第三章第三节人体生物力学特性PPT格式课件下载.ppt=安全人机工程学=湖南工学院PPT格式课件下载.ppt

1、肌力是多条肌纤维的收缩力总和。女性的肌力比男性低女性的肌力比男性低20%-30%20%-30%；惯用右手者右手肌力比左手高约惯用右手者右手肌力比左手高约10%10%；惯用左手者左手肌力比右手高约惯用左手者左手肌力比右手高约6%-7%6%-7%。2操纵力操纵力在在作作业业中中，为为了了达达到到操操作作效效果果，操操作作者者有有关关部部位位（手手、脚脚、躯躯干干等等）所所施施出出的的一一定定大大小小的的力力叫叫操作力操作力操作力操作力。工工作作的的操操纵纵力力主主要要是是臂臂力力、握握力力、指指力力、腿腿力力或或脚脚力力，有有时时也也用用到腰力、背力等。到腰力、背力等。立姿弯臂时的力量分布 3影响

2、操纵力的因素影响操纵力的因素操操纵纵力力与与施施力力的的人人体体部部位位、施施力力方方向向和和指指向向（转转向向），施施力力时时人人的的体体位位姿姿势势、施施力力的的位位置置、施施力力时时对对速速度度、频频率率、耐耐久久性性、准准确确性性的的要要求求等等多多种种因素有关。因素有关。决决定定操操纵纵力力的的因因素素：肌肌力力、施施力力的的姿姿势势、部部位位、方式和方向。方式和方向。（二）手的操纵力二）手的操纵力1坐姿操纵力坐姿操纵力手臂操纵力的一般规律：手臂操纵力的一般规律：（1）左手力量小于右手；）左手力量小于右手；（2）手手臂臂处处于于侧侧面面下下方方时时，推推拉拉力力都都较较弱弱，但但其其

3、向向上上和和向下的力较大；向下的力较大；（3）拉力略大于推力；）拉力略大于推力；（4）向向下下的的力力略略大大于于向向上上的力；的力；（5）向向内内的的力力大大于于向向外外的的力。力。坐姿时手臂的操纵力的坐姿时手臂的操纵力的坐姿时手臂的操纵力的坐姿时手臂的操纵力的测试方位测试方位测试方位测试方位 表表3-1坐姿时手臂在不同方向上的操纵力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力立姿操纵时，手臂在不同角度上的拉力立姿操纵时，手臂在不同角度上的拉力和推力分布如图和推力分布如图3-3所示。所示。图图3-3立姿操作时手臂在不同角度上立姿操作时手臂在不同角度上的拉力和推力分布的拉力和推力分布拉

4、力推力2立姿操纵力立姿操纵力由图可知，最大拉力产生在肩的下方由图可知，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方向上，手臂的最大推力则产生在肩的上方肩的上方0方向上。方向上。所以，以推拉形式操纵的控制装置，安所以，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。装在这两个部位时操纵力最大。3握力握力一一般般人人右右手手的的握握力力大大于于左左手手。一一般般青青年年男男子子右右手手平平均均瞬瞬时时最最大大握握力力约约为为550N，左左手手约约为为421N。保保持持1min后后，右右手手平平均均握握力力降降到到274N，左左手手降降至至244N。可见，握力与手的姿势和施力

5、持续时间有关。人人们们在在劳劳动动过过程程中中，要要使使用用各各种种手手持持工工具具进进行行操操作作，如钳子、镊子、锄头、斧头等等。如钳子、镊子、锄头、斧头等等。手手持持工工具具把把柄柄的的外外形形、大大小小、长长短短、重重量量以以及及制制造造材材料料除除应应满满足足操操作作的的要要求求外外，还还要要符符合合操操纵纵者者的的生生理特点和生物力学特点，以减轻劳动强度。理特点和生物力学特点，以减轻劳动强度。3握力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）。是人能够施加在手柄上的最大握紧力

6、（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。的数值。年龄在年龄在30岁以上时，可用下式（岁以上时，可用下式（5-1）近似计算手操纵的握）近似计算手操纵的握紧强度。紧强度。式中式中手操纵握紧强度，手操纵握紧强度，N；年龄，周岁。表表5-2男女不同年龄段握力男女不同年龄段握力表表5-3应用手柄操纵时最合适的力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

7、可的操纵力，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。以得到最好的操纵。操作者站时臂伸直的最大拉力产生在操作者站时臂伸直的最大拉力产生在180的位置上，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立时臂伸直的最大推力产生在0的位置上，即垂直的位置上，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。所限，不在此方向布置操纵机构。手的操纵力与手动操

8、纵器的布置手的操纵力与手动操纵器的布置人在伸直前臂时向前推较向侧面推所产生的力大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）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一般人在平稳动作时，手臂所产生的最大操纵力可达可达800N，人在猛烈瞬间动作时，所产生的最大，人在猛烈瞬间动作时，所产生的最大操纵力可达操纵力可达10001100N。正常情况下用手操纵时，操纵机构所需要的操纵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力不应大于127150N，否则不能持久工作，且，否则不能

9、持久工作，且极易出现疲劳，若在这种情况下，继续坚持劳动，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。则可能导致事故发生。（三）脚的操纵力（三）脚的操纵力在在生生产产中中，用用脚脚操操作作的的情情况况很很多多。最最常常见见的的是是汽汽车车的的离离合合器器踏踏板板和和刹刹车车踏踏板板，缝缝纫纫机机踏踏板板，加加工工机机械械（如冲床、蒸汽锤等）的脚踏控制装置等。（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。下下肢肢伸伸直直时时脚脚所所产产生生的的力力大大于于下下肢肢弯弯曲曲时时脚脚产产生生的的力。坐坐姿姿有有靠靠背背支支持持时时，脚脚可可产产生

10、生最最大大的的力力；立立姿姿时时，脚的用力比坐姿时用力大。脚的用力比坐姿时用力大。（三）脚的操纵力（三）脚的操纵力一般坐姿时，右脚最大蹬力平均可达到一般坐姿时，右脚最大蹬力平均可达到2568N，左，左脚为脚为2362N。据测定膝部伸展角在据测定膝部伸展角在130150或在或在160180之之间时，腿的出力最大，脚产生的操纵力一般都是以间时，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对称线向外偏转的程度有关图图5-4为脚在各个角度时出力及其比值。为脚在各个角度时出力及其比值。不同体位下脚的

11、蹬力及在各个角度时的压力比值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。于女的脚力。表表3-4为脚的操纵力比较。为脚的操纵力比较。脚别脚别屈曲力屈曲力伸展力伸展力男男女女男男女女右脚右脚左脚左脚326326299299234234209209478478421421344344299299 二二 人体运动的速度与准确度人体运动的速度与准确度内容：（一）肢体的动作速度（一）肢体的动作速度（二）人体运动的精度（二）

12、人体运动的精度（一）（一）肢体的动作速度肢体的动作速度肢肢体体动动作作速速度度的的大大小小，基基本本上上取取决决于于肢肢体体肌肌肉肉收收缩缩的速度。的速度。肌肉收缩的速度取决于肌肉收缩的速度取决于：1.中中枢枢神神经经系系统统（根根据据需需要要时时而而使使慢慢肌肌纤纤维维收收缩缩，时而使快肌纤维收缩，从而改变肌肉的收缩速度）时而使快肌纤维收缩，从而改变肌肉的收缩速度）2.肌肌肉肉收收缩缩时时所所发发挥挥的的力力量量和和阻阻力力的的大大小小（发发挥挥的的力量愈大，外部阻力愈小，则收缩速度愈快）力量愈大，外部阻力愈小，则收缩速度愈快）3.取取决决于于动动作作方方向向和和运运动动轨轨迹迹等等特特征征

13、（不不同同的的动动作作特特点点对对运运动动速速度度影影响响十十分分显显著著，表表5-5至至5-7给给出出人人体不同部位运动速度与频率值体不同部位运动速度与频率值）表表3-5人体各部位运动速度与频率限度人体各部位运动速度与频率限度动作速度或作速度或频率率数数值单位位手的运手的运动控制操控制操纵杆位移杆位移手指敲手指敲击的最大的最大频率率旋旋转把手或把手或驾驶盘身体身体转动手控制的最大手控制的最大谐振截止振截止频率率手的弯曲与伸直手的弯曲与伸直脚掌与脚的运脚掌与脚的运动35358.88.8173 359.429.4229.460.720.721.620.80.81.01.01.20.360.360

14、.72cmcms-1cmcms-1次次s-1r rs-1次次s-1HzHz次次s-1次次s-1 表表3-6动作速度表动作速度表动作部位作部位动作特点作特点动作一次最少的平均作一次最少的平均时间/s手手 直直线的的 抓取抓取动作作 旋旋转动作作 曲曲线的的 克服阻力克服阻力 不克服阻力不克服阻力0.070.070.220.220.720.720.220.22脚脚直直线的的克服阻力的克服阻力的0.360.360.720.72腿腿直直线的的脚向脚向侧面面0.360.360.720.721.45躯干躯干弯曲弯曲倾斜斜0.720.721.621.261.26表表3-7人体各部分的最大频率人体各部分的最大

15、频率动作部位作部位动作最大作最大频率率/（次次min-1）动作部位作部位动作最大作最大频率率/（次次min-1）手手手指手指前臂前臂204204406360360431160160292臂臂腿腿脚脚9999344300300373330330400123456 人体躯人体躯干和肢干和肢体在水体在水平面的平面的运动比运动比在垂直在垂直面的运面的运动速度动速度快快。垂直方垂直方向的操向的操纵动作，纵动作，从上往从上往下的运下的运动速度动速度比从下比从下往上的往上的运动速运动速度快。度快。水平方水平方向的操向的操纵动作，纵动作，前后运前后运动速度动速度比左右比左右运动速运动速度快，度快，旋转运旋转运动比直动比直线运动线运动更灵活。更灵活。顺时针顺时针方向的方向的操作动操作动作比逆作比逆时针方时针方向的操向的操作动作，作动作