第三章第三节人体生物力学特性.ppt=安全人机工程学=湖南工学院。

肢体动作速度的大小，基本上取决于肢体肌肉收缩 的速度。
• 肌肉收缩的速度取决于：
• 1.中枢神经系统（根据需要时而使慢肌纤维收缩， 时而使快肌纤维收缩，从而改变肌肉的收缩速度）
• 2.肌肉收缩时所发挥的力量和阻力的大小（发挥的 力量愈大，外部阻力愈小，则收缩速度愈快）
• 3.取决于动作方向和运动轨迹等特征（不同的动作 特点对运动速度影响十分显著，表5-5至5-7 给出人 体不同部位运动速度与频率值）
坐姿时手臂的操纵力的 测试方位
表3-1 坐姿时手臂在不同方向上的操纵力
2 立姿操纵力
• 立姿操纵时，手臂在不同角度上的拉力 和推力分布如图3-3所示。
图3-3 立姿操作时手臂在不同角度上 的拉力和推力分布
拉力
推力
2 立姿操纵力
• 由图可知，最大拉力产生在肩的下方 180°方向上，手臂的最大推力则产生在 肩的上方0°方向上。
第三章 第三节 人体生物力学特性
本节内容： 一 人体各部分的操纵力 二 人体运动的速度与准确度 三 人体用力及其影响因素
一 人体各部分的操纵力
内容：
• （一）人体操纵力特性 • （二）手的操纵力 • （三）脚的操纵力
（一）人体操纵力特性
• 骨—运动的杠杆 • 关节—运动的枢纽 • 肌肉—运动的动力
（三）脚的操纵力
• 在生产中，用脚操作的情况很多。最常见的是汽车 的离合器踏板和刹车踏板，缝纫机踏板，加工机械 （如冲床、蒸汽锤等）的脚踏控制装置等。
• 脚产生力的大小与下肢的位置、姿势和方向有关。
• 下肢伸直时脚所产生的力大于下肢弯曲时脚产生的 力。
• 坐姿有靠背支持时，脚可产生最大的力；立姿时， 脚的用力比坐姿时用力大。
• 年龄在30岁以上时，可用下式（5-1）近似计算手操纵的握 紧强度。
TS 608 2.94 A
式中 ——手操纵握紧强度，N； ——年龄，周岁。
表5-2 男女不同年龄段握力 表5-3应用手柄操纵时最合适的力
手的操纵力与手动操纵器的布置
• 由于手臂弯曲时，手在人的前方活动能发挥出较 大的操纵力，所以操纵机构布置在操纵者的正前 方可以得到最好的操纵。
• 手持工具把柄的外形、大小、长短、重量以及制造 材料除应满足操作的要求外，还要符合操纵者的生 理特点和生物力学特点，以减轻劳动强度。
3 握力
• 在人机系统设计时，要考虑操作者的握紧强度。握紧强度 是人能够施加在手柄上的最大握紧力（可用测力计测量） 。在设计手工工具、夹具和操纵机构时，都需考虑握紧强 度的数值。
• 所以，以推拉形式操纵的控制装置，安 装在这两个部位时操纵力最大。
3 握力
• 一般人右手的握力大于左手。一般青年男子右手平 均瞬时最大握力约为550N，左手约为421N。保持 1min后，右手平均握力降到274N，左手降至244N 。可见，握力与手的姿势和施力持续时间有关。
• 人们在劳动过程中，要使用各种手持工具进行操作 ，如钳子、镊子、锄头、斧头等等。
• 人在伸直前臂时向前推较向侧面推所产生的力大 一些，所以推力操纵的机构尽量布置在操作者的 前面（即最佳位置）
• 一般人在平稳动作时，手臂所产生的最大操纵力 可达800N，人在猛烈瞬间动作时，所产生的最大 操纵力可达1000～1100N。
• 正常情况下用手操纵时，操纵机构所需要的操纵 力不应大于127～150N，否则不能持久工作，且 极易出现疲劳，若在这种情况下，继续坚持劳动 ，则可能导致事故发生。
• 在作业中，为了达到操作效果 ，操作者有关部位（手、脚、 躯干等）所施出的一定大小的 力叫操作力。
• 工作的操纵力主要是臂力、握 力、指力、腿力或脚力，有时 也用到腰力、背力等。
立姿弯臂时的力量分布
3 影响操纵力的因素
• 操纵力与施力的人体部位、施力方向和指向（转 向），施力时人的体位姿势、施力的位置、施力 时对速度、频率、耐久性、准确性的要求等多种 因素有关。
表3-5 人体各部位运动速度与频率限度
手的运动 控制操纵杆位移 手指敲击的最大频率 旋转把手或驾驶盘 身体转动 手控制的最大谐振截止频率 手的弯曲与伸直 脚掌与脚的运动
动作速度或频率
数值
单位
35
8.8～17 3～5
9.42～29.46 0.72～1.62
不同体位下脚的蹬力及在各个角度时的压力比值
• 一般地说，在坐姿的情况下，脚的伸展力大于屈 曲力，右脚的操纵力大于左脚的操纵力，男的脚 力大于女的脚力。
• 表3-4为脚的操纵力比较。
脚别
屈曲力
男
女
伸展力
男
女
右脚
326
234
478
344
左脚
299
209
421
299
二 人体运动的速度与准确度
内容： • （一）肢体的动作速度 • （二）人体运动的精度
• 决定操纵力的因素：肌力、施力的姿势、部位、 方式和方向。
（ 二）手的操纵力
• 1 坐姿操纵力
• 手臂操纵力的一般规律： • （1）左手力量小于右手； • （2）手臂处于侧面下方时
，推拉力都较弱，但其向上 和向下的力较大；
• （3）拉力略大于推力； • （4）向下的力略大于向上
的力；
• （5）向内的力大于向外的 力。
• 操作者站时臂伸直的最大拉力产生在180°的位置 上，即产生在垂直向上拉的位置上。所以需要向 上拉的操纵机构布置在下面能得到最大操纵力， 操作者站立时臂伸直的最大推力产生在0°的位置 上，即垂直向上推的位置上，但由于受空间、设 备和人的习惯所限，不在此方向布置操纵机构。
手的操纵力与手动操纵器的布置
1、肌力
• 肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩 • 肌肉收缩时产生的力称为肌力。 • 人的一条肌纤维所发挥的力量约为0.01～0.02N，
肌力是多条肌纤维的收缩力总和。 • 女性的肌力比男性低20%-30%； • 惯用右手者右手肌力比左手高约10%； • 惯用左手者左手肌力比右手高约6%-7%。
2 操纵力
（三）脚的操纵力
• 一般坐姿时，右脚最大蹬力平均可达到2568N，左 脚为2362N。
• 据测定膝部伸展角在130°～150°或在160°～ 180°之间时，腿的出力最大，脚产生的操纵力一 般都是以压力的形式出现，压力的大小随着脚离 开人体中心对称线向外偏转的程度有关
• 图5-4为脚在各个角度时出力及其比值。