人体生物力学与施力特征.ppt

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1、第第5 5章章 人体生物力学与施力特征人体生物力学与施力特征5.1 5.1 人体运动与骨杠杆人体运动与骨杠杆 运运动系系统是人体完成各种是人体完成各种动作和从事生作和从事生产劳动的器的器官系官系统。有以下三部分。有以下三部分组成：成：u骨骨运运动的杠杆的杠杆u 关关节运运动的枢的枢纽u 肌肉肌肉运运动的的动力力5.1.1 人体运人体运动系系统5.1.2 骨的功能和骨杠杆骨的功能和骨杠杆 1.1.骨的功能骨的功能 2.2.骨杠杆，骨杠杆，见图5-15-1 根据支点，力点（根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分同的位置分布，分为：u平衡杠杆平衡杠

2、杆 ，见图5-15-1（a a）u省力杠杆，省力杠杆，见图5-15-1（b b）u速度杠杆：用力大，但运速度杠杆：用力大，但运动速度快，速度快，见图5-15-1（c c）由等功原理，得之于力由等功原理，得之于力则失之于速度，反之亦然。因失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运此，最大的力量与最大的运动范范围两者是相矛盾的。两者是相矛盾的。5.2 5.2 人体生物力学模型人体生物力学模型 生物力学模型的基本原理建立在牛生物力学模型的基本原理建立在牛顿的三大定律基的三大定律基础上：上：u物体在无外力作用下会保持匀速直物体在无外力作用下会保持匀速直线运运动或静止状或静止状态；u 物体的加速度

3、跟所受到的合外力的大小成正比；物体的加速度跟所受到的合外力的大小成正比；u两个物体之两个物体之间的作用力和反作用力的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用是大小相等、方向相反，作用在同一条直在同一条直线上，上，5.2.1 人体生物力学建模原理人体生物力学建模原理 分析身体的各个部位能得出相关关分析身体的各个部位能得出相关关节和肌肉的受力和肌肉的受力情况，如一个人前臂平情况，如一个人前臂平举、双手拿起、双手拿起20Kg20Kg的物体，此的物体，此状状态的受力情况如的受力情况如图5-25-2所示：所示：5.2.2 前臂和手的生物力学模型前臂和手的生物力学模型 在在举起重物工作中，脊柱的作用力

4、大小受很多因素起重物工作中，脊柱的作用力大小受很多因素的影响，主要考的影响，主要考虑影响最影响最显著的两个因素著的两个因素货物的物的重力和重力和货物的位置到脊柱重心的距离。物的位置到脊柱重心的距离。如如图5-35-3所示：所示：5.2.3 举物物时腰部生物力学模型腰部生物力学模型5.3.1 5.3.1 主要关主要关节的活的活动范范围 关关节的活的活动范范围有一定的限度，人体有一定的限度，人体处于舒适于舒适时，关，关节必然必然处在一定的舒适在一定的舒适调节范范围内。内。见图5-4，其数，其数值范范围见表表5-1.5.3 5.3 人体的施力特征人体的施力特征5.3.2 5.3.2 肢体的出力范肢体

5、的出力范围 肌体所能肌体所能发挥的力量大小取决于：的力量大小取决于：u人体肌肉的生理特征人体肌肉的生理特征u施力的姿施力的姿势、部位、方式和方向，分、部位、方式和方向，分别见图5-55-5、5-65-6、5-75-7。5.3.3 5.3.3 人体不同姿人体不同姿势的施力的施力 人体所人体所处的姿的姿势是影响施力的重要因素，在不同姿是影响施力的重要因素，在不同姿势下的施力状下的施力状态如如图5-85-8所示。所示。5.4 5.4 合理施力的设计思路合理施力的设计思路 设计要点如下：要点如下：1.避免弯腰及其它不自然的姿避免弯腰及其它不自然的姿势，见图5-9（a）2.避免避免长时间抬手作抬手作业，

6、见图5-9（b）3.坐姿工作比立姿工作省力坐姿工作比立姿工作省力4.双手作双手作业时，手的运，手的运动方向相反或不方向相反或不对称称5.作作业位置与位置与视距的关系，距的关系，见图5-106.常用工具、零件、材料与操作者的位置关系常用工具、零件、材料与操作者的位置关系7.手在手在较高位置作高位置作业时，应增增设支承物支承物8.利用重力作用，利用重力作用，见图5-115.4.1 避免静避免静态肌肉施力肌肉施力 用不同的方法来提起重物，用不同的方法来提起重物，对腰部腰部负重的影响不同，重的影响不同，如如图5-12。5.4.2 避免弯腰提起重物避免弯腰提起重物 设计可升降的工作台帮助工人搬运大型可升降的工作台帮助工人搬运大型货物，如物，如图5-13。设计消除操作消除操作过程中不必要的躯体扭程中不必要的躯体扭转的工作的工作场所，所，明明显较少工人的不适和受少工人的不适和受伤的可能性，如的可能性，如图5-14。5.4.3 设计合理的工作台合理的工作台附附录第第5章所附插章所附插图图5-1返回图5-2返回图5-3返回图5-4返回图5-5返回图5-6返回图5-7返回图5-8返回图5-9返回图5-10返回图5-11返回图5-13返回图5-14返回