1,第七章 专题设计讨论,第三节 自行车人机分析,第一节 手持式工具设计,第二节 桌椅设计,第四节 学生公寓人机尺寸设计,第五节 数控机床人机评价,第六节 石油钻机司钻控制人机设计,主要内容,Contents,2,第一节 手工具及其使用方式,3,第一节 手持式工具设计,一、人手解剖学,手掌面屈肌、掌背伸肌。 腕关节有肌肉、动脉、神经。 若有较大的偏屈、偏转，产生手腕疾病。,4,手部关节活动范围可分为腕关节活动和指关节活动两种类型。 腕关节活动有：掌侧屈、背侧屈，桡侧偏、尺侧偏。,第一节 手持式工具设计,一、人手解剖学,5,二、手工具的一般人机学要求,手工具的大小、形状、表面状况应与人手的尺寸和解剖条件适应。 使用时能保持手腕顺直；避免掌心受压过大；尽量由手部的大小鱼际肌、虎口等部位分担压力。 避免手指反复的弯曲扳动操作；避免或减少肌肉的“静态施力”。 使用手工具时的姿势、体位应自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。,工具使用中不能让同一束肌肉既进行精确控制，又出很大的力量；即负担准确控制的肌肉，和负担出力较大的肌肉应该互相分开。 注意照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。,第一节 手持式工具设计,6,三、常见手握姿势设计,第一节 手持式工具设计,7,保持手碗处于顺直状态,几种手工具分析,8,保持手碗处于顺直状态,几种手工具分析,9,抓握空间的大小与人手尺寸和解剖学相适应,女性：6080mm 男性：7090mm,几种手工具分析,10,手工作顺直状态,双手均有偏侧,几种手工具分析,11,手掌大小鱼际肌受压大，减小或避免掌心受压。,几种手工具分析,12,需要着力抓握时，直径较大，常取3040mm；精细操作时，直径较小，常取816mm。 若需要控制方向的把手，一般采取椭圆型截面，椭圆长轴与作用力方向一致。,一般手工具把手采用圆截面。,几种手工具分析,13,虎口可承受较大的力。,几种手工具分析,14,避免手指重复动作,几种手工具分析,15,使负担准确控制的肌肉和用力较大的肌肉互相分离,照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。,几种手工具分析,16,把手设计参数：,直径：着力抓握3040 ；精密抓握816 长度：100125； 形状：圆形、三角形、矩形、丁字形、斜丁字形等； 弯角：10度左右； 双把手工具与用手习惯和性别差异；,几种手工具分析,17,几种手工具分析,18,几种手工具分析,19,几种手工具分析,20,学习本节后应该思考的问题？,1.手工具设计应该考虑那些人体因素？ 2.家具设计的基本人机要求是什么？ 3.维修性设计有那些要求？ 4.评价安全插座。,21,学习本节后应该思考的问题？,5.评价下列操纵器。,外科手术镊子,铲刀把手,22,23,第二节 桌椅设计,1.座椅设计概述,24,坐姿生理学知识,坐姿的特点,坐姿解除上身重量对两腿、足踝、膝、髋等关节的压力，减轻了全身及腿部肌肉的负荷，可降低体能量消耗。 腿部血管内静压降低，血液易于向心脏回流循环，能缓解疲劳。 有利于身体和情绪的安定，对脑力劳动、对非脑力型的精细操作、视觉作业更适宜。 使腿脚能参与操作，还能利用靠背发挥腿脚的蹬力。 不利方面：操作范围、动作幅度小；双臂操作力小于立姿；增加了人体对于环境振动的敏感性等。,25,座椅发展史,椅子的名称始见于唐代，而椅子的形象则要上溯到汉魏时传入北方的胡床。,26,座椅发展史,27,座椅发展史,28,座椅发展史,29,座椅发展史,1948年瑞典医生阿克布罗姆站与坐的姿势,30,座椅发展史,芬兰座椅测试仪,31,座椅发展史,1968年IEA就座椅为主题在瑞士召开第一届学术研讨会。 日本在七十年代多次修改座椅得工业标准，将办公桌高度由740mm改为700mm和670mm。 中国将办公桌高度由800mm改为700760mm。,32,人体脊柱,骨骼结构,人体206块骨骼 中轴骨+四肢骨,中轴骨 包括： 29颅骨 26椎骨 24肋骨 1胸骨,7节椎骨,12节胸椎,5节腰椎,5块骶骨 4块尾骨,骨盆,复习 坐姿生理解剖基础,支撑头颅和全身骨结构为脊柱,33,骨盆上接脊柱，下连下肢。,坐骨,34,站姿脊柱形态,35,坐姿脊柱形态,36,椎间盘受力分析,从坐姿生物力学角度，应保证肢体免受异常力作用。,腰曲弧线,从坐姿生理学角度，应保证腰弧曲线正常。,坐姿脊柱形态,37,2.坐姿下的体压,（1）椅面上臀部与大腿的体压,1）椅面软硬与椅面体压;,2）椅面高度接近或小于坐姿中“小脚+足高3.8”有利于分布体压；,38,2.坐姿下的体压,3）椅面倾角与坐姿对椅面体压有影响。 前倾工作、阅读、打字 “小腿支撑地面” 后倾看演出、休息 “靠背减缓背肌紧张程度”,39,（2）腘窝的压力,腘窝受压，应该避免,2.坐姿下的体压,40,3.座椅的功能尺寸,工作座椅 简称工作椅,休息用椅 简称休息椅,办公室用椅 会议室用椅,41,（1）座面(前缘)的高度,工作座椅座高的设计要点是：,大腿基本水平，小腿垂直地获得地面支撑；,腘窝不受压；,臀部边缘及腘窝后部的大腿在椅面获得“弹性支承”。,42,符合上述要求的工作椅座高为： “小腿加足高” （1015mm） 中国P5女、P95男通用工作椅座高： 350460mm 宁低勿高！,43,（2）座面倾角,1）工作座椅座面倾角,不舒适,44,工作椅用于读、写、打字、精细操作等身躯前倾工作， 此时，为负值。 一般工作椅： ， 推荐： ； 若取正值，将使胭窝附近体压加大和腹部受挤压。,说明：（椅缘翘起）前倾- 后倾+,（2）座面倾角,45,2）休息椅座面倾角：,（2）座面倾角,休息、稳定、放松取正值。,46,工作椅,（3）靠背的形式及倾角,工作椅的靠背主要是腰靠，在第三、四腰椎为中心的位置上，提供尺寸、形状、软硬适当的顶靠物。 中等身材男子第四腰椎在 肘下约40mm处，一般在人 系腰带高度。,47,休息椅,休息椅的靠背是后仰的，靠背功能的要点转向支承躯干的体重、放松背肌，宜在第八胸椎骨的位置提供倚靠。 安乐椅、躺椅等长时间休息的用椅，为缓解颈椎的负担，最好能提供头枕。,（3）靠背的形式及倾角,48,办公椅,（3）靠背的形式及倾角,办公椅介于工作椅和休息椅之间，可采用以支承躯干体重为主的靠背。 要求：靠背+腰靠,49,（3）靠背的形式及倾角,50,座面面积不能太小，臀部边缘及大腿在椅面获得 “弹性支承”，能使上身稳定，减少背肌负担。 在腘窝不受压的条件下，腰背部能获得腰靠的支托。 符合上述要求的工作椅座深为： “略小于坐姿人体尺寸3.9坐深”。 工作椅座深的设计要点： 宁浅勿深,（4）座深,51,工作椅座深为：“略小于坐姿人体尺寸3.9坐深”。 P5女子坐深=401 P95男子坐深=494 工作椅一般取360390， 推荐380,（4）座深,52,扶手椅座宽不够或过宽，坐着不舒服。,（5）座宽,排椅座宽P95男子坐姿两肘宽+穿衣修正，500mm。,通用坐椅座宽以P95女子坐姿臀宽4.6为设计依据， 370420，推荐400mm；,53,座面形状,椅面(在冠状面内)设计成较大的弧凹形，会使股骨两侧往上推移，髋部肌肉受压，造成不适。,股骨受力分析,接近平面形椅面最好。,54,用手臂支撑起座、调节体位，尤其对躺椅、安乐椅；,（6）扶手,支承手臂重量，减轻肩部负担；,对座位相邻者形成身体和心理上的隔离。,扶手过高，会使肩部被耸起； 扶手过低，起不到支承大小臂的作用，均会使肩部肌肉受力紧张，应避免。,55,扶手高度略低于“坐姿肘高”有利于减缓背肌紧张程度。,（6）扶手,56,（6）扶手,扶手高度略小男、女P50坐姿肘高平均值，GB: 230mm+/-20mm,57,不同座椅功能尺寸,58,椅垫,4.坐垫与靠垫,59,平衡调节理论,人在坐椅坐的时间长了，需要活动身体，使各部分体压状况变动、调节，使骨骼肌肉状态转换、变更，以符合人体自然要求。,60,工作座椅一般人类工效学要求,GBT 147741993工作座椅一般人类工效学要求:,工作座椅的设计要点,结构形式使操作者身体舒适、稳定，能准确进行操作。 座高和腰靠高方便于调节，并能进行可靠的紧固。 座高：女子5百分位数到男子95百分位数座高：360480mm，无级或20mm一挡的有级调节； 腰靠高： 165210mm，无级调节。 外露部分没有易伤人的尖角、锐边、突头。 结构材料无毒、阻燃、耐用；座垫、腰靠、扶手的覆 盖层材料柔软、防滑、透气、吸汗、不导电 。,61,座椅的结构形式,工作椅设计主要依据,主要参数,坐面倾角：34 腰靠倾角：110度,62,不同用处下人体坐姿,63,5.办公桌的功能尺寸,桌高的确定方法：,一、桌面高度(桌椅配合),座高加上合理的桌面椅面高度差，即 桌高座高+桌椅高度差 测试研究表明： 书写桌椅高度差=坐高/3-（20-30）mm 办公桌椅高度差=坐高/3,64,5.办公桌的功能尺寸,一、桌面高度(桌椅配合),书写桌椅高度差=坐高/3-（20-30）mm 办公桌椅高度差=坐高/3 P50男子：座高=422，坐高=908 P50女子：座高=386，坐高=852 办公桌高度：670725 GB：700-760mm 四个规格：700、720、740、760,65,桌椅高度差的尺寸组成为：a=b+x+c+d+e+f 式中 a桌椅高度差 b桌子面板的厚度 x中屉的深度 c中屉底板的厚度 d坐姿人体尺寸“P90男子3.6坐姿大腿厚” e穿衣修正量 f中屉下面大腿的(小幅度)活动空间 新式办公桌中屉深度：80mm,5.办公桌的功能尺寸,二、中屉深度,66,座椅设计功能尺寸,小 结,67,1.人体脊柱形态有哪些特征？ 2.关系到人体坐姿舒适性部位有哪些？ 3.座椅有哪些功能尺寸？各有什么要求？ 4.说明中国通用座椅座高350460mm确定原因。 5.设计、评价一套你认为最合理的上课课桌、桌椅。（效果图、简单结构工程图和报告书） 6.何种工作选择坐姿？,学习本节后应该思考的问题,68,第三节 自行车人机分析,自 学,作业姿势,人机尺寸,人机评价,69,生活空间与人体尺寸相适应。,分析方法：,1.通过实际演练测量获得初步数据； 2.观察实际姿势，并绘制姿势图； 3.对比GB照分析，计算几何尺寸。,第四节 学生公寓人机尺寸设计（重点）,70,第四节 学生公寓人机尺寸设计（重点）,71,第四节 学生公寓人机尺寸设计（重点）,72,第四节 学生公寓人机尺寸设计（重点）,73,公寓,坐高A：男P95坐高+X衣 头顶余量B（测试50100） 每层净高C：A+B 上铺高：A+B+D（铺厚80120） 下铺床高 E： （男、女P50小腿加足高）/2+ X鞋-X衣 上层床高F：A+B+E+D 公寓层高G：F+C,生活空间与人体尺寸相适应。,74,阶梯座位,要求：后排人能观看黑板 前排人座高A： （男P50座高+女P50座高）/2-X衣+X鞋 前排人坐高B：男P50坐高+X衣 后排人坐姿眼高C：女P50坐姿眼高+X衣 阶梯高度D：A+B-(A+C) 通行避让距离F：男P95胸厚+2X衣 臀膝距G：男子P95臀膝距+2X衣,生活空间与人体尺寸相适应。,75,公厕,蹲姿前后A：男子P95臀膝距+手长+X衣 隔间进深B： A+前后心理余量（350450） 蹲姿左右C： 男P95肩宽+2X衣+两肘张开160 挂物参考E：300350 参考D：100 隔间宽F：C+D+E,生活空间与人体尺寸相适应。,76,喷头MAX A： 67岁小孩功能上举高1342 （小孩上举功能高*7/6） 喷头MIN B：男P50双臂功能上