【正文】 點，只有這樣才能使操作者在最佳的生理及心理狀態(tài)下工作，使人和機器所組成的人一機系統(tǒng)發(fā)揮最佳效能。 以下分別分析設計中考慮操作者的生理和心理特點應遵循的基本原則，它不但是進行創(chuàng)新結構設計的原則，同時也可為創(chuàng)新結構設計提供啟示。對現(xiàn)有機械設備及工具的宜人化改進設計是創(chuàng)新結構設計的一種有效方法。 ? 7． 3． 1 適合人的生理特點的結構設計 ? 1． 減少疲勞的設計 人體在操作中靠肌肉的收縮對外做功 ， 做功所需的能量物質 （ 糖和氧 ） 要依靠血液輸送到肌肉 。 如果血液不能輸送足夠的氧 ， 則糖會在無氧或缺氧的狀態(tài)下進行不完全分解 ， 不但釋放出的能量少 ， 而且會產生代謝中間產物 —— 乳酸 。 乳酸不易排泄 ， 乳酸在肌肉中的積累會引起肌肉疲勞 、 疼痛 、 反應遲鈍 。 長期使某些肌肉處于這種工作狀態(tài)會對肌肉 、 肌健 、 關節(jié)及相鄰組織造成永久性損害 ， 機械設計應避免使操作者在這樣的狀態(tài)下工作 。 表 7－ 2所示的幾種常用工具改進前的形狀因為使某些肌肉處于靜態(tài)施力狀態(tài) ， 不適宜長時間使用 ， 改進后使操作者的手更趨于 自然狀態(tài) ， 減少或消除了肌肉的靜態(tài)施力狀況 ， 使得長時間使用不易疲勞 。 ? 2．容易發(fā)力的設計 操作者在操作機器時需要用力，人在處于不同姿勢、向不同方向用力時發(fā)力能力差別很大。試驗表明人手臂發(fā)力能力的一般規(guī)律是 右手 發(fā)力 大 于左手， 向下 發(fā)力 大 于向上發(fā)力， 向內大 于向外， 拉力大 于推力，沿手臂方向大 于垂直手臂方向。 人以 站立 姿勢操作時手臂所能施加的操縱力明顯 大 于坐姿，但是長時間站立 容易疲勞 ，站立操作的動作 精度比坐姿 操作的精度 低 。 在設計需要人操作的機器時，首先要選擇操作者的操作姿勢，一般優(yōu)先選擇坐姿，特別是動作頻率高、精度高、動作幅度小的操作，或需要手腳并用的操作。當需要施加較大的操縱力，或需要的操作動作范圍較大，或因操作空間狹小，無容膝空間時可以選擇立姿。操縱力的施加方向應選擇人容易發(fā)力的方向。施力的方式應避免使操作者長時間保持一種姿勢，當操作者必須以不平衡姿勢進行操作時應為操作者設置輔助支撐物。 ? 7． 3． 2 適合人的心理特點的結構設計 對復雜的機械設備，操作者要根據(jù)設備的運行狀況隨時對其進行調整，操作者對設備工作情況的正確判斷是進行正確的調整操作的基本條件之一。 ? 1． 減少觀察錯誤 的設計 在由人和機器組成的系統(tǒng)中人起著對系統(tǒng)的工作狀況進行調節(jié)的“調節(jié)器”的作用，人的正確調節(jié)來源于人對機器工作情況的正確了解和判斷，所以在人一機系統(tǒng)設計中使操作者能夠及時、正確、全面地了解機器的工作狀況是非常重要的。 在顯示儀表的設計中應使操作者觀察方便，觀察后容易正確地理解儀表顯示的內容，這要通過正確地選擇儀表的顯示形式、儀表的刻度分布、儀表的擺放位置以及多個儀表的組合實現(xiàn)。 儀表的刻度排列方向應符合操作者的認讀習慣，圓形和半圓形應以順時針方向為刻度值增大方向，水平直線式應以從左到右的方向為刻度值增大方向，垂直直線式應以從下到上的方向為刻度值增大方向。 儀表擺放位置的選擇應以方便認讀為標準。試驗證明當視距為 80 cm時水平方向最佳認讀區(qū)域在 177。 200范圍內，超過 177。 240后正確認讀時間顯著增大；垂直方向的最佳認讀區(qū)域為水平方向與水平線以下 150范圍內。重要的儀表應擺放在視區(qū)中心，相關的儀表應分組集中擺放，有固定使用順序的儀表應按使用順序擺放。 ? 2．減少操作錯誤的設計 人在了解機器工作狀況的前提下通過操作對機器的工作進行必要的調整，使其在更符合操作者意圖的狀態(tài)下工作。人通過控制器對機器進行調整，通過反饋信息了解調整的效果?？刂破鞯脑O計應使操作者在較少視覺幫助或無視覺幫助下能夠迅速準確地分辨出所需的控制器，在正確了解機器工作狀況的基礎上對機器做出適當?shù)恼{整。 首先應使操作者分辨出所需的控制器。 通過控制器的 大小 來 分辨 不同的控制器也是一種常用的方法。為能準確地分辨出不同的控制器，應使不同的控制器之間的尺寸差別足夠明顯。試驗表明旋鈕直徑差為 12． 5 mm，厚度差為 10 mm時，人能夠通過觸覺準確地分辨。 控制器的 操作應有一定的阻力 ，操作阻力可以為操作過程提供反饋信息，提高操作過程的穩(wěn)定性和準確性，并可防止因無意碰撞引起的錯誤操作。 為減少操作錯誤，控制器的設計還要考慮與顯示器的關系。 7． 4 新型結構設計 ? 7． 4． 1 彈性結構 組成機器的各部分之間具有確定的相對運動，機械設計中通常用運動副的聯(lián)接構成兩個零部件之間的相對運動。機器的運動形式越復雜，所需的運動副的形式和數(shù)量就越多，機器的結構也就越復雜，這就限制了機械結構在某些場合的應用?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種新的結構設計方法 ——彈性結構設計方法。它不是用運動副構成零部件之間的相對運動而是通過某個零件的彈性變形構成兩個零部件或一個零部件的不同部分之間的相對運動。由于省去了運動副，使得機械結構更簡單，體積縮小，使機器的制造、安裝、調整及維護都帶來方便，這種設計方法正在為越來越多的設計所采用 。 彈性片 —— 熱保護器 ? 四沖程內燃機工作中，當活塞工作在吸氣沖程時進氣閥打開，當活塞工作在排氣沖程時排氣閥打開，當活塞工作在其他沖程時進氣陰和排氣閥均關閉。為實現(xiàn)這一功能，內燃機采用了一套 凸輪機構 控制 吸、排氣閥 的 開閉 ，結構很復雜。 ? 而與內燃機有類似工作要求的空氣壓縮機在氣閥設計中由于采用了彈性結構設計方法，省去了凸輪機構和傳動齒輪，使得氣閥結構非常簡單，空氣壓縮機的 氣閩結構 如圖 7— 58所示。 ? 現(xiàn)在使用這種方法設計的結構已經很多，例如在計算機中使用的軟盤驅動器中，有多處鉸鏈，原設計中普遍采用傳統(tǒng)的鉸鏈設計方法 (圖 7—59a)，用銷軸構造鉸鏈，結構復雜．占用空間大；現(xiàn)在的 軟盤驅動器 設計中將這多處鉸鏈均改為彈性鉸鏈結構，原來的銷軸和軸承被一片焊接在兩個部件之間的 彈性金屬片 取代 (圖 7— 59b)，靠金屬片的 彈性變形 實現(xiàn)兩個部件之間的 相對轉動 ，使結構簡化。 ? 7． 4． 2 快動聯(lián)接 結構 對于需要 經常拆卸的零部件 結構不但應使聯(lián)接可靠，還應使拆卸操作盡量方便。為使聯(lián)接具有 一定的使用壽命 ，應使聯(lián)接結構在安裝和拆卸過程中的 磨損盡量小 。為保護人類賴以生存和發(fā)展的世界環(huán)境，近年來興起的綠色設計理念也要求人們使用的各種設施和裝備不但在使用期內能滿足人們對它的各種功能要求，而且在 報廢后能方便地將其拆卸分解 ，以利于各種有用成分的 回收再利用 ，減少對環(huán)境的破壞。近年來在設計中越來越多的被采用的快動聯(lián)接結構較好地滿足了這些要求。 快動聯(lián)接結構通過零件的彈性變形達到聯(lián)接的目的，結構簡單，便于操作。圖 7－ 60所示為螺紋聯(lián)接結構（圖 a）和經改進的快動聯(lián)接結構（圖 b）對照圖。 快動聯(lián)接結構要求聯(lián)接件具有較好的彈性，多采用塑料或薄鋼板材料，如采用其他材料應通過合理的結構設計減小聯(lián)接件的剛度， 圖 7— 61所示的即為一組這樣的結構。 圖 7－ 62所示為另一組可快速裝配的聯(lián)接結構。 ? 7． 4． 3 組合結構 組合結構是指通過合理的結構設計，將多個零件的功能組合到一個零件上，起到減少零件數(shù)量，便于裝配，降低成本的目的。 為防止螺紋聯(lián)接的松脫，通常需要采取防松措施。彈簧墊圈是一種被廣泛應用的放松裝置，它需要在安裝螺釘或螺母的同時安裝彈簧墊圈，圖 7－ 63b所示的螺釘集成結構將螺釘、墊片和彈簧墊圈的功能集成在一個零件上，減少了零件數(shù)量，方便了裝配。 圖 7— 64所示為某包裝機中的一個支架構件。圖 a所示為原設計，由 11個零件組成。圖 b為改進設計，將所有結構組合在一個零件上，零件精密鑄造后一次加工成形，大大地節(jié)省了加工工時，降低了成本。 按通常的結構設計方法，指甲刀應具有圖 7－ 65a所示的結構。通過將多個零件的功能集中到少量零件上的組合設計方法，指甲刀改為圖 b所示結構。 圖 7－ 66所示為三種自攻螺釘結構 它們或將螺紋與絲錐的結構集成在一起，或將螺紋與鉆頭的結構集成在一起，使螺紋聯(lián)接結構的加工和安裝更方便。