华北理工大学人因工程学(人机工程学)课程论文

华北理工大学《人机工程学》课程论文姓名________________________________________________________________________________________________________________________班级________________________________________成绩________________________________________机械工程学院2016.11华北理工大学《人机工程学》课程论文成绩总评表学院：机械工程学院班级：学生姓名及得分论文题目公交车吊环扶手的改良小组总成绩其中：论文成绩答辩成绩分工情况：答辩：论文：注：论文总成绩=论文成绩（60%）＋答辩成绩（40%）华北理工大学《人机工程学》课程论文成绩评分表班级：；学生姓名：论文题目：评价内容具体要求分值评分ABCDE得分调查论证能独立查阅文献和从事调研；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。1010987≤6分析与解决问题的能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理相关数据；能对研究内容进行理论与实践的分析，得出有价值的结论。2020181614≤12工作量及工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力；工作作风严谨务实。2020181614≤12论文质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。4040363228≤24创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。1010987≤6总分总分×60%公交车吊环扶手改良华北理工大学，机械工程学院，河北，唐山，063009摘要：通过搜集人体相关数据，结合数理统计中95%置信度，应用人因工程学原理对现有公交车扶手进行分析，针对扶手高度不合理，吊环抓握舒适度较差的问题，对公交车扶手进行改良。公交车扶手的设计应基于1.不碰头。2.抓握舒适。3.长时间抓握不疲劳。通过分析相关尺寸以及人体最舒适握姿、站姿，本文提出了对吊环的改进方式—可伸缩式吊环设计。关键字：人因工程、扶手设计、可伸缩式吊环1、前言随着经济的快速发展，越来越多的私家车出现在人们的生活中,交通越来越拥挤。公交车作为一种低廉又方便的交通工具，逐渐成为人们出行的首选。但是公交车座位有限，所以公共扶手的数量、质量、结构以及其舒适程度受到了极大的考验。目前，公交车上的扶手多为单排活动型，在公交车进站离站时，由于惯性，乘客不好把握重心，容易摇晃，甚至摔倒。并且，对于相当多的乘客来说，由于扶手过高或过低的原因，在握住公交车扶手后的短时间内，手臂特别容易疲劳。改良公交扶手对人们的出行有着非常重要的意义，应对公交车扶手进行优化设计，提高乘客的乘车舒适度。2、公交车扶手存在的问题现在公交车扶手的高度单一，目前的横杆高度是1850mm，吊环高度是1750mm，并不能满足处于不同身高区间的乘客的需求，身高相对较低的乘客可能会够不到或者踮起脚才能够到扶手吊环，这时候会使得重心不稳，扶手吊环又具有一定的不稳定性，一旦有突发情况容易造成事故。同时，抓握扶手不舒适时，胳膊长时间处于紧绷状态，人就会感到胳膊酸麻。而如果扶手太低又会影响到身高较高的乘客，使吊环和乘客的头部发生频繁碰撞。针对上述问题，应用人机工程学的思想和方法可以进行改善。由于是站立时的辅助工具，所以对扶手吊环的设计应考虑人体立姿垂直手握高度，侧向手握距离和手臂平伸手握距离。3、对共交扶手的调查通过对现有的公交车扶手吊环的展开调查，抽取110人作为统计样本进行满意度调查，对目前吊环比较满意的人占比为52.72%，仍有很大一部分人对扶手吊环的设置不甚满意。同时，对公交扶手的材质进行调查有34.55%的乘客青睐于硅胶材质的扶手，占比最大。其次为综合材质和塑料材质的扶手，占比为16.36%。因此，针对这些让人不满意的方面，从人体舒适度与人机工程学的角度上，进行扶手改良设计是相当有必要，这有利于提高人们生活质量，对交通运输等基础设施和公益性会有很大的提高和改善，对选择的文化、社会秩序、人的素质、休闲、舒适也有一定的影响。4、改进方法4.1华北地区成人男子、女子身高的95百分位数（P95）表1身高、体重、胸围的均值M与方差S项目东北区、华北区西北区东南区均值M标准差S均值M标准差S均值M标准差S体重男648.2607.6597.7女557.7527.1517.2身高男169356.6168453.7168655.2女158651.8157551.9157550.8胸围男88855.588051.586552.0女84866.483755.983159.8表1身高、体重、胸围的均值M与方差S项目华中区华南区西南区均值M标准差S均值M标准差S均值M标准差S体重男576.9566.9556.8女506.8496.5506.9身高男169356.6168457.1164756.7女158651.8157549.7154653.9胸围男85349.285148.985548.3女82055.881957.680958.8唐山属于华北地区，故由GB/T10000-88中国六地区身高、体重、胸围表可知华北地区男子身高的均值x和方差δ为：x=1693，δ=56.6。人体尺寸的百分数与均值和标准差的换算公式为：Pk=x+K,P=x-K。P：人体尺寸的K百分位数；K：转换系数（表2）。当要求1～50百分位之间的百分位数时，去P=x-K；当求50～99百分位之间的百分位数时，取P=x+K。计算得男子95百分位数P95=x+Kδ=1693+1.645×56.6=1786.10mm同理得女子P95=1586+1.645×51.8=1595mm。表2由均值和标准差计算百分位数系数表百分位数转换系数K百分位数转换系数K百分位数转换系数K百分位数转换系数K0.52.576200.842700.52497.51.9612.326250.674750.674982.052.51.96300.524800.842992.32651.645400.25851.03699.52.576101.282500901.282151.036600.25951.6454.2华北地区身高差异修正由于上述所求是净身高，没有考虑鞋子的修正量，因此，应将鞋子考虑进去，鞋底厚度大约为10mm，因此取修正值为10，修正后去成人男性P95=1796，女性为P95=1605。4.3扶手的现状及改善改善对于横杆不碰头，考虑到男性平均身高为1796mm，故高度应处于1796之上范围，目前横杆高度为1850符合数据要求。扶手舒适抓握公式G≤J10女+x+z-tG：扶手横杆中心距离车内地板高度；J10女：女子上举功能高的5百分位。x：女子穿鞋修正量，取x=10mmz：人体身高增长量（GB/T10000-88是20世纪19年代的数据，随着生活水平的改善身高会有相应的增加）取x=20mm’t：人体上举功能高与人体舒适抓握扶手高度相差量。t取150mm。表3双臂功能上举高百分数性别1%5%10%50%90%95%99%男1818185918992003210821382203女1696174117661860195219762009代入数据得出G≤1621mm。表4公交车扶手位置及其高度扶手位置高度扶手位置高度中间横杆185左前轮后挡架105前面侧窗扶手164右前轮后挡架77后面侧窗扶手177后排座椅前挡架110吊环170后门后挡架100座椅106由表3,可知，而目前吊环的高度是固定的1630mm，对于女性来说，抓取扶手时基本处于较不舒适的状态。因此，应在保证男性不碰头以及抓取吊环舒适的情况下进行改善。4.4改善方案单一的吊环高度无法满足所有群体。因此，可以将吊环设计成可伸缩式吊环，当女性抓取时，可以通过拉长吊环来使其高度降低，达到较为舒适的位置。其工作原理如图1图1吊环可以拉长和缩短，来实现吊环高度的升降。吊环右侧有一个按钮，当使拉环长度增加时，按下按钮，向下拉动吊环，到达期望位置后松开按钮，此时吊环的长度就会固定在当前值，若想使吊环升高，则按下按钮，减少拉力，吊环就会自动回位，到达指定位置后松开按钮。4.5结构原理让吊环可以升降是吊环的主要功能，实现这个功能可以使用卷尺原理：内部一个小轮轴，轮轴上缠绕弹性伸缩带，轮子可以旋转但是中心靠弹簧拉着，当拉动伸缩带的时候这个轮子会被随着旋转这个弹簧也是一次次被压悬。按下左侧按钮，长度就会固定，当按下按钮的时候这个弹簧会拉着轮子回位.然后吊环也跟着回去了。在保持现有高度的前提下，吊环吊带的长度应为L=1700-1621=79mm，但考虑到特殊情况，在理论数据的前提下增加21mm至100mm。吊环横向间距去男性95百分位最大肩宽469mm，衣服修正量20mm，心理修正量20mm。L≥509mm。4.6材料选择从现在的生活中，我们知道如今的公交车多采用塑料扶手吊环。然而塑料扶手抗疲劳能力不高，使用寿命短，而且抓握舒适程度不够。因此，我们对吊环的材质进行改善。扶手吊环应保证手握的舒适度，车内扶手主要还是供站立的乘客能在车加速、减速和转弯过程中由惯性引起的身体失衡状态中保持平衡，并且能够建立一个稳定的支撑点。吊环的设计应符合手型，这样能减少长时间抓握时手的疲劳度。为此，我们进行了关于吊环材料选择与使用上的调查，得出以下表格。目前公交车多采用喷漆式钢管扶手和塑料扶手。喷漆式钢管扶手强度高，但是寒冷天气时太凉，使用不方便；塑料扶手适合冬天使用，但是抗疲劳能力不高，使用寿命短，并且在考虑到成本与工艺时，产品抓握舒适程度不够。通过上面的数据，我们发现，有较大比例的被调查者倾向于硅胶材质，另外我们也考虑到硅胶的力学性能和综合性，而且外观美观、轻巧、耐腐蚀，采用硅胶套的形式可以获得和提高最好的舒适度。4.7位置选择综合考虑车厢内部整体分布，在不影响乘客正常乘车状态的前提下设置扶手。下扶手位置应设置在椅背高度附近，在椅背的靠近走道的侧面、背面设置扶手，既不容易碰到，也便于乘客抓握；在靠近走道的座椅设置竖杆，根据上述上、中、下扶手的高度在竖杆上设置扶手的位置；中扶手的位置可设置在车窗一侧。参考文献[1]陆长德，余隋怀，王小平等。工业工程手册—工业设计篇[M].辽宁：东北大学出版社，1999.[2]肖军，罗卫东，袁森。西南地区公交车扶手的人机工程学设计[D]，贵州：贵州大学出版社[3]朱旭涛，王伟涛.浅谈公交车扶手设计[J].汽车实用技术，2010,4:21-23[4]张云凤.谈公交扶手设计[J],商用汽车，2012,6；69—70.