湖南工学院安全人机工程课程设计
2 人和雨伞的人机关系
2.1 人与雨伞的人机关系分析
雨伞的功能是遮挡雨水以保证人和物不被雨水淋湿，同时不遮挡人的正常视野以及是人不会举雨伞而造成手臂疲劳。所以人与雨伞的人机关系可以如图2-1表示
人工作部分连接部分控制部分其它人与伞顶的人机关系人与伞柄的人机关系人与伞把的人机关系伞顶的面积伞顶的倾斜度伞布的颜色人的功能和心理修正量人的视野范围人的手举功能高 图2-1 人与雨伞的人机关系图
由图可知：人和雨伞的人机关系由：人—伞顶、人—伞柄、人—伞把三个部分决定，其中伞顶是遮雨部分（也就是工作部分）、伞柄是连接部分、伞把是控制部分。
2.2 人机功能匹配
所谓人机功能匹配，就是对人合计的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人机。雨伞的人机功能匹配主要针对雨伞的人机功能设计，以达到最佳功能状态，及最大适宜人的使用。
伞顶部分又由伞顶的面积、伞顶的倾斜度和伞布的颜色三个部分组成，其中伞顶的面积直接决定雨伞遮挡面积，伞的倾斜度与雨水的下泄有直接关系，若雨水不能及时下泻，则会导致雨伞的重量增加，，同时还可能导致雨水渗透伞布，滴到人的身上，伞布的颜色有很大的作用，首先它是影响人心情的重要因素，同时它又是阴雨天气影响安全的一个因素，因为明亮的颜色能引起他人注意，能有效避免撞到和交通事故
伞柄是连接雨伞与伞把的部分，主要的功能是使人的头不被雨伞碰到，同
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时保持人的眼睛有一个正常的视野范围，伞柄的长短直接影响人的手举高度，若过短则会导致手举的过高，造成手臂疲劳，若过长，则会影响伞的成本和携带。
伞把是人掌握雨伞的关键部分，它要符合人手的人机工程特点，这样人的手不会因为握伞把而疲劳或易滑。
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3. 雨伞的分析与设计
3.1有关数据
设计的有关数据与数据主要来自GB/T 10000—1988《中国成年人人体尺寸》、GB/T 13547—1992《工作空间人体尺寸》 、《机械设计手册》第5版，所用数据如下列表格所示
表3-1 人体主要尺寸
表3-2 立姿人体尺寸
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表3-3 人体水平尺寸
3．2 伞顶的分析与设计
伞顶是伞的遮雨功能的唯一途径，也是伞的功能的主要体现。关于伞顶主
要讨伞顶的倾斜度，伞顶的面积和伞布的选择三个方面。 3．2．1 伞顶的倾斜度
伞顶的倾斜度主要考虑的是雨水的下泻问题，既要使得雨水充分下泻又不能
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减小伞的使用面积。根据建筑学原理,选取中间平四周倾斜的设计方案,这样既能增大面积又可通过四周的倾斜满足雨水的下泻。四周的倾斜度可参考建筑学内关于屋顶倾斜度的原理。根据建筑学关于屋顶排水设计的要求和流体力学中流体的性质选取20°作为边缘倾斜度。同时由于人的单手举力的持久性较固定建筑物弱，所以选择倾斜度应比房屋的倾斜度大一些，应加上5°的修正量，综上所述，具体的倾斜度应该是25°左右。 3．2．2伞顶的面积
伞顶的面积主要考虑的是伞的这与范围是否满足遮雨的要求，也就是伞的以伞撑开边缘为基准的圆形面积。按上文分析应该有平顶面积和倾斜面积两部分来决定。而伞的面积在人机工程里主要考虑的方面是人体的立姿旋转范围（主要考虑的是人的肩宽，胸宽等），人的脚步步幅，及人的单手常用作业范围（考虑到是人要拿东西或者做危险性比较低的事情，而做危险性较高的事情时应穿雨衣或者专业的雨衣）。
首先考虑人的立姿旋转范围，雨伞是通用的一般产品，应满足绝大部分人的需求，所以应取肩宽的第99个百分位，由《人体水平尺寸》可知：最大肩宽的第99个百分位数是48.6㎝。所以取Sa =48.6㎝÷2=24.3cm作为立姿旋转半径参数，衣裤的功能修正量△f取1.3cm，避雨的心理修正量△p取5cm。则人体立姿最小旋转半径和最佳半径为：Smin = Sa +△f=24.3cm +1.3cm =26.8 cm Sopm= Sa +△f +△p =24.3cm +2.5cm+5cm=30.6cm 旋转面积为S=30.6cm×30.6cm×∏≈2942cm2
其次是人的脚步步距，按照3步一米的一般步距来计算人的步距应是33.4cm，所以脚步活动范围是33.4cm×33.4cm×∏≈3505cm2
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