自行车的创新设计

1、目 录前言1、 从人因工程学的角度出发，对自行车车座设计进行改进分析。 2、从人因工程学的角度出发，对自行车靠背设计进行改进分析。3、从人因工程学的角度出发，对自行车车把设计进行改进分析。 真正具有现代形式的自行车诞生于1874年。如今自行车在很多国家只是作为运动健身的工具，但是从上世纪20年代自行车传入我国以来，由于经济、人口状况与地理条件等方面的原因，自行车在一个很长时期内一直作为中国百姓的主要交通工具。当前我国自行车产量、出口量均占世界总量60%以上，国内消费量也居世界第一。自行车的历史已经超过了一百年，但是从人因工程学的角度进行分析，我们可以发现，现在的自行车设计仍然存在缺陷，需要改进

2、。 二、问题及改进 2.1 鞍座设计不合理鞍座太平坦，太窄，太硬 鞍座设计要素分析 尺寸 决定鞍座宽度的因素主要是人体的生理结构，如坐骨结节的距离、骨盆的大小等等。其中起关键作用的是坐骨结节间的距离。这段距离基本上决定了鞍座后部的宽度，它的宽度保证人体坐骨结节在鞍座上时的距离位置：过小容易使结节间软组织受到挤压，过大容易影响鞍座的的平衡。坐骨结节一般912厘米。因为女性的髋骨要宽于男性，在设计时鞍座宽度要比男性的宽一些。 弧度 弧度是指从鞍座后部过渡到鞍座鼻部弧线的弯曲程度。由鞍座的宽度、长度以及骑乘者大腿内侧的脂肪厚度、髋臼窝的深浅和鞍座的用途等决定。 垫料 垫料是自行车鞍座舒适与否的一个重

3、要因素。它决定了鞍座的变形程度。如果垫料过软，坐骨结节就会陷入到鞍座中，导致人体组织的麻木和缺血：如果垫料太硬，将会导致人体组织的疼痛。所以，垫料的柔软程度和大小是设计中一个非常重要的因素。另外，包覆材料的透气性、防水性、防变形性等也是应该考虑的因素。 当人骑在鞍座上时坐骨生殖区（位于坐骨结节和耻骨联合部之间，分布有大量的血管、神经和软组织）靠在平坦的座面上，鞍座会压迫到坐骨神经区的组织和脂肪；坐骨神经区的组织里含有丰富的血管、软组织和大量的神经及神经末梢，在骑行时，上躯体的部分重量压迫到这些血管和神经，造成人体会阴区的疼痛和麻木；而且会阴区深层中含有泌尿组织、血管及生殖动脉和传导神经，这样也

4、会造成生殖区域的麻木和缺血，严重的会导致生殖系统障碍。 根据工作座椅一般人类工效学要求，座椅的坐面有带座垫的柔性坐面和不带座垫的刚性坐面两种形式。座垫应为由弹性材料及蒙面材料组成的柔性座垫，且覆盖物必须具有弹性和透气性。在选择座垫材料时，还应考虑其散热和吸潮的能力，以及防止滑动的能力等。 鞍座的中部嵌入了比两侧更加柔软的垫料；从正视图看，这一区域下陷，很好的减轻了对坐骨生殖区的挤压。开有4个圆孔，有利于散热、散潮；鞍座前部比后部稍低，减轻了对耻骨联合部的压迫；鞍座头部比一般自行车鞍座稍窄，减轻了对大腿内侧的摩擦；前后连接的弧度比一般自行车鞍座要小一些，使鞍座增加了表面受力面积，减轻了对臀部的挤

5、压。 2.2 鞍座太高 公路赛车运动员骑乘的自行车，鞍座的高度和把手一样高，甚至超过把手，运动员骑行时上躯体与地面的倾斜角小于30度。那是为了减小身体对空气的阻力，加快骑行的速度。但是如果日常生活中骑这种自行车，是不符合人体工效学要求的。根据人体坐姿的生物力学分析得知，人体上身越前倾，脊柱的弯曲程度越大，背部肌肉受力越大，当人骑座位太高的自行车时，几乎完全伏在车把上，背部与水平面几乎平行，腰部椎间盘压力分布不当，腰椎变形。将自行车车座向前放低10至15度，脊柱的弯曲程度就会降低，脊柱的形状接近自然状态，腰椎间盘的压力分布较均匀，有效减轻不合理的座位设计给人带来的伤害。鞍座高过把手，上躯体与地面

6、倾斜角小于30度 调整鞍座高度后，上躯体与地面的合理倾斜角应为大约90度。2.3  缺少腰靠   改良过座位高度的自行车，虽然车座的高度已经降低，但是骑车者长时间骑车，却没有腰靠，其背部负荷仍然很大。腰靠的作用是为腰部提供支撑，保持脊柱处于自然形态的轻松姿势。（1）靠背的高度 靠背由肩靠和腰靠两部分构成，腰靠的凸出部分压入腰凹内，以保证腰部得到充分支持，其水平截面为曲率不大的圆弧形，以适合于腰圆。由于成年人腰椎部的中心位置约在座位上方2326cm 处，腰椎支点略高于此尺度，腰靠的高度至少要等于腰椎支点的高度，以支持背部重量，所以腰靠的

7、高度在座面上方2632cm处为宜。为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间留一开口部分，其高度至少为12.5cm。 （2）靠背的宽度 宽度由腰围决定，靠背宽度为腰围的1/3，例如50%的女性腰围为77.2cm，所以靠背宽度可定为26cm为宜。 （3）靠背的角度 设为99°，该倾角的作用与座面倾角的作用相同。 （4）靠背的重量及材料 靠背不易过重，应选用强度较好，质量较轻的材料(如ABS塑料)，并具有适当的弹性，以增加舒适感。 2.4 车把握起来费力   应尽量保持手腕伸直

8、，在骑车时，尽量使车把弯曲而不要使手腕弯曲，避免手腕的偏差（径向偏差和尺骨偏差），同时也应尽量避免大臂过度伸直，因为那样会使整个手臂肌肉始终处于紧张状态。因此，应采用能满足理想的车把高度的车把，即保证肘部成90度角，小臂与手在一条直线上。  所以改进后的车把与鞍座要保证一定的高度落差，以避免骑乘时整个手臂处于伸直状态，使肌肉紧张。并且，车把应设计成平把，因为手握弯把会使手腕弯曲，产生手腕偏差。2.5手柄握起来舒适度较差 现在的自行车手柄上都有防滑花纹或条纹，但手柄材料却参差不齐，大多数自行车手柄由硬塑料或硬橡胶制成，硬度高，弹性差，而且其形状并不符合人手的生理曲线，在振动时也不能起到

9、缓冲减震的作用。建议手柄由更加柔软，弹性好的材料制成，并且设计又符合人后形状的突起，增加握起来的舒适感。虽然拥有百多年历史的自行车设计已经相当成熟，现代自行车的造型也更加时尚。但是除了考虑造型新颖性之外，从人因工程学的角度考虑，自行车的设计仍然有很多值得改进的地方。综合起来有以下几点： 1、 设计合理造型的鞍座，减轻鞍座对会阴区的压迫。增加腰靠，减轻人腰部负荷。 2、 将座位放低，使车座低于车把。保持人脊柱接近自然状态，减轻背部肌肉张力，使腰椎间盘受力均匀。 3、 设计平直式车把的自行车，在满足人坐姿接近自然状态的条件下，肘部成90度，小臂与手成一条直线，避免人手腕部处于尺偏或过度屈伸状态，也避免大臂过度伸直。 4、 改进手柄的设计，使用弹性更好的材料，使其握起来更舒适。 参考文献 1 孙林岩.人因工程(第二版)M.北京：中国科学技术出版社.2005 2 杨勤.人机系统适配设计的预测模型研究M.北京：万国