自行车和人机工程学.docx

自行车设计中人机工程学案例分析
一、人一自行车系统
组成自行车的功能是供人骑行,就发挥自行车的功能作用而言,把人看作自行车的组成部分是完全合理的。因此,人在骑车时组成了人一车系统,该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。

人-车界面关系


支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等,是自行车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上,保证自行车的整体性,实现自行车的功能。从人机关系来看,鞍座、车把和车架等的位置和大小,以及它们间的相互关系,与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。

动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上,下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感,必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫,即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
3 .人与传动部件关系
传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动,从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性,且有易操纵的变速机构。保证较高的传动效率,才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。
4 .人与工作部件关系
工作部件就是车轮,即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的,少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量,有效地转换为同地面接触而向前运动的力;另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时,应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性,才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸,才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。
二、影响自行车性能的人体因素
影响自行车性能的人体因素很多,如图1-2 所示。现主要分析下述几点:

以身高 H 为基本因素,其他身体的能力与 H 成比例,并有与H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、气管等的长度与身高成比例,从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等,都取决于H的大小。肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与
H2成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与 H3成比例。体格对出力性能的影响,从理论上讲,弹跳能力与H成比例,速度能力与 H2成比例,作功能力和 H3成比例。但实际上因每个人身体素质不同,常有20%以上的偏差。

自行车骑行的原动力,主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时,骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的,一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力,一般与肌肉的截面积成比例,约为每平方厘米40--50N ,通过一定训练的人可提高到65N 。
影响自行车性能的人体因素

人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 马力( kw ) ,能持续 10s左右。如果持续时间长,其值要小得多,持续 lh ,大约只有 -(-)。

自行车运动是很有节奏的,其节奏常常与人的心脏节