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人机课程设计
目录

第1章 牙刷调查分析
1.1　资料收集与分析 ………………………………………1
1.11 牙刷分类 ……………………………………………1
1.12 刷毛、刷头与刷柄分析 …………………………………1
1.13 颜色分析 ……………………………………………2
1.14 牙刷数据统计表 …………………………………………3
1.2 人机数据分析 ………………………………………………3
1.3 分析结果及改进 ……………………………………………4
第2章 牙刷方案设计
2.1 人机学设计要求 …………………………………………5
2.2 设计方案比较 …………………………………………5
2.3 设计图 ………………………………………………6
2.4三视图 ………………………………………………7
第3章 总结 ………………………………………………8

第一章 牙刷调查分析
牙刷，是人们日常生活的必需品，是人们为了保持牙齿健康及口腔清洁而设计的，它已是生活中司空见惯的设计产品。然而，牙刷自产生之日起，便具有了其基本的实用功能，虽然在造型、材质、色彩等方面的设计比较单一，但已经具有了牙刷的基本形态。
1.1资料收集与分析
1.11 牙刷分类
  牙刷可以分成四类：电动牙刷、手动牙刷、电子牙刷和磁疗牙刷。
  （1）电动牙刷
  电动牙刷是以电能为动力使刷头运动的一类牙刷。电动牙刷按刷头运动方式可分成三类：传统的横向移动式牙刷(可同时伴有纵向移动)，新颖的旋转式牙刷(可有顺时针和逆时针旋转两种)，近年出现的高频超声振动电动牙刷。
  （2）手动牙刷
  手动牙刷即无任何特殊装置的普通牙刷。握柄的角度是手动牙刷设计研究中的重点。手动牙刷的刷柄与刷头所呈的角度：最常见的牙刷为直柄牙刷，此外，还有带有前倾角、后倾角的牙刷。
  （3）电子牙刷
  电子牙刷是刷头能够提供电子来破坏菌斑，从而达到保护牙齿的一类牙刷。电子牙刷所产生的电子与菌斑内的H＋结合，使H＋浓度下降，PH值上升，从而降低菌斑的产酸力。
 （4）磁疗牙刷
  磁疗牙刷是通过牙刷产生的磁场影响菌斑内乳铁质和转移铁，从而破坏菌斑，同时还能促进牙周血液循环的一类牙刷。磁疗牙刷对牙龈炎的改善作用较手动牙刷好。

1.12 刷毛与刷柄分析
（1）刷毛的材料
  天然猪鬃：天然毛鬃牙刷比较柔软，其清洁效果及吸附牙膏较好，不怕热水烫，但干得很慢，不如尼龙丝刷毛美观，使用时间也较短。一般牙龈易出血的人宜选用刷毛较软的牙刷。
  尼龙丝：因为尼龙丝毛牙刷对牙齿的清洁作用及按摩作用均佳，弹性好且耐磨，所以尼龙牙刷的应用更加广泛。
（2）刷毛质地
  从刷毛的质地上来说．有硬毛牙刷与软毛牙刷，还有中硬混合牙刷。硬毛牙刷对牙齿的清洁效果较好，但对牙齿的磨损作用和牙齿的损伤也较大；软毛牙刷能进入牙龈边缘以下及邻面间隙去除菌班，但对较厚的菌斑则不能完全去除。中硬混合牙刷，硬毛可有效清洁，中性毛可按摩牙龈。
(3) 刷柄材质、形状

刷柄材质：塑料、橡胶 
刷柄侧面形状：内弯、直线、外弯 

1.13．颜色分析
在牙刷设计中，刷毛多采用代表清洁的白色、白色与蓝色相间、白色与绿色相间等颜色。
而刷柄的色彩则有多种选择。不同的色相，如红、橙、黄、绿、蓝、紫、白、灰、黑等都有不同的色彩联想，所以并不是每一种色相都适合牙刷的设计，如黑色牙刷就非常少见。而且，不同的色调所引起的联想也不问。不同的配色产生的效果也不同。下面就与牙刷设计关系较为密切的色彩分析如下。

1)色相引起的抽象联想
  红色：活跃、紧张、欢心、兴奋等。
  橙色：高兴、活跃、精神、热闹等。
  黄色：愉快、开心、明朗、精神等。
  绿色：年轻、新鲜、希望、平静等。
  蓝色：沉着、凉快、深远、诚实等。
  紫色：高贵、神秘、女性化、哀伤等。
  白色：清洁、纯洁、开明、和平等。
  灰色：沉着、抑郁、暗淡、冷漠等。
  黑色：阴沉、严厉、中立、沉重等。

2)色调引起的联想
  强调：简洁、柔弱、愉快、凉爽、清澈、明媚等，适合用于牙刷设计。
  深调：充实、老练、传统、生动、高尚、趣味等，可选择性地用于牙刷设计。
  亮调：年轻、新鲜、开朗、健康、清澈、新潮等，可选择性地用于牙刷设计。
  暗调：朴实、充实、稳重、沉着、强硬、男性化等，可选择性地用于牙刷设计。

3)不同的配色效果
  红、白、黑相配，有一种永恒的美感。如红色刷柄配白色的宁、白色的刷头。
  高明度的绿色与纯绿色相配，显得清澈、凉爽。
  低纯度的寒色与中性色相配，产生静感。
  白色与纯红的配色，有朝气蓬勃感。
  白色与绿色或蓝色的配色．有清爽、健康的感觉。

1.14牙刷尺寸统计表
名称
平均值
标准差
全长
188.3mm  
10.8mm
握柄长
109.2mm
8.9mm 

前柄长
79.1mm
10.3mm
刷头长
30.7mm
5.06mm
刷毛长
11mm
1.2mm
1.2人机数据分析
名称
平均值
标准差
拇指指幅
19.77mm
1.47mm
把握长度
121.9mm
3.5mm
把握直径
13mm
1.2mm
展屈最大角
183.18°
3.38° 

展屈最小角
130.96°
2.814°
最大张弯角
249.34°
3.708°
最小张弯角
114°
2.43°
牙床弯度
22.6°
1.071°
牙床高度
15mm
2.6mm

1.3 分析结果及改进
1.31人手腕部的受力特征
腕部的形态分为挠侧偏、尺侧偏、背侧屈、掌侧屈和正中五种形态。正中为自然形态，其余四种状态均为非自然形态。正中位置是手的自然位置，在此位置，手的腕部受力状态最佳，因此，在进行牙刷设计时，应尽可能使手处于正中状态操纵牙刷。
1.32刷牙方式分析
人手具有极大的灵活性。单就抓握动作而言，也有多种方式。其中主要的三种形式是前倾式、后倾式和无角度式。根据人手腕部的受力特征，刷洗牙齿内侧，尤其是刷内侧后半部时，刷柄前倾时，人手腕部接近自然位置，手腕感觉最舒适。刷柄后顿时，手腕处于尺(挠)侧偏状态，感觉最不舒适。刷洗外侧牙面时，牙刷沿着牙床垂直的方向上下移动。刷柄后倾时，人手腕部接近自然位置，手腕感觉舒适。刷柄前倾时，手腕处于尺(挠)侧偏状态，手腕感觉最不舒适。刷洗上下咬合面时，直柄牙刷手腕感觉最舒适。刷洗前表面时，牙刷颈部后倾时，手腕感觉最舒适。
  考虑到牙齿内表面，尤其是内表面后半部最难清洁，故应按该位置考虑刷头与刷柄的夹角。在此位置，采用颈部前倾式牙刷剧柄，手的腕部受力状态较合理。
  颈部前倾式牙刷刷柄虽然解决了前牙内面、牙齿内表面后半部的清洁问题，但是，由于沿齿缝方向清洁内、外表面齿间邻面时，刷柄的施力和刷头的阻力之间存在旋转力矩，致使手难于稳定地持握牙刷。特别是在狭小的牙床高度空间内，频繁、枯燥的上下移动动作极易造成腕部、小臂、大臂和精神疲劳。在刷洗外侧牙面、上咬合面以及前表面时，手的腕部还无法保持顺直状态，使得腕部受力更加恶化。
1.33牙刷设计的改进设想
由于手动牙刷消费人群最大，目前改进设计应该考虑手动牙刷。考虑到刷牙时沿齿面上下移动清洁齿缝为主要操作动作，频繁的上下移动动作极易造成腕部、小臂、大臂和精神疲劳，使得很多人在刷牙时不得不采用不正确的水平横刷方式。同时，受牙床高度的限制，较短的上下移动距离也增加了动作的难度。因此，本设计采用尾部略微翘起，使手部用力时不至于甩出牙刷柄，刷柄呈流线型更符合人的抓握习惯，刷柄中上部有突起部位，使得拇指更好用力，刷柄上有橡胶套，橡胶套上有防滑突起，以防牙膏随刷柄流下后造成滑动，这样就可以方便地完成清洁上下齿齿面、齿缝和牙龈沟，轻松地完成上下移动的动作。据统计，牙床弯度在20°－25°之间，新设计应采用的内弯角度最好为12°左右。因为过大的弯角，会使刷头和刷面之间产生较大的力矩，造成刷牙动作不稳定。另外应在刷头一侧设计一个防护盖，以防止刷牙时刷毛划伤舌、腭、唇、颊。

第2章 牙刷方案设计

2.1人机学设计要求
（1）牙刷刷柄形状便于人手的抓握习惯
（2）刷牙时人手用力要舒适
（3）颜色搭配要符合大众需求
（4）刷毛排列要合理，能清洁干净牙齿
（5）牙刷各部分长度要合理。

2.2　设计方案比较

方案一的刷柄呈起伏状，符合手指的抓握特征，使用舒服。方案二沿用方案一原则，用防滑凸起代替起伏状的凹槽，同时中上部有助于大拇指发力。方案三的刷柄呈喇叭状，是为了防止嘴里的牙膏液顺着刷头留下导致刷柄很滑，喇叭口可以把留下的牙膏液挡住，而且，这里的牙刷头与牙刷柄是可以分离的，符合现代绿色设计，不至于刷头坏了就把刷柄也扔了。

2.3 设计图

2.4三视图

第3章 总结
这次的牙刷人机设计，让我重新认识了牙刷的使用方法还有刷牙的几种动作，从而可以深入地对牙刷进行人机分析。这次课程设计我觉得我的优点就是从找资料到建模还算认真，一开始我看了很多个教刷牙的视频，观察了刷牙的动作和手指的摆放位置，亲身试验了用力的情况，然后才画草图建模，建模的过程也算认真，没有随便给几个尺寸就算了，而是经过量度再加上网上数据来画出来的，最后的模型比例还算合理。这次设计的缺点就是，牙刷的外观没有重大突破，草图表现不足，说明书的部分内容都摘自网上，数据没有进行实际的社会调研。
这次牙刷人机课程设计让我明白了，当下的牙刷设计不但满足了人们的使用价值，也更多的考虑到了人们的心理情感因素，将人机工程学合理的应用其中，真正做到了人性化的设计。然而，任何事物都不是完美无缺的，牙刷的设计也不例外，在某种程度上还存在一定的缺陷，比如刷毛的设计，由于人们每三个月就要换一次牙刷，虽然刷毛损坏了，可是刷柄还是完好无损的，尤其是那些设计的个性独特的牙刷，换掉是很可惜的，而且造成了浪费。因此，可以把牙刷设计成可拆型，每次换牙刷时只需将刷头拆下而换上同种型号的刷头即可，这样就避免了不必要的浪费，节约了材料，而且也节省了家庭开支，是一种很好的设计。随着科技的发展，相信牙刷的设计会越来越人性化，越来越完美！　

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