和水平分力G2。 小結(jié)。前叉1翹度為0，合力P1產(chǎn)生的垂直分力F1+G1大于P2產(chǎn)生的垂直分力G1。前叉2翹度為X，合力P2產(chǎn)生的水平分力G2大于P1產(chǎn)生的水平分力F2。 翹度大小各有不同的特點(diǎn)。翹度加大可使騎行輕快。因?yàn)槁N度加大，水平分力加大，加大了向前行走的力量，這樣就會(huì)使騎行人感到輕快省力和舒適。 翹度加大后前叉轉(zhuǎn)動(dòng)遲鈍。從圖311中可看出，車(chē)把轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于有翹度，就使得車(chē)把旋轉(zhuǎn)中心與前輪旋轉(zhuǎn)中心有一段距離L(與翹度相等)，這段距離就是前輪轉(zhuǎn)動(dòng)力臂。要使前輪轉(zhuǎn)向，就得在轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)把時(shí)，加大旋轉(zhuǎn)力矩克服由于翹度產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩帶來(lái)的阻力，因而造成翹度加大后使人感到前叉轉(zhuǎn)動(dòng)遲鈍，但相反能使車(chē)把操縱更加穩(wěn)定。 從上述分析看，前叉翹度加大有利有弊，這就要求我們根據(jù)不同車(chē)型、不同用途做到總體安排。這里列舉兩個(gè)翹度選擇極限尺寸的車(chē)型:雜技車(chē)和人力三輪車(chē)。前者翹度為0，就是要其操作的靈敏度，在表演過(guò)程中可隨意地使前輪旋轉(zhuǎn)360176。而后者翹