基于人机工程学的钳子设计
姓名： 顾谊华 班级： 11工设一 学号：20110609130
1.设计背景
钳子，手工工具，钳口有刃，多用来起钉子或夹断钉子和铁丝。是一种夹钳
和剪切工具。钳子一般用碳素结构钢制造，先锻压轧制成钳胚形状，然后经过磨
铣、抛光等金属切削加工，最后进行热处理。钳的手柄依握持形式而设计成直柄、
弯柄和弓柄 3种式样。钳使用时常与电线之类的带电导体接触，故其手柄上一
般都套有以聚氯乙烯等绝缘材料制成的护管，以确保操作者的安全。
它将较小的外力转化成较大的功力，使得钳子能有效地夹持或者剪切。当施
加在钳臂上的外力随着杠杆率而增加时，钳嘴的作用力产生一个夹持移动的外
力。如果要产生一个较大的外力，从钳子铆接位置的中心到手柄的距离必须尽可
能的长，从夹持口或剪切口到铆接中心的距离必须尽可能的短。不过许多钳子不
会很大程度上的增加手力，因为他们只是使在难操纵的地方作业更容易，例如：
电子设备的装配和电子类及精密工程类的应用等。
钳子在欧洲的起源可以追溯到公元前一千多年，人们刚开始铸铁。在铸造过
程中，钳子可以用于夹持炽热的铁块。过去锻造钳子的形状保留至今，几乎没有
什么改变。钳子种类随着手工业、商业和工业化的发展而扩大。据统计，通用钳
类已经发展到100种。特殊应用的钳类也在不断的增加。
由于，钳子的种类与使用人群的增加，各种人机的改良设计也应运而生，因
此，本设计以钳子为课题，对其进行人机方面的改良设计。

2.现有产品的调研
2.1钳子的种类
钳子按性能可分为：夹扭型、剪切型、夹扭剪切型
按形状可分为：尖嘴、扁嘴、圆嘴、弯嘴、斜嘴、针嘴、顶切、钢丝钳、花鳃钳
等。
按用途可分为：DIY、工业级钳用、专用钳等。
以结构形式分：穿鳃和叠鳃两种。
2.2 使用钳子及养护措施
使用钳子是用右手操作。将钳口朝内侧，便于控制钳切部位，用小指伸在两
钳柄中间来抵住钳柄，张开钳头，这样分开钳柄灵活。
切勿把钳子当锤子使。
定期在钳子的抛光面及结合部位滴上一滴保护机油，就能使钳子保持良好的
工作状态，从而延长钳子使用寿命。
2.3 常见钳子的形态及功能分析
钢丝钳
钢丝钳是一种夹钳和剪切工具。钢丝钳由钳头和钳柄组成，钳头包括钳口、
齿口、刀口、和铡口。钳子的各部位的作用是：①齿口可用来紧固或拧松螺母；
②刀口可用来剖切软电线的橡皮或塑料绝缘层，也可用来剪切电线、铁 丝；③
铡口可以用来切断电线、钢丝等较硬的金属线；④钳子的绝缘塑料管耐压500V
以上，有了它可以带电剪切电线。

尖嘴钳
尖嘴钳又叫修口钳，主要用来剪切线径较细的单股与多股线，以及给单股
导线接头弯圈、剥塑料绝缘层等，它也是电工（尤其是内线电工）常用的工具之
一。其外形如图。它是由尖头、刀口和钳柄组成。电工用尖嘴钳的钳柄上套有额
定电压500V的绝缘套管。尖嘴钳由于头部较尖，使用与狭小空间的操作使用用
尖嘴钳弯导线接头的操作方法是：先将线头向左折，然后紧靠螺杆依顺时针方向
向右弯即成。
剥线钳
剥线钳为内线电工，电动机修理、仪器仪表电工常用的工具之一，其外形如
下图。它是由刀口、压线口和钳柄组成。剥线钳的钳柄上套有额定工作电压500V
的绝缘套管。
剥线钳适宜用于塑料、橡胶绝缘电线、电缆芯线的剥皮。

手动式 自动式
管子钳
其他名称：管子扳手。用于紧固或拆卸各种管子、管路附件或圆形零件。为
管路安装和修理常用工具。其嵌体可锻铸制造外。另有铝合金制造，其特点是重
量轻，使用轻便，不易生锈。
3.发现问题
经过对常用的两种钳子的使用示意图的分析，发现人在使用钳子的过程中，
会存在许多动作不符合人机工程学。
经过调查资料，问题的存在大致可以从两方面分析并解决。

3.1钳子本身构造因素
正常钳子的构造程左右对称型，钳子臂上有防滑绝缘套，常见尺寸如右图，
双臂合上留足指缝间距，以避免夹手。结构简单，并不完美。

基本形态
3.2钳子的使用（人的因素）
尖嘴钳

人机交互界面
使用钳子是用右手操作。将钳口朝内侧，便于控制钳切部位，用小指伸在两
钳柄中间来抵住钳柄，张开钳头，这样分开钳柄灵活。
原本设计的有点，两手柄中间的空隙可以很好的防止夹手，并且易于掌控钳
子开口的大小，手柄设计成弧形，并加上防滑绝缘套，更好得迎合手掌，增加手
腕与手柄的摩擦力，从而更好的掌控握力。
然而，无论是平握还是立握，都存在一些共同的问题，其一，用食指夹在两
握臂之间来控制钳子的张力，因此该钳子在使用中，常常让使用者的食指承载负
荷。
问题之二，手腕弯曲问题，众所周知手腕弯曲后对力的掌控不佳，根据分析
上面两张图（虚线部分），手腕的弯曲总体向上。
钢丝钳
使用钢丝钳要量力而行，不可以超负荷的使用。不可在切不断的情况下扭动
钳子，容易崩牙与损坏，无论钢丝还是铁丝或者铜线，只要钳子能留下咬痕，然
后用钳子前口的齿夹紧钢丝，轻轻的上抬或者下压钢丝，就可以掰断钢丝，不但
省力，而且对钳子没有损坏，可以有效的延长使用寿命。

存在问题与尖嘴钳相同，局部
受力与手腕弯曲，为此，必须找到
一种最舒适的使用姿势，例如右图
是站立使用的示意图，手腕与手臂
程一条直线，钳臂对手的里近乎共
线，这样就避免了手腕弯曲带来的
不适，并且可以大大减少使用力度。
当然，第二种方法是改进钳子力臂
的弯曲度，使其迎合手腕的弯曲。

最佳受力状态
4.总结上述存在问题
⑴使用不同的钳子时，会使某一手指局部受力，手容易疲劳。
⑵任何角度使用钳子，都存在手腕弯曲，长时间手容易疲劳。
⑶功能很多，但不突出，例如：当扳手使用时太费力。

5.解决方案
对以上存在的几个问题，提出如下解决方案，如有雷同纯属巧合。
1.在钳子手柄上做文章，以手柄的弯曲代替手腕的弯曲，可以将手柄弯曲到
一定角度，据上面图示分析，正常人在使用过程中，手腕弯曲的角度在9~15度
左右。
2.其次，手柄的特殊部位（尖嘴钳的食指接触部位，钢丝钳的小指接触部位
等等）加大防滑与减压处理。
3.功能方面，注重钳夹，扳扭，不同的使用领域再增强它剪的功能。
对功能方面进行改进，当然不能改变其原有的基本尺寸和型号，因为随着工
件的不同，需求的工具也必须一一对应。

基本尺寸与型号
（总体尺寸不变）

规格
硬度 美标 天赋
钳子本体 HRC35-50 HRC37-48
钳子铆钉 HRC25-50 HRC27-48
钳子刃口 HRC55-65 HRC57-63
6.总结
随着社会的发展与钳子类似的手工工具也运用频繁，随着使用，进而产生各
种与人机相不符的设计问题。
从而，改良性设计显得尤为重要，改良设计也从最初的功能形态改进逐步转
向从人机学，材料加工工艺，生产成本等各个因素考虑，本次作业，只对其中因
素之一“人机学”进行的改良，当然还存在很多方面的不足，也许这谈不上什么
“好的设计”，但是这能算“对的设计”，后期还会对细节部分改进。