文档介绍：课程论文
人机工程学
行车骑姿分析与改进设计
1概述 3
2与自行车骑姿相关的因素分析 3
车把与鞍座之间的相对位置 3
鞍座与脚踏之间的相对位置 4
鞍座 4
中轴 5
现行骑姿人机特性分析 5
蹬踏运动 5
休改变脊柱的自然弯曲为后凸，时间一长容易引起背部酸疼。手臂除了控制行进方向外，还要承受部分体重，静态受力加速了手臂及肩关节的疲劳。落在鞍座上的体重由会阴和臀部共同承担，为了防止骑乘者从鞍座上滑下，鞍座通常向后仰一定角度，这导致会阴与鞍座之间的摩擦加剧，危害骑乘者的健康。
由人机工程学可知，人在垂直平面颜色辨别界限在标准视线以上30°和标准视线以下 40°，站立时人的自然视线低于标准视线10°，坐着时低于标准视线15°。所以在这种骑姿下骑乘者脖子需后仰20°〜30°以看清道路。
自行车骑姿的改进设计
由人机工程学知，在肢体活动的最大角度围存在一个舒适的调节围，是指人体处于某种姿势时对应的关节处于舒适的调节围。舒适调节围对人机界面的工效设计影响甚大。在自行车骑姿设计时应以人体尺寸为基础，以蹬踏的用力阶段关节处于舒适的活动围为
出发点，来确定影响骑姿的三个部件之间的相对位置，以提高骑行的舒适性。具体的设计参数为图4中的M、N、H、T。
图4 自行车设计参数
鞍座
座面稍向后倾，可防止骑乘者从鞍座上滑下，同时使得人体与腰靠的接触面积增大，骑乘者的上体体重由鞍座和腰靠来承担，减小对手臂的压力，体重由鞍座和腰靠来承担，减小对手臂的压力，让骑乘者感觉更安稳。工作椅座面倾角一般小于3°，实际计算时可取2°。靠背与座面的夹角小于
90°会让骑乘者腹部受压，太大会让人处于松弛状态，容易酿成交通事故，综合考虑可取靠背与座面的夹角为98°。这个角度既可以使上体略向后倾，人体重量由鞍座和靠背共同来支撑，同时可保持脊柱的正常自然形态和良好的视野。
中轴与鞍座之间的相对位置
中轴与鞍座之间的相对位置由图4中的H和T来确定。其中A为坐骨结节与鞍座的接触点，B为把手抓握的中心点。根据大腿、小腿的尺寸以及让各关节在蹬踏的工作阶段处于舒适角度围可以计算出中轴与鞍座之间的相对位置。
把手与鞍座之间的相对位置由图4中的乂和N来确定。根据上肢的尺寸和舒适的手
臂姿势可以计算出把手与鞍座之间的相对位置围。

假定座面的后倾角为2°，靠背与座面的夹角为98°。如图5所示，首先假设手、脚和躯干都是刚性结构。O1为中轴轴心，O1 A为曲柄的轴线。L0为曲柄长度，L1为大腿长度，L2为为胫骨点高加修正量再加上脚蹬厚度的一半。01为躯干轴线与大腿轴线间的夹角，02为大腿轴线与小腿轴线间的夹角，03为大腿轴线O1 O2之间的夹角，0为O1 O2与垂直线之间的夹角，躯干轴线与水平线之间的夹角为0 = 180。-2。-98。= 80。。在骑自行车 4
的时候，骑乘者的上体几乎处于静止状态，大腿在一定的角度围摆动，脚绕中轴轴心做
圆周运动，并带动小腿运动。由此，下肢可简化成由OO2. O1 A. AB. BO2组成的四杆机
在从上死点到下死点的过程中，当脚处于上死点时，如图6 所示，0 1取得最小值，
02取得最小值；当曲柄与O1O2共线时，0取得最大值；当脚处于下死点时，0 1取得最大
值。与自行车骑乘相关的人体关节舒适角度为：肩关节35。： 90。、肘关节95。： 180。、膝
关节 60。： 130。。
如图6死点时，膝关节取得最小值，即02min=60。，可求得L最小值。
L2 = L2 + （L + L ）2 — 2L （L + L ）cos0 （1）
min 1 0 2 1 0 2 2min
如图7曲柄与O1O2共线时，膝关节取得最大值即02max=130。，可求得1最大值。
（L + L0）2 = L + 与—2 L1 L2 cos 0 2 （2）
在图6的AO1 BO2中，当1取L i时，03取得最大值03 ；当L取L 时，03取得最小值0 3min。
（3）
0 L + L — (L + L )2 cos 3 — 2LL0J
1
当踏板处于上死点时，大腿与上体之间的夹角为最小值，取为95°可避免压迫腹部，由上式求得的03的最大值和最小值带入下式可求得0min和0max。
0 —270。—0 —0 —0 （4）
1min 3
进而确定T和H
T = sin 0 x L （5）
H = cos0xL—65（65 为大腿厚度一半）（6）
按GB 3565-93《自行车安全要求》，处于最高位置时的把套上端面和处于最低位置
是的鞍座面之间的垂直距离不应超过400mm，即N < 400mm。自行车车架的上