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原文传递基于人机工程学的自行车设计研究

论文题名：	基于人机工程学的自行车设计研究
关键词：	人机工程学;自行车设计;人体特性;骑行舒适性;造型设计;骑姿设计
摘要：	随着人们环保意识和健身意识的增强，以及自行车本身的诸多优点，自行车越来越受到人们的青睐。然而当人们骑行不适合自己身体结构的自行车，随着时间的持续就会产生疲劳和不适，严重的还会影响到人们的身体健康。基于人机工程学的自行车设计研究是自行车设计研究领域的一个重要课题和研究热点。自行车与人体有多个部位紧密接触，在设计时应统筹考虑自行车的结构和骑自行车的人的生理和心理特点，才能做到人与自行车的协调统一。在自行车设计中考虑人的因素，对其进行人机工程学设计是自行车发展的必由之路。正是基于此，本文首先分析自行车的结构和人体特性，并找出他们之间的联系点，然后应用人机工程学的相关理论进行自行车设计。针对自行车人机工程学设计，本文主要开展了以下几方面的研究工作： (1)影响自行车骑行舒适性的因素分析结合人机工程学的相关理论，将影响自行车骑乘舒适性的要素归纳为蹬踏力、骑姿以及与人体紧密接触的部件三个方面，并分析了这三个因素对骑行舒适性的影响。分析了蹬踏运动的用力特性和自行车骑姿的决定因素，以赛车、轻便自行车、躺式自行车为典型例子来分析现有的自行车骑姿，找出其中存在的人机工程学方面的问题。分析了与自行车密切接触的各人体部位的特性，阐述了鞍座、车把及把套影响骑行舒适性的参数，并提出了鞍座、车把及把套的设计参考。 (2)基于人机工程学的骑姿设计依据人机工程学和生物力学的相关知识，以2号人体模板的人体数据为依据，以城市里代步用的女式自行车为例，采用绘图法进行骑姿设计，得到舒适的部件取值范围，并给出了骑姿设计的流程。新设计的骑姿让骑乘者在骑行的用力阶段各关节处于舒适的角度范围内，且腿处于有利的用力位置，有利于防止疲劳的产生。同时，新设计的骑姿在身体各部分之间进行合理的功能分配，脚踩踏板驱动自行车前行，臀部和腰部支撑上体的重量，手操纵车把控制前行方向。 (3) 自行车车架及部件造型设计讨论了自行车车架设计的主要结构参数，并给出了自行车车架设计的具体流程。依据人体参数和鞍座、车把、把套的设计参考，完成了自行车的造型设计，在Solidworks里建立了自行车的三维模型。 (4)设计方案评估在现在常用的连接分析法和失效树分析法的基础上，建立了自行车舒适性分析法。围绕着自行车骑行舒适性，做层层深入分析，得出自行车骑行舒适性由人体腰部、腿部、臀部、手臂四部分的舒适性构成。其中，腰部的舒适性与腰靠关系紧密，腿部的舒适性与车架、脚踏及曲柄关系紧密，臀部的舒适性与鞍座及车架关系紧密，手臂的舒适性与车架、车把及把套关系紧密。由此，在人体部位与自行车部件之间建立了连接关系。并用此方法对设计方案进行评估，将设计方案与现有自行车进行对比，验证了本文的设计方案在人体各部位之间功能分配的合理性，能提供更好的舒适性和安全性。高车把的使用让骑乘者挺直上身获得良好的视野，更有利于安全舒适地骑行。
作者：	旷红梅
专业：	机械设计及理论
导师：	杨随先
授予学位：	硕士
授予学位单位：	四川大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文