【正文】 5—中軸鎖母，6—中軸螺母，7—曲柄蓋曲柄、鏈輪是傳動系統(tǒng)中關鍵的零部件，不同類型的自行車功能不同，相應對曲柄鏈輪的要求不同。左曲柄、右曲柄、鏈輪與中軸四件組成一套曲柄軸，通過這套機構(gòu)可以將騎行人的上下蹬踏動作轉(zhuǎn)換為鏈輪的旋轉(zhuǎn)運動。左腳蹬為左螺紋，用L表示。整體腳蹬結(jié)構(gòu)簡單，腳蹬框架一次注塑成型，可以有多種形式，因而適于多品種生產(chǎn)。腳蹬選擇整體腳蹬，其結(jié)構(gòu)如圖51所示：圖51整體腳蹬1—腳蹬框架，2—左、右腳蹬軸，3—腳蹬碗，4—防塵蓋，5—螺母，6—腳蹬墊圈，7—腳蹬擋，8—φ4鋼球，9—反射器，10—防塵圈整體腳蹬以腳蹬框架代替了組合型腳蹬由內(nèi)板、外板、腳蹬皮和橡皮軸，組成腳踩面。驅(qū)動系統(tǒng)包括：腳蹬、曲柄與鏈輪、鏈條、飛輪。腳踏驅(qū)動系統(tǒng)是一套典型的鏈傳動機械裝置。其結(jié)構(gòu)如圖43所圖43 永磁直流輪轂電動機后軸永磁直流輪毅電動機后軸，是電動自行車專用后軸，它是將直流電動機與自行車后軸有機地結(jié)合在一起，形成輪毅電動機，直接安裝在電動自行車上即可以腳踏騎行，接通電源后，就可以實現(xiàn)電動騎行的目的。同時，通過軸棍兩端的螺母和墊圈，將前軸安裝緊固在前叉上。鉤邊輪輞截面如圖41所示：圖41 鉤邊輪輞截面在自行車的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，前、后軸是前、后車輪的支撐和旋轉(zhuǎn)中心，其結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、運轉(zhuǎn)動狀況對自行車的騎行感受有重要的影響。因此，輪輞與輪胎的配合接口尺寸必須是統(tǒng)一的，并要符合國家標準。車把中心螺釘結(jié)構(gòu)如圖315所示：圖315 車把中心螺釘車把中心螺母結(jié)構(gòu)如圖316所示：圖316 錐形中心螺第4章 車輪部分輪輞是將騎車人的蹬踏運動轉(zhuǎn)變?yōu)樽孕熊囆凶叩年P鍵零件。 車把車把結(jié)構(gòu)及尺寸如圖314所示：圖314 車把結(jié)構(gòu)及尺寸1—把橫管，2—車把中心墊圈，3—車把中心螺母，4—把芯絲桿，5—把立管，6—把套，7—把接頭車把的把橫管與把立管是通過把接頭，用螺釘、螺母緊固形成一體的。當前輪在行駛中受到地面顛簸或沖擊時，前輪便推動兩個外套筒向上移動，通過與外套筒焊接在一起的螺母11和下彈簧座10將彈簧壓縮，吸收了部分顛簸和沖擊能量，因而緩和了顛簸和沖擊；反之，當前車輪所受沖擊力消失而下落時，彈簧伸長釋放能量，通過這樣的往復過程，減弱了人體對地面顛簸或沖擊帶來的震動。左、右外套筒及過橋3個零件通過焊接，將左、右外套筒連接形成整體。普通型減震前叉結(jié)構(gòu)如圖312所示。它支撐著前輪，具有轉(zhuǎn)向的功能，可以保持騎行平穩(wěn)。由于蓄電池重量與體積都較大，所以選擇蓄電池安裝在車架立管與后輪之間，這樣設置重心降低且與騎車人的重心基本重合，使騎行的穩(wěn)定性得到進一步的改善，但這種設置增加了中軸與后輪的中心距，為不降低后平叉、立叉的剛度，就需要對后平叉、立叉進行強化處理。其次，根據(jù)所選擇的蓄電池類型進行最佳的排列組合，使其適合在狹小的空間安裝。蓄電池在車體上的安裝，需要考慮多方面的因素。 對于電動自行車前管傾角和前叉翹度可在普通車的范圍中選用，取前管傾角為70176。 ①前叉傾角隨著對車型騎行操縱的靈敏程度要求越高，傾角值隨之加大。~50176。~80176。~90176。~74176。~72176。~70176。 根據(jù)有關統(tǒng)計資料介紹一組數(shù)據(jù)。前者翹度為0，就是要其操作的靈敏度，在表演過程中可隨意地使前輪旋轉(zhuǎn)360176。 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)不同車型、不同用途做到總體安排。從圖311中可看出，車把轉(zhuǎn)動時，由于有翹度，就使得車把旋轉(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)動力臂。因為翹度加大，水平分力加大，加大了向前行走的力量，這樣就會使騎行人感到輕快省力和舒適。 翹度大小各有不同的特點。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分解為垂直分力G1和水平分力G2。前叉2翹度為X，即前叉立管與前叉嘴不在同一中心線，其垂直距離為X。圖311傾角選擇分析 設:①前叉1和前叉2使用的車架前管傾斜角相同。前叉翹度是指前叉腿中心與前叉嘴的垂直距離。但車把中心線的位置又決定于前叉的翹度。例:根據(jù)所用車輪直徑為660mm，按兩個百分數(shù)計算出下限為50mm，上限為198mm。從圖中可看出，在車把軸線與前車輪軸心對地面垂直線有一個交點，該交點只要在標注的允許范圍內(nèi)就可以滿足要求。 (1)前管傾斜角(車把軸線與地面角度)的選擇方法。 如圖39所示，車把鎖緊在前叉立管中，前叉通過軸承安裝在車架前管中，前叉將隨同車把的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，因此它們同處于一個中心線。因此立管長度在上述計算的基礎上適當減短，以最大可能做到騎行的舒適和騎行的安全。立管長度可以應用公式進行初步計算，即：立管長度=腿長。 立管高度（也稱立管長度）的選擇與不同類型車、人腿的長度和曲柄的長度有關。~176。從上述看立管傾斜角的大小對騎行有很大影響，但立管傾斜角度的加大是有限度的。(2)在立管長度不變的情況下，隨著立管傾斜角的加大，前、后輪距加大。 (5)立管2所產(chǎn)生的垂直分力P1+F1F1。分解的水平分力為P2。 (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。 其受力大小變化如下。具體分析如圖38所示： 圖38立管角度分析 當立管傾斜角由A增加到A1時，即立管1向前傾斜至立管2的位置，如此時保持對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，就使得兩個不同位置所產(chǎn)生的合力方向發(fā)生變化，即合力F與P。整車設計應該重點考慮：立管傾斜角與立管高度；前管傾斜角；前叉翹度。因此，不論電動自行車還是自行車，對車體性能設計的要求是一致的。自行車要求騎行輕快，盡可能減少騎行者的體能消耗。 車架結(jié)構(gòu)形式選擇剛性車架，結(jié)構(gòu)類型為U形，車架結(jié)構(gòu)如圖31所示 圖31 U形剛性車架車架與其他零部件相配合部位的配合尺寸都有嚴格的規(guī)定如圖32所示，A、B、C、D四個部位尺寸都必須符合標準要求。其主要包括車架、前叉、車把三個部分。因此，機械設計時必須首先確定操縱著的工作姿勢和體位，然后按照使人體保持最適宜的勞動姿勢要求，合理設計機器系統(tǒng)及其有關部件。它關系到人與機器的安全、人的健康和舒適、操縱質(zhì)量及作業(yè)效率等一系列問題，是機器設計所必需考慮的重要因素。（3） 人體的生物力學特性 設計適合于操作者使用的操縱機構(gòu)，確定合理的操縱力、操縱速率、操縱位移、操縱節(jié)拍和操縱準確度等，都必須以人的生物力學特性為依據(jù)，方能實現(xiàn)人機關系的優(yōu)化匹配。（2） 人體尺寸 人體尺寸的靜態(tài)和動態(tài)測量數(shù)據(jù)，是合理設計操作者的作業(yè)空間、操作姿勢、操縱機構(gòu)及操作座椅的基礎。人體對作業(yè)符合的耐受性是機器設計中必須考慮的因素?！爱a(chǎn)品語言學”的研究目前正方興未艾，將是人機工程學今后發(fā)展的重要方向之一。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，還會引起事故?？平獭⒐I(yè)、醫(yī)療機械、類似情況更是比比皆是。其實從古代到近代機械科技的年代，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知問題。 人機工程學強調(diào)產(chǎn)品的“宜人性”，強調(diào)適合人的解剖、心理、生理條件，歸根結(jié)底，可以回歸為兩個極樸素的要求；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。美國學者進行了慕名的鐵鍬鏟沒作業(yè)的實驗研究，從人機工程學的角度找出了鐵鍬的最優(yōu)設計及鏟運松散顆粒材料是每一鏟最適宜的重量。德國學者進行了著名的肌肉疲勞試驗，他通過測量流經(jīng)人體的微電流的變化對人體的勞動疲勞進行研究，該項研究可以說是科學人機工程學的開端。生產(chǎn)技術發(fā)生了根本變化，從手工進入了機械時代，這一時期，法國在紡織業(yè)機械上使用了穿孔卡片進行程序控制和英國設計蒸汽機的調(diào)速器為代表，開始實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié)。大約兩千四百多年以前的戰(zhàn)國時期，我國就出現(xiàn)了第一部科技匯編名著《考工記》，它的歷史與科學價值遠文中外。 自人類社會開始，就有了原始的人機關系——人與器物的關系。② 從保證人的安全、健康和舒適和高工作效率出發(fā)，提出環(huán)境控制和安全保護裝置的設計要求。 人機環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究內(nèi)容包括；系統(tǒng)總體性能的分析、評價：數(shù)學模型的建立：仿真技術的應用；優(yōu)化設計方法等。5人機環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究 研究人機環(huán)境系統(tǒng)的基本目的是為了獲得系統(tǒng)的最優(yōu)效果，即整個系統(tǒng)具有高的功效、高的安全性，對人有高的舒適度及很好的生命保障功能。（4） 人機系統(tǒng)的可靠性 研究人機系統(tǒng)的可靠性設計和評價方法。（2） 人機界面優(yōu)化匹配、人機界面優(yōu)化設計等方法。（5） 美學環(huán)境 如造型、色彩、背景、音樂等。 （3） 化學環(huán)境 包括有毒物質(zhì)、化學性有害氣體及水質(zhì)污染等。 環(huán)境特性的研究內(nèi)容可歸納為以下五點：（1） 作業(yè)空間 如場地、廠房、機器布局、作業(yè)線布置、道路及交通、緊急脫險方法等。這兩種形式在某些情況下可隨客觀條件的變化而相互轉(zhuǎn)化。3環(huán)境特性研究 環(huán)境是十分廣泛的概念，包括生產(chǎn)環(huán)境、生活環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境、室外環(huán)境、自然環(huán)境、人造環(huán)境等。 動力仿真技術 包括受控對象的動力學建模、數(shù)學仿真技術、物理仿真技術等。 操縱控制技術 包括操縱裝置、控制裝置、控制系統(tǒng)、鍵盤技術等。 機的特性的研究內(nèi)容可概括為以下五個方面。 2機的特性的研究 機的因素有很多，在此主要對機械、電氣系統(tǒng)進行歸納，在一定程度上也有普遍代表性。 (8)人的動作時間研究 研究人的操作動作，尋求改善作業(yè)的途徑，進行人的操縱動作的合理設計。對人的可靠性的研究是人機工程學特有研究方向之一。研究人的信息傳遞能力的基礎學科是工程心理學。研究勞動中人的心理過程的基礎學科是勞動心理學。研究人的勞動生理功能的基礎學科是勞動生理學。 (2)人體的力學性能 人體力學性能包括人在各種狀況下，其質(zhì)量特性、質(zhì)心位置、肢體運動速度、人的體力和耐力等參數(shù)的變化規(guī)律。 (1)人體尺寸及人體測量技術 人體尺寸包括靜態(tài)尺寸和動態(tài)尺寸。對人的特性的研究，是人機工程學的基礎。 （2）應用和工程 設計宜人化的用品、工具、機器、環(huán)境程序、工作任務等。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 人環(huán)境 人機環(huán)境 機 機環(huán)境 環(huán)境 圖21人機環(huán)境系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖 根據(jù)系統(tǒng)學的第一定律，系統(tǒng)的整體屬性不等于部分屬性之和，其具體情況取決于系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)協(xié)同作用的程度，因此，對人機工程學而言，即需要對人機環(huán)境每個部分的屬性進行深入的研究，又需要對人機環(huán)境系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其屬性進行研究，以達到整體優(yōu)化的目的。人機系統(tǒng)的構(gòu)成，可以分為人、機、環(huán)境三個子系統(tǒng)。屬于有關技術工程學科有著密切的關系外，還有人體解剖學、人體測量學、勞動衛(wèi)生學、生理學、心理學、安全工程學、行為科學、環(huán)境科學、技術審美等有設密切的聯(lián)系。人機工程學要研究人機環(huán)境系統(tǒng)各部分的總體屬性，以及人機環(huán)境的相互關系的規(guī)律。研究人的可靠性市為了在人機系統(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。調(diào)整這種人機相互匹配關系最根本的制約條件就是人的可能性與人的可靠性。隨著科學技術的發(fā)展，人機系統(tǒng)越來越強大，自動化程度也越來越高，控制系統(tǒng)越來越智能化，人與機器的的關系由人直接與機器共同參與生產(chǎn)工程轉(zhuǎn)變?yōu)槿诉h離生產(chǎn)過程，由人直接控制機器，變?yōu)槿伺c機器對話，人機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。 人機系統(tǒng)中的機宜人和人適機是相對的，首先是機宜