西安石油大学：《人机工程学 Man-machine Engineering》课程教学资源（PPT课件）第5章 人体生物力学与施力特征

第5章人体生物力学与施力特征

第5章 人体生物力学与施力特征

5.1人体运动与骨杠杆 51.1人体运动系统 运动系统是人体完成各种动作和从事生产劳动的器 官系统。有以下三部分组成: ◆骨一运动的杠杆 ◆关节一运动的枢纽 ◆肌肉一运动的动力

5.1 人体运动与骨杠杆 运动系统是人体完成各种动作和从事生产劳动的器 官系统。有以下三部分组成： ◆骨—运动的杠杆 ◆ 关节—运动的枢纽 ◆ 肌肉—运动的动力 5.1.1 人体运动系统

51.2骨的功能和骨杠杆 1.骨的功能 2骨杠杆,见图5-1 根据支点,力点(动力点)、重点(阻力点)三者不 同的位置分布,分为: ◆平衡杠杆,见图5-1(a) ◆省力杠杆,见图5-1(b) ◆速度杠杆:用力大,但运动速度快,,见图5-1(c) 由等功原理,得之于力则失之于速度,反之亦然。因 此,最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的

5.1.2 骨的功能和骨杠杆 1.骨的功能 2.骨杠杆，见图5-1 根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不 同的位置分布，分为： ◆平衡杠杆 ，见图5-1（a） ◆省力杠杆，见图5-1（b） ◆速度杠杆：用力大，但运动速度快， ，见图5-1（c） 由等功原理，得之于力则失之于速度，反之亦然。因 此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的

5.2人体生物力学模型 5.2.1人体生物力学建模原理 生物力学模型的基本原理建立在牛顿的三大定律基础 ◆物体在无外力作用下会保持匀速直线运动或静止状态; ◆物体的加速度跟所受到的合外力的大小成正比; ◆两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反,作 用在同一条直线上

5.2 人体生物力学模型 生物力学模型的基本原理建立在牛顿的三大定律基础 上： ◆物体在无外力作用下会保持匀速直线运动或静止状态； ◆ 物体的加速度跟所受到的合外力的大小成正比； ◆两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作 用在同一条直线上， 5.2.1 人体生物力学建模原理

5.2.2前臂和手的生物力学模型 分析身体的各个部位能得出相关关节和肌肉的受力 情况,如一个人前臂平举、双手拿起20Kg的物体,此 状态的受力情况如图5-所示:

分析身体的各个部位能得出相关关节和肌肉的受力 情况，如一个人前臂平举、双手拿起20Kg的物体，此 状态的受力情况如图5-2所示： 5.2.2 前臂和手的生物力学模型

5.2.3举物时腰部生物力学模型 在举起重物工作中,脊柱的作用力大小受很多因素 的影响,主要考虑影响最显著的两个因素——货物的 重力和货物的位置到脊柱重心的距离。 如图5-3所示:

在举起重物工作中，脊柱的作用力大小受很多因素 的影响，主要考虑影响最显著的两个因素——货物的 重力和货物的位置到脊柱重心的距离。 如图5-3所示： 5.2.3 举物时腰部生物力学模型

5.3人体的施力特征 5.3.1主要关节的活动范围一 关节的活动范围有一定的限度,人体处于舒适时,关节 必然处在一定的舒适调节范围内。见图54,其数值范围见表 5-1

5.3.1 主要关节的活动范围 关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节 必然处在一定的舒适调节范围内。见图5-4，其数值范围见表 5-1. 5.3 人体的施力特征

5.3.2肢体的出力范围 肌体所能发挥的力量大小取决于: ◆人体肌肉的生理特征 ◆施力的姿势、部位、方式和方向,分别见图55、56、5-7

5.3.2 肢体的出力范围 肌体所能发挥的力量大小取决于： ◆人体肌肉的生理特征 ◆施力的姿势、部位、方式和方向，分别见图5-5、5-6、5-7

5.3.3人体不同姿势的施力 人体所处的姿势是影响施力的重要因素,在不同姿势下的施力状 态如图5-8所示

5.3.3 人体不同姿势的施力 人体所处的姿势是影响施力的重要因素，在不同姿势下的施力状 态如图5-8所示

5.4合理施力的设计思路 541避免静态肌肉施力 设计要点如下 1.避免弯腰及其它不自然的姿势,见图59(a) 2.避免长时间抬手作业,见图59(b) 3.坐姿工作比立姿工作省力 4.双手作业时,手的运动方向相反或不对称 5.作业位置与视距的关系,见图510 6.常用工具、零件、材料与操作者的位置关系 7.手在较高位置作业时,应增设支承物 8.利用重力作用,见图511

5.4 合理施力的设计思路 设计要点如下： 1. 避免弯腰及其它不自然的姿势，见图5-9（a） 2. 避免长时间抬手作业，见图5-9（b） 3. 坐姿工作比立姿工作省力 4. 双手作业时，手的运动方向相反或不对称 5. 作业位置与视距的关系，见图5-10 6. 常用工具、零件、材料与操作者的位置关系 7. 手在较高位置作业时，应增设支承物 8. 利用重力作用，见图5-11 5.4.1 避免静态肌肉施力