毕业论文设计--人体测量学在老年人自行车设计中的应用.doc

1 前言由于我国实行计划生育，我国的人口出生率在逐年下降。随着我国经济的快速发展以及科技水平的不断进步，我国的医疗水平在不断提升，医疗设备也变得越来越先进。因此我国的死亡率在逐年下降。我国的人口寿命在不断提升。由此带来的影响就是我国人口老龄我国的老龄化现象越来越严重。人口老龄化标准及我国人口老龄化发展情况根据维也纳世界老龄问题大会规定岁及岁以上人口占总人口比重以上的国家或地区,就是老年型国家或地区。我国人口老龄化发展速度相当的快。1982年，我国还未进入老年型国家，65岁以及以上的人口只占总人口的4.5%左右。但到了1997年我国的65岁以及以上的人口占我国总人口的7%以上。我国在1997年已经进入了老年型国家。现在我国的老年人人口大约有1.5亿，每年正以800万的速度增长。据预测到2020年我国的老年人人口就将达到2亿多，到2030年将达到3亿，2050年就将达到我国总人口的三分之一左右1。这足以看出我国的老龄化现象非常的严重。由于我国老年人人口的不断增加，专门为老年人设计产品的重要性就越来越大了。 老年人随着年龄的增大，身体机能不断的下降。他们的视力、听力、体力都出现了大幅度的下滑。尤其是体力，老年人的体力已经无法维持其进行长时间的步行。如果长时间步行到话，就会出现浑身酸痛的现象。老年人绝大部分已经退休在家。他们的日常生活无非是出去买菜购物。通常情况下，如果地点离家较近的话，老年人在外出进行购物买菜等活动的时候，他们通常选择步行。但是，菜市场和超市不可能在每个老年人的家周围。大部分菜市场和超市离老年人的家还是比较远的。所以老年人就不能步行去购物买菜了。因为老年人的体力不好，所以大家可能会以为汽车比较符合老年人外出。但是大部分老年人是没有能力来购买汽车的。这只是一个比较次要的原因。最重要的是，老年人的视力、听力都不是很好。然而汽车的速度太快，在驾驶的过程中容易出现危险。还有就是老年人外出一般只是短途的，而且也不经常外出。所以汽车也不符合老年人的需要。综合老年人的身体特点以及行为特点，老年人在进行外出购物时选择自行车是比较合适的。因为自行车既环保而且还可以锻炼身体。所以在城市里自行车成为老年人外出购物的最主要方式。自行车对于老年人来说，只是用来外出购物的工具。老年人通常情况下时间非常的充足。在路上或者在超市里，我们见到的老年人都是不慌不忙，做事井井有条。所以他们在外出购物时，没必要追求速度。自行车的速度对老年人来说基本上已经不重要了。他们更多的希望自行车的速度能够尽可能的慢一点。因为自行车的速度慢了，安全性也就提升了。这也是受他们的体力，精力所限而造成的。随着年龄的增长，老年人也经历了很多的风风雨雨。他们现在喜欢的是平淡的生活，而不像年轻人那样喜欢刺激，喜欢速度。他们追求的就是稳定、安全、舒适。老年人的视力，反映能力都大不如前，所以在设计自行车的时候就必须尽可能地设计的更加安全。舒适性对于老年人自行车来说也是非常重要的。老年人经过大半辈子的工作，他们的身体已经无法经受折腾。现在的很多老年人的身体都或多或少的有着一些毛病，如关节痛，偏头痛等。如果自行车的设计不合理的话，这只能加重他们的疼痛。因此老年人自行车的设计要充分考虑老年人的身体尺寸，设计一个满足其身体要求的自行车。这就要求我们通过人体测量学来测量老年人的各个部位的尺寸。通过这些尺寸来设计一款适合老年人骑的自行车。只有这样才能够满足人机工程学中舒适性的要求。目前市场上销售的自行车基本上都是为中青年人设计的，例如赛车、轻便车。这些自行车在设计过程中，通常会将提升速度这一因素放在一个比较重要的位置。所以这些自行车速度一般都比较快。老年人老年人由于代谢机能的降低，身体各部位产生相对的萎缩，最明显的是表现在身高上的衰减。从30岁到90岁之间，男性身高平均降低2.25，女性平均降低为2.52。一般老年人在70岁时身高会比年轻时降低2.53，女性的缩减有时最大可达63。而且，现在的老年人在年轻的时候处于战乱或者刚建国的时期，那时候我国的经济水平比较低。他们吃的条件很差。所以他们在身高上是无法跟现在的中青年人相比的。因此，老年人的各个部位的尺寸都不及现代的中青年人。所以专门为中青年人设计的自行车在尺寸上肯定不适合当前的老年人。如果让当前的老年人骑专门为中年人设计的自行车的话，势必会导致老年人感到非常的不舒服。所以本文是根据老年人的身体尺寸来设计一款老年人自行车。2 人机工程学及人体测量学2.1人机工程学的发展当今世界，各国的经济迅速发展，人们生活水平不断提高。人们对生活质量的要求逐步提高。在这种形势下，人机工程学应运而生。人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。该学科在发展过程中，融合了一些其他学科的内容，使其成为一个系统的综合性的学科。人机工程学是一门注重应用的学科。该学科的主要目的就是要提高机械及其环境的舒适性和效率。当今社会人们的竞争越来越激烈，因此他们也就越来越重视效率。只有提高效率才能够提高效益。所以人机工程学也越来越受到人们的重视。虽然现在世界上各个国家都对人机工程学进行了一定的研究。但是，由于各个国家的科学和工艺基础不同，所以各个国家的研究重点也不同。例如，美国侧重工程和人际关系；法国侧重劳动生理学；前苏联注重工程心理学；保加利亚注重人体测量；捷克、印度等则注重劳动卫生学4。人机工程学的发展主要分为三个阶段。在20世纪初期到第二次世界大战之前，被成为是经验人机工程学的发展阶段。在第二次世界大战期间是科学人机工程学的发展阶段。从60年代至今是现代人机工程学的发展阶段。2.2人机工程学的研究内容和方法人机工程学的的研究方向是通过揭示人、机、环境之间相互关系的规律，以达到人机系统性能的最优化。这样可以使得人在对机器进行操作时可以更加省力，更加有效。这就是人机工程学的终极目标。人机工程学的研究内容主要包括以下几个方面4：(1)人体特性的研究主要是研究一些与人有关的问题。研究的目的是解决机械、工具、以及各种用具如何才能使其与操作人员的身体条件相适应，以达到人机系统的最优化。(2)人机系统的总体设计在设计过程中，不仅要使得机械的零部件要适应操作的要求。在进行总体设计时，要将其有机的配合起来，从而使这个整体能够适应操作人员的操作要求。要在人和机器的分工中注意取长补短，充分利用机器的不知疲倦以及速度快等特点来充分发挥人的聪明。人机工程学的研究广泛采用了人体科学和生物科学等相关学科的研究方法和手段，也采用了一些系统工程、控制理论、统计学等其他学科的一些研究方法，而且人机工程学也建立了一些自己独特的研究方法。在对产品进行人机工程学设计的时候，首先要研究产品的用户。对用户的行为特点以及身体特点进行观察和研究；其次是分析现有产品的出现的问题；然后是对产品用户的身体尺寸进行调查研究；最后是设计出适合用户使用的产品。目前常用的研究方法有4：(1)观察法对要进行设计的人机系统的工作状态进行观察。例如在设计老年人自行车时，要对老年人骑自行车的状态进行观察。从观察的的现象中发现问题，进而解决问题。(2)实测法实测法主要是借助仪器设备进行实际测量的方法。这种方法主要是测量人体的尺寸，例如人体的静态尺寸和动态尺寸。这种方法是一个比较重要的方法。因为在设计人机系统的时候，都是让机器适应人的尺寸。所以实测法是是人机工程学中比较重要的方法。(3)实验法实验法是当实测法受到限制或者在现实生活中不容易进行实测法时进行的一种方法。(4)调查研究法对要设计的产品的使用用户进行身体特征和行为特征的调查。通过他们的身体特征来设计产品的各部分的尺寸。通过用户的行为特征来设计产品的功能特性。调查研究对于人机工程学来说是一种非常重要的方法。2.3人体测量学的研究方法以及应用人体测量学是一门新兴学科，它是通过测量人体各部分尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体构造尺寸和功能尺寸的测量数据。人体构造上的尺寸是指静态尺寸；人体功能上的尺寸是指动态尺寸，包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸3。各种机械、设备、设施和工具等设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及到问题就是如何使其适合于人的形态和功能范围的限度。当今社会的人们对产品的宜人性越来越看重。因此在设计产品时就必须通过人体测量学来获取人体尺寸。然后通过人体尺寸来设计能够让使用者安全、健康舒适的操作，从而有利于减少人体疲劳和提高人机系统的效率。在设计老年人自行车时所涉及的人体尺寸都需要应用大量的人体构造和功能尺寸的测量数据。GB3975-83人体测量术语和GB5703-85人体测量方法规定了人机工程学使用的人体测量术语和人体测量方法，适用于成年人和青少年借助人体测量仪器进行测量5。人体测量术语主要包括基本姿势、测量基准面、测量方向。人体测量学通常采用的仪器主要有：人体测高仪、人体测量用直角规、人体测量用弯角规、人体测量用三角平行规、坐高椅、量足仪、角度仪、角度计、软卷尺、描骨器、以及医用台秤等。我国对前四种测量仪器已经制定了标准。测量应在呼气与吸气的中间进行。其次序为从头向下到脚；从身体的前面，经过侧面，再到后面。测量时只许轻触测点，不可紧压皮肤，以免影响测值的准确性。一般只测量左侧，特殊目的除外。测量项目应根据实际需要确定。如确定车座尺寸，则需测定大腿的长度以及小腿的长度和足高。设计不同的东西需要测量的尺寸不同。只有在熟悉人体测量基本知识之后，才能选择和应用。因此在设计自行车的各部分的尺寸时就要充分考虑到绝大部分人的身高尺寸。在设计自行车时主要用的尺寸有两个：(1)人体尺寸，(2)人体活动空间。而这些数据则主要通过人体测量学来获得。首先要先分析使用自行车的人群的特征。然后通过问卷调查的方式统计自行车用户的人体主要尺寸-身高，体重，上臂长，前臂长，大腿长，小腿长。人在骑自行车时是坐着的，因而也要对自行车用户的坐姿人体尺寸(坐姿，坐姿眼高，坐姿肘高，坐姿膝高，坐姿下肢长)进行测量统计。在设计自行车的高度以及车座到车蹬的距离尽可能的满足用户的要求(一些特殊用途的自行车除外)。在设计人机系统时，要充分考虑人体的尺寸，使得自行车的尺寸能够适合绝大部分操作人员的操作。在具体的设计中选择百分位的原则：(1)由人体总高度、宽度决定的物体，诸如门、通道、床等，其尺寸应以95百分位的数值为依据，能满足大个的需要，小个子自然没问题。(2)由人体某一部分决定的物体，如臂长、腿长决定的座平面高度和手所能触及的范围等，其尺寸应以第5百分位为依据，小个子够得着，大个子就没问题。(3)特殊情况下，如果以第5百分位或第95百分位为限值会造成界限以外的人员使用时不仅不舒适，而且有损健康和造成危险时，尺寸界限应扩大至第1百分位和第99百分位，如紧急出口的直径应以99百分位为准，栏杆间距应以第1百分位为准。(4)目的不在于确定界限，而在于决定最佳范围时，应以第50百分位为依据，这适用于门铃、插座和电灯开关。然而在设计某种装置或设施中，特别是那些由于合理的原因不适宜于按极值(最小或最大)设计或者提供一个调节幅度时，可以使用“平均”值。在设计自行车时，一般不适用极值(最大和最小)的时候，会用到“平均值”，即第50百分位的尺寸数据，普通自行车的高度如果按50百分位的尺寸设计可能比按侏儒或巨人的尺寸设计更合适。一般情况下，我们经常采用第5和第95百分位的原因是，它们概括了90%的大多数人的人体尺寸范围，能适应大多数人的需要。但是，一些特殊用途的自行车则要特殊设置，例如专门给侏儒或巨人设计的自行车就不能用平均值或者5%和95%等数据了。这时就应该用极值来进行设计。人机系统设计的主目的就是尽可能消除疲劳，提高效率。2.4人机工程学及产品设计人机工程学是在研究人、机、环境三个要素自身特性的基础上，将操作机器的人、所设计的机器以及人与机器所处的环境作为一个系统来研究，在人机工程学中，把该系统称为“人-机-环境系统。在这个系统中人、机、环境三要素之间相互影响、相互依存共同决定着系统的总体性能。产品设计是一项综合性的规划活动，是融合了感性和理性的创造性活动。在产品设计的过程中，核心目的就是要达到人的要求。人的因素是人机工程学要进行重点研究的内容，在设计任何的产品的时候都要考虑和运用人机工程学中的人的因素。所以人机工程学与产品设计在基本思想、研究内容和应用领域上有很多相同之处。当今世界的人们都比较喜欢享受生活。他们对产品的要求由原来的美观实用廉价逐渐向舒适转变。由于人们的思想观念的转变，也就造成了人机工程学越来越重视对产品舒适性的研究。人机工程学已经成为推动经济发展的新的技术动力。3需求分析3.1老年人自行车用户设计的重要性随着我国的老龄化越来越严重。一些专门为老年人设计的东西就显得越来越重要。老年人自行车就是专门为老年人量身定制的自行车。这种自行车可以解决老年人步行难的问题。它可以让老年人舒适的进行驾驶。这种老年人自行车会随着老年人的不断增加，其市场也会越来越大。社会对这种自行车的需求会越来越迫切。现在城市的老年人外出进行休闲活动的发生率还是比较高的。完全不外出的老年人只占2.17%。而且据调查，大部分老年人都不喜欢在自己小区内活动，他们更倾向于到小区外活动。据对居民访谈得知，老年人一般喜欢到小区附近的公园绿地进行活动。他们的平均的出行距离是2.4km左右6。因为老年人都非常注重锻炼身体。所以到小区外活动也可以增加运动量。所以，老年人到外面活动时主要的方式是步行和骑自行车。因为这两种方式都可以起到锻炼身体的作用。所以自行车对于老年人来说是比较重要的交通方式。老年人在外出购物，买菜等活动的时候，如果地点离家较近的话，他们通常选择步行。但是，大部分情况是，菜市场和超市都离的比较远。因此，老年人在进行外出购物时通常选择的交通方式是自行车。因为自行车既环保而且还可以锻炼身体。所以在城市里自行车成为老年人外出购物的最主要方式。3.2老年人的身体特征老年期是人生历程中的最后一个转折。在老年期，老人们不仅机体衰老加快，疾病增多，面临着死亡的考验和挑战。我们要设计老年人自行车就必须要了解老年人的各种需求。要了解老年人对自行车的需求就必须要知道老年人的身体特征以及行为特征。只有这样才能够使得设计的自行车满足老年人的要求。老年人的身体特征如下： (1)听力经过数十年的损伤，绝大多数的老年人的听力都会出现或多或少的问题。有的老年人甚至已经耳聋了。尤其是那些年轻时在有噪音的环境下工作的人到了老年，其听力会下降的更厉害。(2)视力随着年龄的增长，人的视力会逐渐的下降。现在大部分老年人都有花眼的情况，有的甚至出现了白内障。(3)体力体力是人下滑最厉害的方面之一。人到了老年，大多数的老年人都会有力不从心的感觉。他们的体力已经无法维持他们进行剧烈的活动。他们往往行动一会就要停下来休息。(4)行动能力老年人动作迟缓，反应慢。随着年龄的增长，老年人的体态和外形也逐渐出现变化，体现在以下几个方面：(1)身高人到老年时，身高逐渐变矮。据统计资料，从30岁到90岁之间，男性身高平均降低2.25，女性平均降低为2.52。伴随这一变化，老年人会出现弯腰驼背等体征。(2)体重老年人体重的变化是因人而异的。大部分老年人因为新陈代谢减慢，他们的体重也随着减轻。但是也有的老年人不注重运动，而且生活条件比较优越，他们的体重不降反升。(3)其他肌肉松弛、语言缓慢、耳聋眼花、运动障碍等也是常见的老年人的外貌特征。背部呈微弓形，各部分的肌肉松弛下垂。老年人由于代谢机能的降低，身体的一些部位开始萎缩，最明显的是身高上的衰减。因此运用此身高的降低率可以近似推算出老年人身体各部位大致的标准尺寸，可作为老年人体模型的基本尺寸。以成年男性和成年女性尺度为基准按降低2.8推算，可确定我国老年人体尺寸。国外有关老年人活动空间和建筑细部尺度的确定，一般以老年女性的人体尺度为设计依据，并按照低、中、高三等统计数据作为不同部位设计尺寸的不同参照依据，一般控制高度和可及距离是采用低位数，控制最低空间高度和最小空间尺度时采用高位数。一次可确定空间各部位的设计控制尺寸。3.3老年人自行车用户的行为特征当今社会，我国老龄化情况日益严重。老年人的人口数目不断增大，所以老年人自行车的用户就越来越多。尤其是在我国的大城市，老年人的数量不断增大，他们的生活水平也较高。他们大部分都已经退休在家，闲暇时间很多。现在，大城市的老年人绝大部分都比较注意身体健康。我国老年人的行为特征如下： (1)运动能力下降随着年龄的增大，老年人的运动能力大减，体力也无法像年轻人那样强。所以老年人外出活动或者购物，都不会去太远的地方。这是由老年人的年龄体力所决定的。他们往往是骑自行车到附近的地方进行活动，包括购物，买菜，运动等。如果需要到比较远的地方，那么老年人往往会选择公交车或者私家车。所以自行车对于老年人来说，主要是用于短途旅行和购物。这就决定了，老年人骑自行车的持续时间不会太长，因为这是他们的体力所无法承受的。所以在设计老年人自行车的时候通常不需要考虑长时间骑自行车所带来的不好的影响。(2)追求稳定老年人往往是已经退休在家。他们往往已经没有那么多精力再去工作，学习。他们的日常工作就是休闲，锻炼身体。他们不用像年轻人那样急急忙忙的去上班或者上课。所以，自行车对于老年人来说，不需要有太快的速度。老年人骑的自行车对自行车没有要求。只要能够让老年人舒适的感觉即可。这与赛车的设计理念就完全不同了。在路上或者在超市里，我们见到的老年人都是不慌不忙，做事井井有条。这是受他们的体力，精力所限而造成的。随着年龄的增长，老年人喜欢的是平淡的生活，而不像年轻人那样喜欢刺激，喜欢速度。他们不追求速度，不追求刺激。他们追求的就是稳定。老年人的视力，反映能力都大不如前，所以在设计自行车的时候就必须尽可能地设计的更加安全。(3)注重锻炼身体现在老年人都非常注重养生。他们对生活质量的要求挺高。在业余时间经常进行体育锻炼。老年人的身体机能下降，他们无法进行高强度的运动。只能进行一些轻松的有氧运动。如果在外出购物时，他们可以骑一辆自行车的话，不仅可以提高速度，降低疲劳而且还可以锻炼身体。3.4老年人自行车的设计要求由于老年人的各方面的机能都已经下滑。老年人与青年人的消费观以及对产品的要求已经截然不同。年轻人追求刺激和速度。所以在设计普通男士自行车时应当尽可能的提高速度。但是对于老年人就不能一味追求速度了。因为他们已经过了那个年龄。他们对速度已经不感兴趣。他们在日常生活中，不再赶时间。因此，老年人自行车的首要要求就是安全。做什么事情都应该安全第一。其次是舒适性。老年人的身体经受了岁月的侵蚀，已经经不起折腾。所以为老年人设计的自行车要尽可能的让老年人感到舒适。最后是自行车的外形。(1)安全安全性是最重要的。因为老年人身体的各方面的机能都出现了不同程度的下滑，不可能再像年轻人那样能够通过自己的协调能力来确保安全。所以在设计老年人自行车的最重要的方面就是安全。要让老年人在骑自行车的时候能够放心大胆的去骑。这样也能够让老年人的子女对其放心。其实不光老年人自行车，任何自行车都应该将安全放在第一位。如果连最基本的安全都无法保证的话，骑自行车所带来的所有好处就无从谈起。(2)舒适舒适性是仅次于安全性的设计要求。因为老年人已经不再追求速度，刺激了。他们只是想通过自行车代步。老年人岁数都挺大了。经过大半辈子的工作，他们的身体已经无法经受折腾。现在的很多老年人的身体都或多或少的有着一些毛病，如关节痛，偏头痛等。如果自行车的设计不合理的话，这只能加重他们的疼痛。因此老年人自行车的设计要充分考虑老年人的身体尺寸，设计一个满足其身体要求的自行车。这就要求我们通过人体测量学来测量老年人的各个部位的尺寸。通过这些尺寸来设计一款适合老年人骑的自行车。只有这样才能够满足人机工程学中舒适性的要求。(3)成本成本对于老年人自行车来说也是一个比较重要的因素。在设计老年人自行车时也应当充分考虑到成本的因素。对于老年人自行车，其面向的用户便是老年人。然而，老年人大都已退休在家或者已经失业很长时间了。他们也无法再继续工作来获得工资。所以他们的消费水平相对来说是比较低的。如果老年人自行车的成本过高的话，势必会使老年人自行车的价格升高。这样的话就会大大的减少老年人自行车的销售量。如果我们设计的产品无法使得制造商获得利润的话，是不会有商家对这种商品进行生产的，这种产品也就不会获得老年人的好评。但是，我们也不能一味的降低成本而忽视老年人自行车的安全性和舒适性。因此在设计老年人自行车的时候要在满足安全性和舒适性的要求的前提下尽可能的降低成本。(4)外形外形 对年轻人来说是非常重要的因素。然而，对老年人来说，却不那么重要了。老年人与年轻人的消费观念以及看待事物的角度都非常不同。老年人经历了一辈子的风风雨雨，对外观这些表面上的东西都看的不是那么重要了。只要自行车实用就可以。所以，在设计老年人自行车的时候外形的因素放在最后一位来进行考虑。如果外形与安全和舒适相违背的话，可以舍弃外形来保全安全和舒适的因素。 4自行车的设计在骑自行车的时候，要想满足舒适度的要求，就必须有一个正确的骑姿。如果，人们在骑自行车的过程中，总是弯着腰或者总是抬着头，那样的话，人们的腰和颈椎就会产生酸痛的感觉。因此，只有设计的自行车能够使人们有一个舒适的骑姿才能够达到舒适度的要求。自行车的零部件的尺寸，也会影响自行车的舒适度。例如，如果自行车的车座，车把等部件的尺寸与人们的身体尺寸不相符的话，也会让人产生疲劳感。因此在设计老年人自行车的时候，要充分考虑到老年人自行车的安全性、舒适性的要求。表4-1老年人身体尺寸7人体部位老年男性老年女性人体高度肩宽度肩峰至头颅站立时眼睛高度坐时眼睛高度后手臂长度前手臂长度手长度肩峰高度双臂展开长度坐时椅面至肩峰高度肚脐高度指尖至地面高度大腿长度小腿长度坐时椅面到头颅高度腰围16234032881504114831323718813401639570955638436413858735151638627914031079284213174124215305318996024103828107724.1车座的设计只要有过长时间骑自行车经历的人，都会感受到臀部疼痛。这主要原因就是车座的尺寸与人体的尺寸不相符造成的。因此在设计老年人自行车的车座时要根据老年人的臀部尺寸来设计。根据人体组织的解剖特性可知,坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位,身体的主要重量均由骨盆下的两块面积约为25 cm 的坐骨结节承受,故车座后端宽度过小就会使坐骨结节处在鞍座外缘，或紧挨外缘的位置8。这样的话就会造成臀部的疼痛。因此车座的后端应该尽可能地宽一些，但是也不能太宽。车座宽一些的话满足了老年人自行车舒适性的要求。虽然对于老年人自行车来说，外形的美观不是很重要的因素。但也应该在满足舒适性和安全性的基础上尽量满足外形美观。但是如果太宽的话，不仅无法满足美观的要求，而且还会浪费材料，增加成本。(1)车座的宽度车座后端的宽度应有人的臀部的宽度加上适当的余量来确定。我国成年女性的坐骨坐姿臀宽约为32 cm,我国成年男性的臀宽约为34cm。由于老年人各部分肌肉松弛下垂，因此老年人的臀宽也要比成年人要小一些。车座宽度的适宜范围:男式普通单车为30cm,女式普通单车为31cm较合适。鞍座前端细部宽度由会阴加较小余量确定,这个宽度不可过宽,否则会对会阴产生较大磨擦。根据人体解剖学中的数据,可确定该宽度以68 cm为宜8。(2)车座的长度人体处于坐姿时,坐骨结节离臀部后缘约1012 cm,据此,车座后端的长度范围定为1012 cm8。鞍座的长度只要能够给骑车者支承稳定性即可,如果鞍座过长的话会影响大腿前后摆动的灵活性。如果鞍座的长度过短的话，人的臀部不能完全放在鞍座上，这样的话也会造成肌肉酸痛的状况。人体的会阴中心离坐骨结节约半个大腿厚,鞍座总长由坐姿时臀部后缘到坐骨结节间距加上坐骨结节中心到会阴点间距加适当余量而定。50%的老年人的大腿厚约为13 cm，故在车座的长度范围为2224 cm(余量约取5.5 cm)。(3)车座的高度由于老年人的各方面的能力都有所下降，所以在设计老年人自行车的时候必须充分考虑到老年人自行车的安全性。所以在设计老年人自行车的车座时也要充分考虑到这个因素。老年人的协调性严重不足。所以如果发生突发事件时，应该使老年人的脚能够碰到地。因为这样的话就可以使老年人在遇到突发问题时可以用脚撑地来保证安全。所以老年人自行车的车座的高度应该由老年人的腿来确定。车座的高度应当尽量矮一些，因为矮的话，自行车的重心就会低。这样也比较符合老年人自行车的安全性的要求。由表4-1可以得知，老年男性的小腿加足高的长度是413mm，老年男性的大腿长为436mm。所以老年人的腿长为849mm。因此在设计老年男性自行车时，自行车的车座的高度可以设计成720mm。4.2车把的设计车把的设计同样要结合人的身体尺寸来进行设计。如果车把的宽度太窄的话，不仅不美观，而且不利于人们对自行车进行操作。如果车把的宽度太宽的话，同样会造成不美观的后果，而且会使得人们的胳膊容易疲劳。因此在设计车把的宽度时，应当与自行车用户的肩宽相符。只有这样才能让人们感到舒适。车把的高度也要符合人机工程学的要求。如果车把的高度过低，人们在骑自行车时就需要弯着腰，这样很容易造成腰部的酸痛。车把的高度应保证骑车者在骑车时处于自然坐姿或接近自然坐姿,并使颈关节、胸关节、腰关节、髋关节、肩关节和肘关节处于舒适的调节范围内。（1） 车把的宽度设计在设计车把时也要考虑人机工程学的内容。只有使得自行车的车把的宽度适合老年人的身体尺寸，才能够满足舒适性的要求。如果车把的宽度过大或过小，都会使老年人感到不舒服。车把的宽度是由人的最大肩宽来确定的。因此，在设计自行车的车把时，应当先查出老年人的最大肩宽。由表4-1可以得出，我国老年男性的肩宽大约是40.3cm，老年女性的肩宽大约是38.6cm。因为设计的自行车应该满足绝大部分人群的使用，所以男式自行车的车把的宽度时应当加适当的余量，所以老年人男式自行车的车把可以设为43cm，而老年人女式自行车的车把的宽度应该设成41cm。（2）车把的高度设计车把的高度的设计非常重要。因为车把的高度就将决定骑自行车的人的骑姿，也就可以决定骑自行车的人的腰部的弯曲角度。不同的车把高度，也就可以给人带来不同的舒适度。下图便是一个车把的高度与车座的高度相差无几的自行车。这种最主要目标就是尽可能地提高速度，其次才是提高舒适度。在设计这种自行车时，是在满足速度要求的前提下尽可能地提高舒适度。因此，赛车在骑的过程中，会感到疲劳。由下图可以看出，这种自行车的骑姿有以下几个问题。身体前倾的比较厉害，这样的话，在骑赛车的时候，空气的阻力就会减小。所以就可以起到提高车速的效果。但是，由于身体的前倾，长时间的骑赛车之后，腰部的肌肉就会发生疲劳，产生酸痛的感觉。在骑赛车的时候，由于身体前倾，人的臀部就会上翘。因此人的臀部与车座的接触面积就会减小，臀部所承受的压力就会增大。所以，长时间的骑赛车也会使臀部产生酸痛的感觉。在身体前倾的时候，一部分身体的压力就会由胳膊来承担。所以胳膊也会产生疲劳的感觉。由于身体前倾，就会压迫人的腹部，不利于人们的呼吸。对于老年人来说，他们现在基本都是闲赋在家，自行车只是他们骑着出去买菜或者逛广场等短途活动。在这些活动中，他们不赶时间，因此他们不追求速度。而且老年人的视力、反应速度等都严重退化，如果过度追求速度的话，会影响老年人骑自行车时的安全。这种骑姿是专门为提高速度来设计的。所以这就不符合老年人的要求，而且这种骑姿也不符合人机工程学中舒适性的要求。因此，前倾的骑姿无法满足老年人对舒适行的要求。因此在设计车把的时候不能使车把的高度与车座持平。图4-1赛车9下图是轻便车的骑姿。这种自行车的车把的高度也无法让人们的背的倾斜角度达到99左右。这种自行车使得人们在骑自行车的时候身体前倾，虽然前倾的幅度不如上图所示的大。但是这同样可以使得老年人的背部肌肉感到疲劳。图4-2轻便车9图4-3后躺式自行车9这种自行车的车把设计可以使骑自行车的人往后倾斜。但是这种自行车的向后倾斜的幅度太大，导致人们在骑这种自行车的时候必须抬着头才能看清前方的路因此，这对颈椎有很大的伤害。老年人的颈椎肯定经不起这种折腾。骑这种自行车时间久了，脖子会很疲劳。但是这种后躺式的骑姿对于老年人来说在一些方面还是可取的。其车座的设计相对来说还是比较舒适的。只要将背靠的倾斜角度稍微更改一下就可以满足舒适度的要求。人们在骑自行车的时候，只有身体的各个部位处于一个舒适的位置才能使得人们感到非常的舒服。我国的一些学者经过长时间的研究发现，当人们的各个部位处于以下角度时，人们会感到舒适。表4-2身体舒适角度8身体部位舒适调节范围内角度/()肩关节肘关节躯干前、后摆：40 上、下摆：25弯曲角度：110后倾角度：99通过表4-2可以知道当躯干的倾斜角度为99时，身体处于最舒适的状态。当肘关节的弯曲角度为110时，身体处于一个舒适的状态。而肩关节为40时身体最舒适。只有这样才能够满足人机工程学对舒适性的要求。因此可以通过这一要求画出人在骑自行车时，躯干和手臂的状态示意图。下图便是当躯干处于99，肘关节处于110，肩关节为40时的简图。图4-4胳膊舒适角度图如图4-4所示，D点是自行车车把的位置，A点是自行车车座的点。由表4-2可以知道，躯干的舒适倾斜角度是99，而肘关节的弯曲角度是110，肩关节的前后摆的角度是40，上下摆的角度是25。由表4-1可以得到老年人在坐着的时候椅面到肩峰的高度是老年男性是570mm，老年女性是531mm。因为老年人的前臂和上臂长几乎没有变化。所以由表4-1可以得到老年人男性的前臂长为237mm，上臂长为313mm。老年女性的前臂长为213mm，上臂长为284mm。所以在图4-4上可以得出，通过三角关系可以算出车座平面到车把的高度。因为 ABC=40，所以BCF=180-40-99=41, 以由三角函数可以得到h1=BC*sin41。因为BCD=110，BCF=41 ，所以DCE=180-110-41=29。所以h2=DC*sin29H=AB*sin81。由上图可以得知，A平面是自行车车座的平面。而D平面是自行车车把的平面。由图4-3知道，人们在骑自行车的时候，躯干部分稍微倾斜时才比较舒适。一些专家经过测验，当倾斜角度为99时，人们会处于最舒适的角度。人们在骑自行车时，手臂的弯曲角度也直接决定自行车的舒适度。由表4-2得知，当肘部的角度为110人们最舒适。所以上图中的BC为人体的上臂，CD为人体的前臂。因为老年男性的前臂长为237mm，上臂为313mm。所以BC=313mm，CD=237mm。因为由表4-1可以得到老年人在坐着的时候椅面到肩峰的高度是老年男性是570mm。按老年男性计算，AB=570mm。因为h1=BC*sin41，h2=DC*sin29，H=AB*sin81。所以h1=205.35mm，h2=114.90mm，H=570*sin81=562.98mm。所以自行车车把到自行车的车座的高度为 (1)所以自行车车把到车座的高度为562.98mm-205.35mm+114.90mm=472.53mm。4.3背靠的设计长时间骑自行车的人都会感觉到腰部最累。这主要是由于人们在骑自行车的时候人的躯干是处于前屈的状态,时间久了人体的背部肯定会疲劳。因此在设计老年人自行车时不能让人在骑自行车时处于一个前屈的姿势。我们应该让骑自行车的人的脊椎形状最接近自然状态，只有这样才能够尽可能的消除背部的疲劳。如果人处于非自然姿势时,椎间盘内压力分布不均衡,故腰部产生酸痛、疲劳等不适感。要减轻腰部的不适感,在保证人体操作灵活性的同时,应使人骑车时的坐姿接近自然坐姿。为了使得人们的骑姿可以尽可能的达到自然坐姿，我们可以考虑加一个背靠。在自行车上设计一个背靠后，既可以增加稳定性也可以减小疲劳度。(1) 背靠的设计背靠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。由于老年人人腰椎部的中心位置约在座位上方2326 cm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,所以腰靠的高度在座面上方2632 cm处为宜8。背靠的宽度的设计为28cm即可。背靠的宽度主要是由骑自行车的人都腰围来决定的。在设计老年人自行车时可以把50%的老年女性的腰围为依据,靠背宽度可以设计为腰围的1/3左右。通过表4-1可以知道50%的老年女性腰围为77.2 cm,所以老年人自行车背靠宽度为26 cm。(2) 背靠的倾斜角度 如果背靠的倾斜角度过大的话，就会像图4-3所示的那样，在骑自行车的时候就必须抬着头才能看清路线。如果骑自行车时总是抬着头，那对老年人的颈椎的损害是非常严重的。背靠的倾斜角度将直接决定骑自行车的人们在骑自行车时背部的倾斜角度。因为人们的背部的倾斜角度为99时，人们最舒适。这种倾斜角度可以使人体的椎间盘受力最小，因此是最合适的倾斜角度。所以老年人自行车的背靠的倾斜角度也应该为99。4.4车轴的位置设计图4-5腿部舒适图这是一个人体在骑自行车时，腿部运动的一个简图。图中所示的直线AB和直线AE是指人体的大腿，直线BD和直线EC是指人的小腿加足厚的长度。图中的A点是人的髋关节，B点和E点均为人体的膝关节，而C点是指车的中轴的最远端，D点是自行车的中轴的最近端。从坐姿生理学角度，应保证腰弧曲线正常；从坐姿生物力学角度，应保证肢体免受异常力作用，根据这两方面的要求，膝关节的角度为951351。因为直线AD和直线AC分别是最短和最长的两条直线。根据三角形的三角关系，可以知道人们在蹬自行车的过程中膝关节的角度，ABD最小，AEC最大。所以只要使ABD等于95，而AEC等于135即可以使得膝关节的角度在95和135之间。由公式和。又因为ABD= 95，AEC=135，所以BAD+BDA=85，EAC+ECA=45。又因为AB和AE是指人体的大腿，BD和EC是指人的小腿加足厚的长度,所以AB=AE=436mm，BD=EC=413mm所以可以求出BAD =41，EAC=22, 由公式 , 可以得出直线AC和AD的长度。所以AC=779mm，AD= 627mm。在AFD和AFC中，利用直角三角形的边长关系，即 ， 。通过查询资料得知，自行车的中轴的直径可以选取240mm。所以CD=240mm 。所以FC=FD+240mm。将FC=FD+240mm通过公式 (2)