1、人机工程学在设计里的应用人机工程学在设计里的应用 班级：工业设计 姓名：陈晓清 学号：090602015 一一、椅子椅子 我们根据古籍资料开发了多款“第一把交椅”，选用优质的鸡翅木做原料，充 分体现了其木质肌理细密，紫褐色深浅相间成文，予人以羽毛璀璨闪耀之感的特 点。还原了这款历史上最有名的椅子！这种椅子的特点是木头的双脚交叉，张 开以后才能平稳，所以又称“交床”。 大约在唐以后，人们才把带后背与 扶手的坐具称为椅子。在宋元时已出现了带靠背的交椅，分为直背与圈背 两大类。明代的交椅就是圈背交椅的延续与发展，而前者直后背交椅， 三 才图会名之曰“折叠椅”。 明代交椅以造型优美流畅而著称，它的椅圈
2、曲线弧度柔和自如，制作 工艺考究，通常由三至五节榫接而成，后背椅板上方施以浮雕开光，座面 多以麻索或皮革所制，前足底部安置脚踏板，装饰实用两相宜。扶手、靠 背、腿足间，一般都配制雕刻牙子，另在交接之处也多用铜装饰件包裹镶 嵌，不仅起到坚固作用，更具有点缀美化功能。交椅可折叠，搬运方便。 在交椅进入厅堂时，它的交叉折叠的椅足已失去了原来野外使用的功 能，于是有人将它改成常规椅子的四条直足，这便成了“圈椅”。现传世 的明式交椅， 以黄花梨最珍稀， 而杂木交椅的存世量不少。 二二、自行车自行车 1886 年，英国的约翰.k.斯塔利，是一位机械工程师，从机械学，运动 学的角度设计出了新的自行车样式，为
3、自行车装上了前叉和车闸，前后轮 的大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶 的车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件 用的机床，为自行车的大量生产利推广应用开辟了宽阔的前景，因此他被 后人称为“自行车之父”。斯塔利所设计的自行车车型与今天自行车的样 子基本一致了。 1888 年，爱尔兰的兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中得到启示，他把 家中花园里用来浇水的橡胶管粘成圆形，打足了气，装在自行车轮子上， 前往参加骑自行车比赛，居然名列前茅，引起了人们极大的兴趣。充气轮 胎是自行车发展史上一个划时代的创举，它增加了自行车的弹性，不会因 路面不平而震动；同时大
4、大地提高了行车速度，增大了车轮与路面的摩擦 力。这样，就根本上改变了自行车的骑行性能，完善了自行车的使用功能。 同样是 1888 年，英国考文垂市的约翰.k.斯塔利 生产出了第一辆现代 自行车“安全”自行车。其主要特点是采用菱形车架，使得车身有 更高的刚度和强度，后轮用链条驱动，并通过前叉直接把握方向。 骑行性能与自行车的结构尺寸有关，骑行者的体材与车辆相互匹配才 会骑行轻快、舒适和操纵自如。人体与车辆在 A、B、C3 点接触,3 个点组成 一个三角形，它的边长和角度是自行车的重要参数。AB 和 AC 的长度关系到 骑行者能否最有效地发挥体力。BC 的长度和位置依车型和骑行者习惯而 定，它决定
5、骑行者的姿势和舒适性。 （降速自行车） 自行车前后轮中心距 L、前叉倾斜角 和前叉伸距 T 也是自行车的主 要参数，根据车型选定。一般来说，L、T 值大而 值小时，车辆稳定性好， 直线行驶的自复力强，但灵活性差；反之，L、T 值小而 值大时，车辆灵 活性强而稳定性差些。L 值是根据骑车人的体材来选择,一般在 900 1200mm; 值在 6575;T 值决定于 值。前叉翘度 H 通常控制在前叉 转向轴线和前轮中心垂线交点 J 的位置， J 点离地面的高度一般为车轮半径 R 的 1560。另外，制造精度以及车轮重量（含轮胎）也影响骑行性 能。 三三、电话电话 提起人机工程学首先要介绍一个人物亨利
6、 德雷夫斯（Henry Dreyfess， 1903-1972） ，他是人机工程学的奠基者和创始人。德雷夫斯起初是做舞台设计 工作的，1929 年他建立了自己的工业设计事务所。他 1930 年开始与贝尔公司 合作，德雷夫斯坚持设计工业产品应该考虑的是高度舒适的功能性，提出了“从 内到外（from the inside out）”的设计原则，贝尔公司开始认为这种方式会使电 话看来过于机械化，但经过他的反复论证，公司同意按照他的方式设计电话机。 这以后德雷夫斯的一生都与贝尔电话公司有结缘， 他是影响现代电话形式的最重 要设计师。 贝尔公司 1927 年首次引进横放电话筒， 改变了以往纵放电话筒的设
7、计， 1937 年德雷夫斯提出了从功能出发，听筒与话筒合一的设计。德雷夫斯设计的 300 型电话机，今天看起来虽然老式，但这一设计首次把过去分为两部分、体积很大 的电话机缩小为一个整体。由于这个设计的成功，使贝尔公司与德雷夫斯签订了 长期的设计咨询合约。 五十年代初期，制作电话机的材料由金属转为塑料，从而基本确定了现代电 话机的造型基础。到五十年代末，德雷夫斯已经设计出一百多种电话机。 德雷夫斯的人机工程学的其它研究成果是在1955年以来他为约翰 迪尔公司 开发的一系列农用机械中，这些设计围绕建立舒适的、以人机学计算为基础的驾 驶工作条件这一中心，特点是外型简练，其中与人相关的部件设计合乎人体
8、舒适 的基本要求，这是工业设计的一个非常重要的进步与发展。德雷夫斯的设计信念 是设计必须符合人体的基本要求，他认为适应于人的机器才是最有效率的机器。 四四、汽车汽车 1769 年，法国人 N.J.居纽(Cugnot)制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮 汽车。1879 年德国工程师卡尔.苯茨(KartBenz)，首次试验成功一台二冲程 试验性发动机。 1883 年 10 月， 他创立了“苯茨公司和莱茵煤气发动机厂”， 1885 年他在曼海姆制成了第一辆苯茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用 一台两冲程单缸 0.9 马力的汽油机，此车具备了现代汽车的一些基本特点， 如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹
9、簧悬架、后轮驱动前轮转向和 制动手把等。 1886 年的 1月 29日， 德国工程师卡尔?本茨为其 机动车申请了专利。同年 10 月，卡尔本茨的三轮机动车获得了德意志专利 权（专利号：37435a）。这就是公认的世界上第一辆现代汽车。由于上述 原因，人们一般都把 1886 年作为汽车元年，也有些学者把卡尔.苯茨制成 第一辆三轮汽车之年(1885)，视为汽车诞生年。（世界第 一辆汽车） 甲壳虫型汽车甲壳虫型汽车 1934 年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验 的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934 年， 美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设
10、计。1937 年，德国设 计天才费尔南德?保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在 地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发 挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。 船型汽车船型汽车 这种汽车改变了以往汽车造型的模式，使前翼子板和发动机罩，后翼 子板和行李舱罩溶于一体，大灯和散热器罩也形成整体，车身两侧形成一 个平滑的面，车室位于车的中部，整个造型很象一只小船，所以人们把这 类车称为“船型汽车”。 鱼型汽车鱼型汽车 为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较 强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车
11、。1952 年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从 汽车背部形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察， 会发现鱼型汽车的背部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的 气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。 楔形汽车楔形汽车 “鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但 却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设 计师最终找到了一种新车型楔形。这种车型就是将车身整体向前下方 倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。 楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空 气动力学)
12、等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒 适性作为次要问题考虑。如 20 世纪 80 年代的意大利法拉利跑车，就是典 型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其 造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合 现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的 快捷感。 日本丰田汽车有限公司的 MR2 型中置发动机跑车(尾部装有挠流 板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。 汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适性恰当 地予以结合，在充分考虑到以上两个关键问题的基础上，努力开发人体工 程学领域的新技术，以设计、制
13、造出更完美、更优秀的汽车为目标的。 五五、飞机飞机 莱特兄弟与人类历史上第一架飞机。大多数飞机由五个主要部分组成： 机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。 二十世纪最重大的发明之一，是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像 鸟一样在太空中飞翔。而 2000 多年前中国人发明的风筝，虽然不能把人带 上太空，但它确实可以称为飞机的鼻祖。 1927 年至 1932 年中，座舱仪表和领航设备的研制取得进展，陀螺技术 应用到飞行仪表上。这个装在万向支架上的旋转飞轮能够在空间保持定向， 于是成为引导驾驶员能在黑暗中、雨雪天中飞行的各种导航仪表的基础。 这时飞机中就出现了人工地平仪，它能向飞行员指示飞机所处的
14、飞行高度； 陀螺磁罗盘指示器，在罗盘上刻有度数，可随时显示出航向的变化；地磁 感应罗盘，它不受飞机上常常带有的大量铁质东西的影响，也不受振动和 地球磁场的影响。这些仪表以灵敏度高、能测出离地 30 多米的高度表和显 示飞机转弯角速度的转弯侧滑仪，此外还有指示空中航线的无线电波束， 都是用来引导驾驶员通过模糊不清的大气层时的手段。 1939 年 9 月 14 日世界上第一架实用型直升机诞生， 它是美国工程师西 科斯基研制成功的 VS300 直升机。西科斯基原籍俄国，1930 年移居美国， 他制造的 VS300 直升机，有 1 副主旋翼和 3 副尾桨，后来经过多次试飞， 将 3 副尾桨变成 1 副
15、，这架实用型直升机从而成为现代直升机的鼻祖。 飞机的机翼的上下两侧的形状是不一样的，上侧的要凸些，而下侧的则 要平些。当飞机滑行时，机翼在空气中移动，从相对运动来看，等于是空 气沿机翼流动。由于机翼上下侧的形状是不一样，在同样的时间内，机翼 上侧的空气比下侧的空气流过了较多的路程（曲线长于直线），也即机翼 上侧的空气流动得比下侧的空气快。根据流动力学的原理，当飞机滑动时， 机翼上侧的空气压力要小于下侧，这就使飞机产生了一个向上的升力。当 飞机滑行到一定速度时，这个升力就达到了足以使飞机飞起来的力量。于 是，飞机就上了天。 说的再直观点：上表面数据一律假设为 1，下表面一律假设为 2。则： 机翼上表面长度为 S1，下表面为 S2，上表面和下表面在空气中移动的时间 一定，设为 T，T1=T2，由此可以得出：V1=S1/T1 V2=S2/T2 S1S2 T1=T2， 所以：V1V2，根据帕奴利定理“流体对周围的物质产生的压力与流 体的相对速度成反比。”，因此上表面的空气施加给机翼的压力 F1 小于下 表面的 F2。F1、F2 的合力必然向上，这就产生了升力。
