自行车人机关系分析报告及改进放
方案
学院：机械与汽车工程学院
专业班级：过程装备与控制工程11-2班
目录
1 引言 (3)
2 自行车人机关系分析 (4)
2.1 人与支撑部件的关系 (4)
2.2 人与动力接受部件的关系 (4)
2.3 人与传动部件的关系 (4)
2.4 人与工作部件的关系 (4)
3.自行车人机关系改进放方案 (5)
3.1对于曲柄长度的选择 (5)
3.2坐垫的高度 (5)
3.3坐垫的角度 (6)
4.总结与展望 (6)
参考文献 (7)
自行车人机关系分析报告及改进放方案
（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥）
摘要：自行车的人机关系分析是将自行车、人和环境三者作为一个系统整体来考虑。
首先分析人与自行车各个部件的关系,如自行车的支撑部件、动
力部件、传动部件等;其次,分析人体影响自行车的因素,包括人的体能、
肌力和平衡等。
关键词：自行车；人机关系
Abstract:T he man-machine interaction analysis of bicycles is the bicycle, the people and the environment as a system to consider. Firstly，we shuold
analysis of the relationship between human and bicycle parts, such as
support part and dynamic parts, transmission parts, etc.; Secondly, we
shuold analysis of human factors, which affect the bike, including the
person's physical fitness, muscle strength and balance, etc. Keywords:bicycle ；man-machine interaction
1 引言
人机关系是研究人的特性及工作条件与机器相匹配的科学。
它把人和机器视为一个有机结合的系统，指出机器应该具有什么样的条件才能使人付出适宜的代价后可获得整个系统的最佳效益。
人机工程学不仅涉及到工程技术理论，还涉及到人体解剖学、生理学、心理学以及劳动卫生学等。
认真研究这门科学，可以创造出最佳设计和最适宜的条件，使人机实现高度协调统一，形成高效、经济、安全的有机系统。
人机匹配是指人的特性与机器特性的适当配合。
在人机系统中，人是系统的主体，机器是人创造出来的，机器当然应该适应人的特点。
如操作空间应与人体外形测量尺寸相适应；操作机构应与人的形体和最佳用力范围相适应，指示仪表及信号应适合人的视觉、听觉和触觉的常规要求等。
2 自行车人机关系分析
2.1 人与支撑部件的关系
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密切的联系。
人坐的位置怎样更合适，车架多高使人脚蹬起来用力才方便，如何保证人的上身有正确姿势，手握车把的距离多长才合适等，都是决定于人体特性的设计参数。
2.2 人与动力接受部件的关系
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。
2.3 人与传动部件的关系
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。
2.4 人与工作部件的关系
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。
在人与自行车构成的系统中，人应该为主要的因素，因为人要完成控制和驱
动的作用，所以在自行车设计中应该充分考虑到人自身的特点，这不仅仅包括人的结构尺寸，更要包括人的一些生理特点：
1)人的蹬力：人的蹬力与姿势以及用力方向，足的位置有关，因此，若坐姿有靠背支撑可产生最大的蹬力。
2)人的动作的用力特点：人体大肌肉关节的突然弯曲或者伸直，可以产生很大的爆发力，并伴有运动的肢体的冲力，可以获得较大的力量。
3)人体动作的灵活性的特点：人体肢体在水平面上的动作比垂直面的动作速度快，肢体从上往下较从下往上速度快。
3.自行车人机关系改进放方案
3.1对于曲柄长度的选择
曲柄的长度决定使用者所踩的圆周直径。
直径变大的话，大腿和膝盖的肌肉必须加大伸缩才能使曲柄转动。
在曲柄转动过程中，大腿肌肉的受力也是不同的。
那么，为了省力和舒适性，就应该选择合适的曲柄长度，使膝盖在整个圆周运动中都处于弯曲状态，同时膝盖的屈伸幅度一般保持在20° 左右，曲柄过长会导致大腿和膝盖肌肉的无用功。
对于曲柄的最佳长度，目前没有非常权威的标准。
不过一般选择股骨的顶端到脚底距离的 18.5% 作为所需长度。
考虑到男女区别，这里进行分类（设股骨高为 G）： h1 男=G 男*18.5%，中国男性平均股骨高为 935mm,则 h1 男=935*18.5%=173（mm） h1 女=G 女*18.5%，中国女性平均股骨高为 875mm,则 h1 女=875*18.5%=162（mm）在对比上面所列数据，可以看出二六自行车的曲柄可以满足大部分男性的需求，但没有考虑到女性而增加更短的曲柄。
3.3坐垫的高度
曲柄长度确定后，接下来可以确定坐垫的高度。
对于大多数人来说，坐上坐垫，一只脚自然下垂同时臀部坐正，如果另一只脚在伸直时刚好够着踏板（踏板距离大腿最远时），这个高度则是比较合适的高度。
由于坐垫高度可以调节，所以此高度的选择需要用户自己注意，生产商可以在使用说明上给与正确选择坐垫高度的说明。
3.3坐垫的角度
坐垫的角度对于使用者至关重要，很多自行车的坐垫都是前倾的，而且其中又有很多坐垫与人体尺寸不相符合，从而使长时间骑车导致腰部疼痛。
（1）、坐垫宽度，坐垫前端宽度不应太宽，为减少与人体的摩擦，一般选择 6~8cm，坐垫后端宽则应相对宽一些。
考虑到男女坐骨节点距不同，男性应选择 25cm 左右、女性应选择 28cm 左右。
（2）、坐垫长度。
考虑到人处于坐姿时坐骨节点离臀部后缘约 11cm，坐骨节点中心到会阴点距离约为 7cm，加上余量 6cm，则坐垫长度≈11+7+6=24cm。
（3）、坐垫倾角。
人身体适当前倾可以减小迎风角，利于发力和加速，前倾角一般选择15°为佳。
可以使身体舒适的前提下保持一定的专注。
4、车吧的位置、车把的位置往往取决于使用自行车的方式。
车把位置考前，则可以在站立骑行和加速时获得更高的效率和稳定性；车把位置靠后，则可以更好的制动，同时也可以使使用者获得更好的视野。
所以位置的确定要依使用者而定。
对于普通用户，保证舒适是第一前提。
一般而已当对肘部垂直时会感到舒适，所以可以调节车把位置到双手握上时对肘部处于垂直为佳。
（L1 表示行驶时车把到肩部的距离）则 L1=（L 上臂 2+L 前臂+手 2）0.5 有由上面公式，再根据人体尺寸（50%），最后算出 L1 男=603.6mm L1 女=549.0mm。
4.总结与展望
用人机工程学对现有的自行车进行分析，可以发现现有的自行车还存在着不少缺陷，这些都是的人们在骑自行车的时候容易产生疲劳，并且使人在骑自行车的时候工作效率低下。
把人机工程学运用于自行车设计中，将有利于对自行车的性能的提高。
人机工程学的设计是把人的因素作为系统设计的重要条件和原则，其目的是使设计出的产品操作更加方便，省力，安全，可靠，高效，舒适，将人机工程学应用于自行车的设计中，把人作为主要因素，用系统的观点对自行车进行设计，对自行车的整体以及有关部件进行改进和重新设计，再设计中应该考虑到人的生理特点，人的用力特点，减少疲劳的产生等因素，提高自行车的省力，安全，舒适，高效等的综合性能。
近年来，人们对于自行车的研究主要在材料，减震，折叠，外观等方面，并
也取得了很大的成绩。
但是对于自行车整体结构尺寸的分析，我们会发现其变化并不大。
将人机工程学应用于自行车设计中，将会使自行车的结构发生改变，并会使自行车的性能有了更大的改善，人机工程学在自行车行业的应用麻将会推动自行车的发展，也许还能带来自行车设计的一个新时代吧！
参考文献
[1]朱序璋.人机工程学[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.11
[2]张新兰，城市步行和自行车交通规则协同策略城市交通；2010年05期
[3]GB 3565-1993. 自行车安全要求。