雨伞的设计

雨伞的设计

王明豪机制1001班100309706

雨伞是人们日常生活中的必备工具,是雨天出行的必备物件。雨伞在中国古代就已经产生了，中国古代的雨伞以实用为主，伞的面积大并且伞的框架由竹材或木材制作而成，岁结实实用,但其既重且大，很不方便携带.然而科学在发展，现代的人们开始寻求一种既方便实用又美观并且便于携带的雨伞。就雨伞的功能作用而言，把人看作雨伞的组成部分是完全合理的人在使用中所需要支出的肢体动作和雨伞的结构是有一定的密切关联的。对于具体的结构设计我们需要进行系统的分析，从人机工程学的角度去分析与人直接接触的伞的结构设计和人——伞交互活动。

1.人和雨伞的人机关系

雨伞的功能是遮挡雨水以保证人和物不被雨水淋湿，同时不遮挡人的正常视野以及是人不会举雨伞而造成手臂疲劳。所以人与雨伞的人机关系可以如图2-1表示

图2-1 人与雨伞的人机关系图

由图可知：人和雨伞的人机关系由：人—伞面、人—伞骨、人—伞柄三个部分决定，其中伞面是遮雨部分（也就是工作部分）、伞骨是张开部分、伞柄是支撑部分.

1.1人与支撑部件关系

支撑部件主要有伞柄、伞把手、伞骨穆头等。伞柄是伞的主心骨支撑着整个伞。从人机关系来看，伞柄、伞把手、伞骨穆头等的位置和大小，以及它们之间的相互关系与手持雨伞人的手握位置和肌肉的动作有着密切的联系。伞把是人撑伞时手握的部位,是关乎手握雨伞的舒适度，人在什么情况下才能平稳地拿住伞；伞柄的压簧什么时候能很省力地按捏，人在收缩伞柄的时候，什么时候伞骨穆头的位置是符合人所需要的长度，这些都是决定于人体特性的设计参数。1.2人与撑开部件关系

撑开部件主要有伞骨、伞骨关圈等，构成伞面的支架。伞骨是支撑整个伞面的它能折叠能撑开便于携带。为了能在使用时省力就该在伞骨、伞骨关圈、键钮之间的关系来找关键。如伞骨的张开的大小，伞骨的高度，伞骨关圈上键钮的大小是否符合手按键钮时的舒适度。

1.3人与撑开部件关系

撑开部件主要有伞骨、伞骨关圈等，构成伞面的支架。伞骨是支撑整个伞面的它能折叠能撑开便于携带。为了能在使用时省力就该在伞骨、伞骨关圈、键钮之间的关系来找关键。如伞骨的张开的大小，伞骨的高度，伞骨关圈上键钮的大小是否符合手按键钮时的舒适度。

2．影响雨伞性能的人体因素

2.1.人的体格因素

一般人的最大肩宽为486，为了更好的防雨，伞面的直径是该数据的两倍（1000），使人在伞下有单手活动范围（上臂长313 50%）。(图2-1)（图2-1）为手臂在伞面下可以有足够的空间活动

一般伞面的深度在20cm左右，一般人的头全高（249 99%），伞面的深度不能挡住眼睛的视线，它与人手握的高度有密切的关系，而手握雨伞的高度影响着伞面是否挡住了视线。（图2-3）

2.2.人的上肢肌力

人打开伞的主要原动力来源于人的上肢肌力，当人握着伞把手，右手捏住伞骨关圈，推开时用的省力程度，主要取决于伞骨结构中主伞骨，支伞骨，铰接座的灵活程度。伞柄内设计了一件压簧，应用作用力和反作用力的原理，收起伞时压簧受到了挤压力，在打开伞时，压簧释放了挤压力，成为伞自动打开的动力。伞柄的压簧，人在使用时，手按压簧受到了挤压力，这关乎拇指的肌力。伞柄的长度关系到人是否能在风雨中稳稳地拿住雨伞，是人的上肢肌力得到最好的释放。

2.3.人的手和握力

影响雨伞的平衡性的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。为了长时间握伞而不致使手有酸痛的感觉，希望只用最大握力的10%左右和舒适的把手便能得到必要的稳定性和持久性。

3雨伞设计结构要素分析

3.1伞柄

人最舒适的关节活动：前臂长的弯曲在145°范围内。（前臂长237 50%）肘高离眼（眼高减肘高减前臂长535 50%）298，所以伞柄长一般在50-60cm之间是人最舒适的高度。（图3-1）

伞把的大小要与手的大小成一定的比例，为了考虑折伞时能很好的把伞骨

包容好，伞把的高度一般设计在手掌的二分之一高，一般在2cm-5c，伞把的圈大小，一般在手指的长度范围内，使人能握着舒服且握得牢，这样一来手握伞把时就能很灵活的转动它，以便在使用中更换动作。伞把一般都是以塑料材料来制成的，一般它是长杆型、圆筒型两类，表面是镀了一层光滑的膜，使它更美观。折收雨伞时把伞骨支条收在伞把圆筒里面。伞柄的半径是半径在5-10mm左右，上大下小，互相贴合。是人在收伞时，左手握住伞骨关圈，右手掌心推伞把，来收起伞柄，这里就考虑到了伞柄穆头的灵活设计，还有伞柄关节之间的贴合度。

3.2伞骨

雨伞骨结构主要由主伞骨，支伞骨，铰接座组成，其特征在于：在主伞骨与支伞骨相连接的铰接座部位，分别在呈Ｕ形伞骨的凹槽内予以注胶射出形成一包复位及铰接座，该铰接座与主伞骨一体成型，并供支伞骨一端铆接固定，主伞骨被包复体所容置，在铰接座两侧主伞骨凹槽内，以及在主伞骨周缘予以注胶射出数个环状体，该环状体与主伞骨一体成型。（图3-2）（3-3）伞骨的组成部和伞骨结构与伞骨关圈的连接部分

3.3伞面

伞面的制作材料有塑料布、油布、绸布以及经久耐用的尼龙布等。伞面要不漏水主要靠的是雨伞整体的物理结构当整个伞面张开的时候起物理张力是很大的就是说伞的面料被很强的拉力拉开布料每根结构绳之间的间距变的很小雨滴落在上面由于雨滴表面的张力很难透过这样小的孔隙而伞的大部分地区都有一个斜度而由于雨滴的重力的斜向分力大于摩擦力就使得雨滴沿着斜向分力的方向划落。

伞面的形态不是平面的，而是成一定的角度向下，雨伞的伞面形状根据伞骨支架的弧度变化。伞面形状种类繁多，下面几个是比较普遍的形状。伞面弧度一般在30°—60°左右，人在半包围的圆里可以挡住不同方向来的雨滴，并能很好地挡住雨水。

（图3-4）（图3-5）（图3-6）是雨伞常见的伞面类型。