基于人機工程學兒童自行車設計

趙珊 張菁 于寶群

摘?要：主要針對兒童童車領域，以年齡較大兒童使用的自行車為主要論述和設計對象，運用理論研究和調查相結合的方式。通過收集資 料，調查研究，理論學習入手設計兒童自行車。

關鍵詞：兒童自行車;新穎;造型;人性化

通過觀察市場上已有的童車，對于單調統一的造型，讓我對兒童自行車的車架造型設計產生了濃厚的興趣。在進行頭腦風暴后，通過手繪作圖畫出自己理想的造型，然后對其進行人機尺寸計算。由于其中一個設計要點是增加使用時間效率，因此，在某些部件的尺寸計算上需要考慮一個變動范圍。緊接著對方案進行實際尺寸建模。

根據設計定位，此次設計主要是針對兒童產品進行人機設計產品，兒童自行車的大體結構及形狀與自行車相似，故計算公式采用自行車計算。尺寸計算主要包括：

1 確定曲柄長L1和中軸高H

首先從國際規定的標準輪徑中取輪徑508mm，按照車架設計的一般方法，取曲柄長 L1為輪半徑R車輪的1/2，即：

L1≈R 車輪/2=508mm÷4=127mm 為了滿足整車的運動性能，中軸高高度與曲柄長和輪半徑關系為：L1

兒童自行車規格選擇20寸，輪徑=20×25.4=508mm（輪半徑=254mm）根據自行車安全要求（GB 3565-83），曲柄端與地面應有一定距離，取此距離100，則：曲柄長度 L1≈ r車輪/2≈254/2=127mm 中軸高度h中軸≈L1+100×r 車輪/254=227mm。

鞍座與五通中心距離 H2=大腿長+小腿加足高+鞋厚-曲柄高+功能=430+367+20-127+160=850mm。

2 立管、上管長度計算：

根據人機工程學原理，一般在騎車者手臂與上胸夾角為50°左右時騎姿最為舒適。按余弦定理，易知上管長A可由下式：

A=L2s+L2-2×Ls×cos50°

其中Ls為上臂長，L為襠部到鎖骨之間V字槽底的距離，可以近似用坐姿頸椎點高減去曲柄長，即：B

按照經驗方法，一般取B≈L腿-1.8L1

對于第50百分位的11-12歲的男童而言：

LS=271mm、L=L坐姿頸椎點高-修正量=541mm-100mm=441mm;

H大腿長=430mm、H小腿加足高=367mm

L腿=H大腿長+H小腿加足高=430mm+367mm=797mm

A=2712+4412-2×271×441×cos50°=338mm

B

3 設計立管、前管傾角

一般地：65°≦α≦75°，65°≦β≦75°，α略大于β。其中α取大值則騎行效率高，取小值則整車穩定性好。β取大值則車架剛性好;取小值則吸振性好。故確定α=72°，則β自行車前管、下管長度的定中的d1與d2來確定。其中d2與腳蹬寬度有關，而腳蹬寬度可取足長1/3-1/4。

按整車技術要求，對于20英寸車：

d1=60×R車輪/254=60×254/254=60mm

d2>89×R車輪/254=89×254/254=89mm取d2=90mm，取β=70°

4 鞍座距離地面高度H1

與小腿長、足高、大腿長等下肢功能長度有關，加適當修正量。高度一般在435-635mm。小于435mm的童車，另外還要符合GB6675-2003《國家玩具安全技術規范》。

H1=109%×會陰高+功能修正量（鞋厚、踮腳）=109%×647+25=730mm。

5 鞍座與五通中心距離H2及曲柄長度L1

查詢國家標準：“中國未成年人體尺寸”GB/T 26158-2010中的未成年男子第50百分位的大腿長、小腿加足高分別為：

H大腿長=430mm、H小腿加足高=367mm

下肢長=大腿長+小腿加足高=430+367=797mm

H2和L1之和要小于下肢長：

H2+L1

L1=127mm?H2=H1-L1-離地高度=730mm-127mm-100mm=503mm

H2+L1=503mm+127mm=630mm<797mm?合適

6 腳蹬與距離地面的安全距離H3

該距離要適當，應要保證自行車傾斜20°時腳蹬不觸及地面。另外需要考慮足尖間隙，即腳蹬和前輪胎或前泥板之間的間隙至少為89mm。

故取腳蹬與距離地面的安全距離H3=100mm。

7 車架形態與結構設計

這款自行車車架利用大雁的形態為原型，對其進行改造，表面光滑無突出物，更加安全。并在中間設計空洞，減少材料，減輕重量。

本次設計主體顏色采用金屬紅色和金屬銀色，主要適合大齡男童追求個性，彰顯自我品味。金屬光澤使得自行車配色靚麗，讓人眼前一亮。與此同時，紅色給人以熱烈、熱情、活力、動感的感受，迎合青少年兒童當下的心理需求。

自行車效果圖

參考文獻：

[1]張峻霞，王新亭.人機工程學與設計應用.國防工業出版社，2010.1.

[2]趙江洪，譚浩.人機工程學教程.高等教育出版社，2001（第一版）.

[3]《中國未成年人人體尺寸》GB/T 10000-88.

[4]《自行車車架》QB 1880-2008.