文：匡焱 （黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黃岡 438002）

基于自行車設(shè)計過程中人機(jī)工程學(xué)的思考

文：匡焱 （黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黃岡 438002）

本文主要從人機(jī)工程學(xué)的角度探討了自行車產(chǎn)品設(shè)計過程中的一些問題并作了些許思考。介紹了自行車產(chǎn)品的設(shè)計原則，提供了自行車設(shè)計需要用到的人體尺寸數(shù)據(jù)參考，講述了人與自行車系統(tǒng)各部件的關(guān)系，希望對讀者有參考借鑒作用。

自行車；人機(jī)工程學(xué)；設(shè)計

1 自行車設(shè)計原則

自行車的設(shè)計要從人機(jī)工程學(xué)、材料力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、機(jī)械原理等各方面進(jìn)行考慮，這些因素都將影響自行車產(chǎn)品的外觀、大小、美感、安全性等。而自行車車架的造型設(shè)計很大程度上決定著自行車的性能好壞，自行車車架的管材長短、大小、位置角度等都影響整車的特性。設(shè)計者除考慮自行車車架的結(jié)構(gòu)造型尺寸外，還應(yīng)該考慮人與自行車的關(guān)系，以及不同人群身體尺寸和自行車各部件之間的關(guān)系。主要技術(shù)參數(shù)有車把軸線與地面的夾角、前輪與后輪中心距、飛輪軸與后輪軸中心距、輪軸中心與地面距離、鞍座與車把距離等。當(dāng)這些技術(shù)參數(shù)都設(shè)計合理，才能確保自行車產(chǎn)品的安全性和操縱穩(wěn)定性。

2 人機(jī)工程學(xué)

人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)是設(shè)計者設(shè)計自行車產(chǎn)品的主要理論依據(jù)，自行車產(chǎn)品設(shè)計時可以直接應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)參考，在有些場合的數(shù)據(jù)運(yùn)用時需要仔細(xì)地分析和判斷。 運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行自行車初始設(shè)計，可以適當(dāng)減少產(chǎn)品開發(fā)實踐的費(fèi)用和周期。

人體尺寸是工業(yè)設(shè)計中確定自行車使用尺寸的重要依據(jù)之一。

表1與表2為 （GB10000-88《中國成年人人體尺寸》） 中國承認(rèn)的男女人體主要尺寸與中國承認(rèn)的男女人體功能尺寸。

表1 中國承認(rèn)的男女人體主要尺寸

表2 中國承認(rèn)的男女人體功能尺寸

如圖1為人的自行車騎乘圖，可以作為折疊自行車設(shè)計過程中的參考依據(jù)。

圖1 人在自行車騎行圖

3 人與自行車的關(guān)系

圖2 人與自行車的關(guān)系

自行車的主要功能是給人騎行，就自行車的主要功能作用來說，把人作為自行車的系統(tǒng)組成部分亦是合理的。因此，人在騎自行車時組成了人與自行車系統(tǒng)，該人與自行車車系統(tǒng)中的人與車之關(guān)系可由圖2來進(jìn)行分析。

3.1 人與支撐部件的關(guān)系

自行車支撐架構(gòu)的的主要部件組成有車架、車把、前輪叉、鞍座等。支撐部件將其它組件固定在各自位置上，以確保自行車系統(tǒng)的整體性，實現(xiàn)自行車系統(tǒng)的功能。從人與自行車的關(guān)系來說，鞍座、車把和車架等的尺寸大小，以及他們間的相互位置關(guān)系，以及騎車人的動作和位置都有標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)性參數(shù)要求。

3.2 人與驅(qū)動部件關(guān)系

自行車的驅(qū)動部件主要是曲柄與腳踏板。動力來源于騎行者的雙腳踩在腳踏板上的力，下肢的運(yùn)動力是由曲柄帶動飛輪轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。設(shè)計為了使騎行者有舒適和省力感，必須在騎行者的體力和身材規(guī)格與自行車各組件的尺寸位置關(guān)系上研究設(shè)計，即人體下肢運(yùn)動與曲柄飛輪旋轉(zhuǎn)之間能量的轉(zhuǎn)換。

3.3 人與工作部件關(guān)系

自行車工作部件包括有前輪、后輪、輪胎等。大部分輪胎都是充氣的，有少數(shù)輪胎是實心的。車輪把騎行者的力量，有效地轉(zhuǎn)換成為輪胎與地面接觸而產(chǎn)生向前運(yùn)動的速度；輪胎將騎行者的剎車握力轉(zhuǎn)換成為與地面所產(chǎn)生的摩擦阻力。設(shè)計自行車各部件尺寸規(guī)格與位置關(guān)系時，應(yīng)該把騎行者、動力、傳動、工作的關(guān)系連貫性予以綜合考量，才能設(shè)計出滿足市場客戶需要的自行車。

總結(jié)：在人與自行車構(gòu)成的系統(tǒng)中，人是系統(tǒng)的主體，機(jī)器是由人制造出來的，人機(jī)匹配是指人的特性與機(jī)器特性的適當(dāng)配合。在人機(jī)系統(tǒng)中，機(jī)器當(dāng)然應(yīng)該適應(yīng)人的特點。因為人要完成控制和驅(qū)動的作用，所以在自行車設(shè)計中應(yīng)該充分考慮到人自身的特點，這不僅僅包括人的結(jié)構(gòu)尺寸，更要包括人的一些生理特點。如操作空間應(yīng)與人體外形測量尺寸相適應(yīng)，操作機(jī)構(gòu)應(yīng)與人的形體和最佳用力范圍相適應(yīng)，各部件應(yīng)適合人的視覺、聽覺和觸覺的常規(guī)要求等。

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Reflection on Ergonomics of Bicycle Design