厨房刀具

用人机工程学的相关要素分析牙刷、 梳子、圆珠笔等产品，并提出合理的 改进方案，并画出改进后产品的草图。
2．3 尺寸计测
由于条件限制，本设计选取20名(男女各10名)22岁 的大三学生作为计测对象，计测结果参见表9-9。
3 新设计方案
3．1 刀柄形状 • 刀柄外形与人手持握的弧线相吻合。椭圆形截 面使人持握时有稳定感，舒适、易于施力、不旋 转。鱼腹形(中间突起)刀柄，可以防止轴向滑脱。 在刀柄上方增加了竖捏拇指按结构(凹坑)，在两侧 均添加了横握拇指按压结构(凹坑)，见图15，它可 以同时满足惯用右手和惯用左手操作者的操作需 要。此外，还增加了食指保护结构(护板)，见图16。 这些结构可使拇指、食指免受较大的局部压应力， 避免了拇指直接按在金属刀身上所产生的不适感； 增加了持握的稳定性和操作的舒适性，体现了宜 人性设计的人机工程设计理念。
• ⑥刀柄的材料应选择与人亲和性好、手感好，摩 擦因数大的材料来制作。 • ⑦刀体的材料应具有高强、耐磨和耐腐蚀性能。 • ⑧应防止被切割物粘附于刀身上。 • ⑨刀的质量(重量)及质量(重量)分布应根据刀的功 能来定。 ⑩腕部的合理姿势与工作台的高度有关。工作台 的高度应保证司厨者在进行切削操作时上臂处于 自然下垂位置。 • 总之，刀的设计应满足切、剁、砍、割等基本 功能，刀的质量(重量)、长度、厚度、材料等的 组合应使人使用起来最舒适和最有效。
3．4 材料 • 刀柄采用木质或电木材料；刀体选择马 氏体不锈钢3Crl3。 3．5 质量(重量) • 质量(重量)取0．5kg。 • 新片刀设计效果图参见图17，尺寸图参 见图18。
图17
图18
设计总结
• 通过以上分析，厨刀的设计应考虑如下内容。 • ①人体的腕部是完成切削动作的关键部位，长 时间不正确的操作方式会造成腕部的积累损伤。 • ②刀柄是人手持握的部位，它直接影响到使用 的功效和人体的舒适程度，是设计的重点。 • ③刀刃与刀柄的倾角应便于施力。 • ④必须保证刀柄与刀体连接的强度。 • ⑤刀背上的辅助(结构)功能应慎重使用，以防 止用刀背操作时，由刀刃引起的误伤事故。
①刀刃呈弧形设计，前部弧形大约与菜板成12°角。 这样既保证了刀刃切削时的阻力与用力共线，同 时，也缓解了直线形刀刃对手臂运刀的角度的限 制。前端倾角便于往复切削，后端弧形便于退刀 操作。 ②刀头最前端的刀尖便于进行戳、挑、刺等操作。 ③刀背略凹，与刀身整体形状相呼应，并利于另一 只手辅助施力。刀身两侧开有防粘连凹槽，能有 效地防止被切割物粘在刀身上阻碍视线，节省了 切菜时去除粘贴物的时间，提高了工作效率。
详尽分析：将厨刀的结构再细分为四个部分： 刀头、刀刃、刀背和刀柄，分别讨论各部 分的形状和功能。 • 1)刀头 • 常见刀头的形状和功能分析见表4。
表4 刀头的形状和功能分析
• 因为半弧形刀头切削灵活，适用范围较广， 所以，可选用这种形式的刀头作为片刀刀头。
2)刀刃 表5
刀刃的形状和功能分析见表5。
（2） 片刀基本操作方式
其有切、剁、砍、割、片(削)、镦六种。表8列出了片刀的 基本操作分析。 • 表8 片刀的基本操作分析
• 2)刀柄、刀刃的倾角 • 由市场调查发现，目前市场上绝大部分片刀的刀柄为直 线式刀柄，如图6所示。使用直线式刀柄进行“切”的操 作时，手腕处于尺侧偏状态，见图7。 • 长期在这种状态下操作会引发腱鞘炎、腕道综合症等积 累损伤。若使手腕处于顺直状态，刀刃与水平面会有一倾 角，见图8。为使手腕处于顺直状态，可以将刀柄向下弯 曲一个角度，即使用弯折式刀柄，见图9。有文献提出， 工具的把手与工作部分成10°左右角时，效果较好。通过 计测，本设计取该角度为12· 。
• (4)木制刀柄 • 木制刀柄手感好，摩擦适中．与人的亲 和力强。 • (5)电木刀柄 • 电木刀柄手感、强度等性能均较好。 • (6)组合式 • 组合式刀柄一般采用金屑加木质或电木 结构，刀柄牢固，手感也好。可满足刀柄 的多种功能要求，同时还能起到装饰作用。 • 。
4．使用者群体分析
• 厨刀的使用者主要是成年人，使用者群体 可定位在20～50岁的年龄段，应同时适合 男性和女性使用 • 2 尺寸计测 • 2．1 选择计测项目 • 片刀设计的尺寸计测项目见表9-9所示计 测内容。 • 2．2选择计测对象 • 计测对象可选择20-50岁的男性和女性。
图10 阻力与用力不共线产生旋转力矩
图11 刀刃切削时的阻力与用力共线
• 3)刀具重心分析 (1)重心在刀身前部 • 在进行砍、剁等施力较大的操作时省力，但在切、割、顿、片时容 易产生疲劳，参见图12。 (2)重心在刀身后部 • 与前者相反，在切、割、顿、片时很灵活，但在砍、剁的操作中施 力困难，参见图13。 (3)重心在刀身中部 • 是前面两者的综合，适应面较广，参见图14。
图12 重心在刀身前部
图13 重心在刀身后部
图14 重心在刀身中部
3.材料分析
1)刀片材料 • 由于不锈钢具有在腐蚀性介质中高度稳定、高硬度、高耐磨性、易 清洁和美观等特点，绝大多数厨刀均选用不锈钢作为刀身材料。3Crl3， 7Crl7M，Mo717-1、Mo717-2、Mo717-3等型号的不锈钢都是很好的 刀身材料。在添加了Mo元素后，不锈钢可以具有更好的韧性和耐磨性。 2)刀柄材料 • (1)金属刀柄 • 金属刀柄一般采取刀片与刀柄一体化，结实，但手感不好，且容易 滑脱。 • (2)塑料刀柄 • 塑料刀柄脆性较大，在强震动下易破裂。它还具有易滑脱，易老化， 手感不好等缺点。 • (3)橡胶刀柄 • 橡胶刀柄手感较好，与手之间的摩擦适中。但存在老化问题，与人 的亲和力也较差。
案例1：厨刀设计
问题：厨刀是百姓居家必备的用具。它用途广泛，与人的关 系密切，是人们下厨的得力助手。但厨刀设计还没有达到 最优的形态。因为厨刀设计不良而引发的切断手指等意外 伤害事故，以及腱鞘炎、腕道综合症等重复性积累损伤时 有发生。所以，有必要对厨刀设计中的人机工程学问题进 行研究。 • 本设计的目的：是研究握柄形状，增加持握稳定性，避 免意外伤害事故的发生；研究握柄角度，以保证手腕处于 顺直状态，减少重复性积累损伤；研究刃口角度，以利于 运刀、施力，缓解手臂的疲劳；解决食指因局部受力而引 发的疼痛；解决粘刀问题，减少无效动作，提高工作效率。
图6 直线式刀柄
图7 手腕处于尺侧偏状态
图8案手腕处于顺直状态
图9 弯折式刀柄
• 切削时腕部不仅需要克服来自刃口的阻力，还需 要克服由于阻力与用力不共线而产生的旋转力矩， 见图10。它增加了腕部负荷，加快了疲劳的来临。 为减小旋转力矩，提高用力效率，应尽可能使刀 刃切削时的阻力与用力共线。此时，刀刃圆弧也 应有一与握柄相对应的倾角12°，见图11。 • 为缓解直线形刀刃对手臂运刀时角度的限制， 保证运刀动作流畅，刀刃的前部和后部应采用圆 弧形过渡。这样，既缩短了刃口与被切物接触线 的长度，增加了单位长度上的切削力，同时，也 利于进刀和退刀。
表1 厨刀的用途与分类
由于片刀是日常居家最常用的厨刀，所以，以片刀设计为 例，进行人机工程的应用研究。
2．片刀尺寸的测量统计值
• 通过对收集到的26把片刀的尺寸测量，得 到目前市场上片刀的基本尺寸统计值如表2 所示。 • 表2 片刀的基本尺寸统计值
表2 片刀的基本尺寸统计值
3 现有厨刀的分析
刀刃的形状和功能分析
• 其中，弧线后部凸起结构使用灵活、省力，受力 状态合理。因此，可选用这种形式的刀刃作为片 刀刀刃。
3)刀背
• 刀背的形状及功能分析见表6。 表6 刀背的形状及功能分析
一般来说，应尽量少采用这类附加功能，因为在利用刀背操 作时，另一侧的刀刃很容易引起误伤。
4)刀柄
刀柄侧面形状可归纳成表7中常见的几种形式。 刀柄横截面一般为矩形、圆形或椭圆形。 其中，圆形刀柄虽然持握舒适，但容易旋 转，持握稳定性较差；椭圆形刀柄持握较 圆形稳定，不易旋转，也较舒适；矩形刀 柄虽然持握稳定，但舒适性较差。刀柄的 形状及功能分析见表7。
表7 刀柄的形状及功能分析
• 与矩形、圆形刀柄相比，椭圆形刀柄持握 稳定，也较舒适，因此，可选用这种形式 的刀柄作为片刀刀柄
2．操作分析
1)片刀持握方式及基本操作方式 • (1)片刀常见的持握方式 • 其可分为竖握方式(两种)和横握方式(一种)， 参见图2、图3。
图2 竖握方式
图3 横握方式
3 ． 1 功能分析 • 为了使片刀的设计满足人机工程学关于手 工具设计原则的要求，我们对现有厨刀的 功能、结构、材质进行了市场调查，期望 对新片刀的设计能有所启迪和帮助。通过 对市场现有产品及资料的收集，整理出几 种具有代表性的厨刀结构，并对这些结构 进行了功能分析，详见表3。
表3 厨刀的用途、结构及功能分析
图4 拇指、食指受到较大的局部压应力
图5 拇指直接按在金属刀身上
• 由图2、图3可见，三种持握方式食指都直 接与刀身尾部端面接触，在切削操作时， 受到较大的局部压应力，常常造成食指中 部出现红肿、压痕或不适。对竖握持握方 式(a)，由于拇指直接按压在刀背上，也会 受到较大的局部压应力。因此，在食指与 刀身尾部端面接触处和刀背拇指按压处均 需加以改进，以改善食指、拇指的受力状 况(见图4箭头位置)。对于横握方式，拇指 直接按在金属刀身上，也应加以改进(见图 5箭头位置)。
厨刀人机设 计 流程图
1 现状分析
1．1 现有资料收集 • 厨刀的主要功能是完成对蔬菜、肉类的切削、 分割工作。切、剁、砍、割、片(削)、镦是厨刀 最常用的操作动作(参见表8)。这些动作可以满足 绝大部分切削、分割工作的要求。新厨刀设计应 在满足人机工程学关于手工具设计原则的前提下， 较好地完成这些操作。 1．2 现有厨刀的收集 厨刀的用途与分类 • 通过市场调查发现，厨刀随着其用途不同而表 现为不同的形态。厨刀的用途与分类参见表9—1。
图15 竖握、横握拇指按压结构
图16ຫໍສະໝຸດ Baidu食指保护结构
3．2 刀柄、刀刃角度
• 本设计采用弯折式刀柄，以保证操作者 持握刀具时手腕处于顺直状态。通过计测 得到的弯折角为12°。 • 为避免切削时产生旋转力矩，刀刃所受 阻力最好与刀柄施加的切削力共线。因此， 取刀刃切削部分与刀柄平行。
3．3 刀身形状