基于人机工程学的钳子设计

基于人机工程学的钳子设计

姓名：顾谊华班级： 11工设一学号：20110609130

1.设计背景

钳子，手工工具，钳口有刃，多用来起钉子或夹断钉子和铁丝。是一种夹钳和剪切工具。钳子一般用碳素结构钢制造，先锻压轧制成钳胚形状，然后经过磨铣、抛光等金属切削加工，最后进行热处理。钳的手柄依握持形式而设计成直柄、弯柄和弓柄3种式样。钳使用时常与电线之类的带电导体接触，故其手柄上一般都套有以聚氯乙烯等绝缘材料制成的护管，以确保操作者的安全。

它将较小的外力转化成较大的功力，使得钳子能有效地夹持或者剪切。当施加在钳臂上的外力随着杠杆率而增加时，钳嘴的作用力产生一个夹持移动的外力。如果要产生一个较大的外力，从钳子铆接位置的中心到手柄的距离必须尽可能的长，从夹持口或剪切口到铆接中心的距离必须尽可能的短。不过许多钳子不会很大程度上的增加手力，因为他们只是使在难操纵的地方作业更容易，例如：电子设备的装配和电子类及精密工程类的应用等。

钳子在欧洲的起源可以追溯到公元前一千多年，人们刚开始铸铁。在铸造过程中，钳子可以用于夹持炽热的铁块。过去锻造钳子的形状保留至今，几乎没有什么改变。钳子种类随着手工业、商业和工业化的发展而扩大。据统计，通用钳类已经发展到100种。特殊应用的钳类也在不断的增加。

由于，钳子的种类与使用人群的增加，各种人机的改良设计也应运而生，因此，本设计以钳子为课题，对其进行人机方面的改良设计。

2.现有产品的调研

2.1钳子的种类

钳子按性能可分为：夹扭型、剪切型、夹扭剪切型

按形状可分为：尖嘴、扁嘴、圆嘴、弯嘴、斜嘴、针嘴、顶切、钢丝钳、花鳃钳等。

按用途可分为：DIY、工业级钳用、专用钳等。

以结构形式分：穿鳃和叠鳃两种。

2.2 使用钳子及养护措施

使用钳子是用右手操作。将钳口朝内侧，便于控制钳切部位，用小指伸在两钳柄中间来抵住钳柄，张开钳头，这样分开钳柄灵活。

切勿把钳子当锤子使。

定期在钳子的抛光面及结合部位滴上一滴保护机油，就能使钳子保持良好的工作状态，从而延长钳子使用寿命。

2.3 常见钳子的形态及功能分析

钢丝钳

钢丝钳是一种夹钳和剪切工具。钢丝钳由钳头和钳柄组成，钳头包括钳口、齿口、刀口、和铡口。钳子的各部位的作用是：①齿口可用来紧固或拧松螺母；

②刀口可用来剖切软电线的橡皮或塑料绝缘层，也可用来剪切电线、铁丝；③铡口可以用来切断电线、钢丝等较硬的金属线；④钳子的绝缘塑料管耐压500V 以上，有了它可以带电剪切电线。

尖嘴钳

尖嘴钳又叫修口钳，主要用来剪切线径较细的单股与多股线，以及给单股导线接头弯圈、剥塑料绝缘层等，它也是电工（尤其是内线电工）常用的工具之一。其外形如图。它是由尖头、刀口和钳柄组成。电工用尖嘴钳的钳柄上套有额定电压500V的绝缘套管。尖嘴钳由于头部较尖，使用与狭小空间的操作使用用尖嘴钳弯导线接头的操作方法是：先将线头向左折，然后紧靠螺杆依顺时针方向向右弯即成。

剥线钳

剥线钳为内线电工，电动机修理、仪器仪表电工常用的工具之一，其外形如下图。它是由刀口、压线口和钳柄组成。剥线钳的钳柄上套有额定工作电压500V 的绝缘套管。

剥线钳适宜用于塑料、橡胶绝缘电线、电缆芯线的剥皮。

手动式自动式

管子钳

其他名称：管子扳手。用于紧固或拆卸各种管子、管路附件或圆形零件。为管路安装和修理常用工具。其嵌体可锻铸制造外。另有铝合金制造，其特点是重量轻，使用轻便，不易生锈。

3.发现问题

经过对常用的两种钳子的使用示意图的分析，发现人在使用钳子的过程中，会存在许多动作不符合人机工程学。

经过调查资料，问题的存在大致可以从两方面分析并解决。

3.1钳子本身构造因素

正常钳子的构造程左右对称型，钳子臂上有防滑绝缘套，常见尺寸如右图，双臂合上留足指缝间距，以避免夹手。结构简单，并不完美。

基本形态

3.2钳子的使用（人的因素）

尖嘴钳

人机交互界面

使用钳子是用右手操作。将钳口朝内侧，便于控制钳切部位，用小指伸在两钳柄中间来抵住钳柄，张开钳头，这样分开钳柄灵活。

原本设计的有点，两手柄中间的空隙可以很好的防止夹手，并且易于掌控钳子开口的大小，手柄设计成弧形，并加上防滑绝缘套，更好得迎合手掌，增加手腕与手柄的摩擦力，从而更好的掌控握力。

然而，无论是平握还是立握，都存在一些共同的问题，其一，用食指夹在两握臂之间来控制钳子的张力，因此该钳子在使用中，常常让使用者的食指承载负荷。

问题之二，手腕弯曲问题，众所周知手腕弯曲后对力的掌控不佳，根据分析上面两张图（虚线部分），手腕的弯曲总体向上。

钢丝钳

使用钢丝钳要量力而行，不可以超负荷的使用。不可在切不断的情况下扭动钳子，容易崩牙与损坏，无论钢丝还是铁丝或者铜线，只要钳子能留下咬痕，然后用钳子前口的齿夹紧钢丝，轻轻的上抬或者下压钢丝，就可以掰断钢丝，不但省力，而且对钳子没有损坏，可以有效的延长使用寿命。

存在问题与尖嘴钳相同，局部

受力与手腕弯曲，为此，必须找到

一种最舒适的使用姿势，例如右图

是站立使用的示意图，手腕与手臂

程一条直线，钳臂对手的里近乎共

线，这样就避免了手腕弯曲带来的

不适，并且可以大大减少使用力度。

当然，第二种方法是改进钳子力臂

的弯曲度，使其迎合手腕的弯曲。

最佳受力状态

4.总结上述存在问题

⑴使用不同的钳子时，会使某一手指局部受力，手容易疲劳。

⑵任何角度使用钳子，都存在手腕弯曲，长时间手容易疲劳。

⑶功能很多，但不突出，例如：当扳手使用时太费力。

5.解决方案

对以上存在的几个问题，提出如下解决方案，如有雷同纯属巧合。

1.在钳子手柄上做文章，以手柄的弯曲代替手腕的弯曲，可以将手柄弯曲到一定角度，据上面图示分析，正常人在使用过程中，手腕弯曲的角度在9~15度左右。

2.其次，手柄的特殊部位（尖嘴钳的食指接触部位，钢丝钳的小指接触部位等等）加大防滑与减压处理。

3.功能方面，注重钳夹，扳扭，不同的使用领域再增强它剪的功能。

对功能方面进行改进，当然不能改变其原有的基本尺寸和型号，因为随着工件的不同，需求的工具也必须一一对应。

基本尺寸与型号

（总体尺寸不变）

规格

硬度美标天赋

钳子本体HRC35-50HRC37-48

钳子铆钉HRC25-50HRC27-48

钳子刃口HRC55-65HRC57-63