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1、1伞具设计I . 1伞面半径平面半径大小是由撑伞者在伞下的活动范围决定的。在正常情况下，人在伞下的活动范围有3个主要因蒸：手臂前后活动毡围；手臂左右活动范围；最大肩宽。1. 1 l根据手臂前后摆动范围测定伞面半径因为伞具是人们生活中的必备用具，适用于绝大多数人群，在这里取95%的适用人群的人体尺寸标准作为伞面设计的数据。根据人体尺寸掠桂“ 1： 95%的成年男性（18 60岁）前臂长 壅为258r珊。上臂长度为338呻；95%的成年女性（18 55岁） 前臂长度为234哪.上臂长度为302mm人正常情况下撑伞时手 臂前后移动距离：前臂的前后活动范围+上臂的前后活动范围。因为前臂至上臂的舒适调节
2、范围为85。一 1100”。在此前臂伸展 肘取85。，前臂与垂直方向形成的角度就为45。因为上臂至躯 干的舒适诵节范围为柏。一 900,再依据大量实际测量数据，取6 50。的活动范围。上臂与垂直方向形成的角度就为b50。，见图l。经计算伞的前图l手臂前后摆动范围示意图后移动距离为：成Fj手l强e B曲既atjc dm6昭。f血e s。哪坤年男性为：258m阿af a咖backwb18柏dfor他rds秆而“挚 x si 一5+338mm x 8iIl50= "1. 314f岫；成年女性为：234mm x白i椰+302r唧x siIl50=396 . 77mm 95%成年男性胸厚约为2
3、45mm 95%成年女性胸厚约为239曲。因手臂移动距离是从胸厚中同开始计算，取 1/2胸厚数值。所以为了保证人不淋到雨水，伞面半径应为：伞的前后移动距离+l /2人的胸厚。经计算得：男士伞面半径约为：“1.314mm+J/2 x 245I H In=563 . 814哪；女士伞面半径约为：396.77m+l/2X 239fnIn=516 . 27mI . 1. 2根据手臂左右摆动范围测定伞面半径根据大量实验数据，人正常情况下撑伞时前臂的左右活动收稿日期：2007舶-25作者简介；熊兴福（1963一），男，南昌人，南昌大学教授，硕士生导师，主要从事人机工程、包装设计研究，发表论文50余篇。11
4、9万方数据包装工程 PACKAGING ENGINEERING v028 No. “2007. 1l范围为（前臂向外侧方向形成的角度大约为045。），见圈2。因此经计算伞 的左右移动距离为：成年男性为：凰2手臂左右摆动范围示意图258m淋8枷2Fig . 2%schemticdr 嘶 “g of:8乙竺竺！成年，血e。 ope 0f。1。n。nd蛆H swi咿女性为：234mm。8iI “5=165. 438mm为了保证入不被雨水琳到。伞面半径应为：伞的左右移动距离+人的最大肩宽。经计算得：男士伞面半径约为：182. 男士伞面半径约为563mm女性平面半径约为516mm （耒 成年入可以根据不
5、同年龄层的身体尺寸标准，以此公式来得 到伞面半径尺寸。）如果考虑平具的通用性，伞面半径应取男 士用伞的尺寸；如果考虑女士太阳伞，伞面半径应取女士用 伞的尺寸。406mm+4619P=65I. 406岫；女士伞面半径约为:165. 438舰+438mm=603 438mm1. 1. 3根据最大肩宽测定伞面半径一般情况下，手撑伞相对于身体是处于静止状态的，因此 伞面半径根据人的最大肩宽测定如下：根据人体尺寸标准：95%成年男性最大肩宽为469mm 95%成年女性最大肩宽为 438mm因此根据最大肩宽测定伞面半径为：男士伞面半径约 为46卜；女性伞面半径约为438mm1.1. 4综合分析后测定伞面半
6、径根据以上测定，考虑一般情况下手相对身体活动范围不大，手最大活动范围）伞面半径最大肩宽，综合分析得出：1. 2伞面弯曲弧度，l , 2. 1伞面边缘的圆弧形造型平面为圆形具有象征意义：纸伞张开后呈圆形，有。圆满。 的吉祥寓意。由于受力采用圆形伞面：为了不淋到雨水，伞面半径要保 持不变，所以方形伞的边长要等于圆形伞面直径。运用流体力 学基本原理进行受力分析1：圆形伞面受到风欧时，前半部与 后半部的压强分布不同，因而流体在流动方向上对圆柱产生了 由压强差而引起的作用力（也就是空气阻力），这个力叫和 强阻力（或称形状阻力）。方形伞面受到风吹时.前半部与后 半部的压强差大于圆形面前后形成的压强差，所以
7、在打方形伞 具时.受到的阻力要比圆形的大.行走时很吃力。因此选用了 圆形面作为平面的造型，具有一定的科学道理。1. 2 2伞面的弯曲弧度不宜过大根据流动空气的特性：流管细流速快；流管粗流速慢。这120就是气流连续性原理。再依据实践证明；空气流动的速度变化 后，还会引起压力变化。当流体稳定流过一个管道时，流速快 的地方压力小。流速幔的地方压力大。这就是物理学中的伯努 利定律见图3。向下压力向上压力图，伞面气流分析如果伞面弯曲弧度过大（接近于平面状态），空气流到伞面的前缘，分为上下两股，流过伞面上表现的流线，受到凸起的影 响，使流线收敛变密，流管（把2条临近的流线看成管子的管壁） 变细；而流过下表
8、面的流线也受凸起的影响，如果下表面的凸起 程度小于上表面，相对于上表面来说流线较疏松。流管较粗。平 面上表面流管变细，流速加快，压力较小，而下表面流管粗，流速 慢，压力较大。这样在伞面的上、下表面出现了压力差。使伞面 产生向上的升力。反之，就会使伞面产生向下的压力。在有风 天气使用，就会上下抖动。不稳定，彳艮难控制，造成不便。1. 3伞骨架的中轴长度伞骨架的中轴高度尺寸要考虑，不能避挡住人的视线；不能太高，起不到遮雨挡风的作用。所以伞骨架的中轴高度尺寸 由人正常撑伞情况下：人前臂所举的高度；人眼的高度；伞面弯 啦弧度内中轴的高度；3个要素决定的。根据人体尺寸标准： 95%的男性前臀长度为258
9、mm肘高1096mm眼高1664册：95%的女性前臂长度为234mm肘高1023喘、眼高154lmm人正常情况下撑平时前臂前后活动范围为（前臂前后方向形 成的角度大约为200-70。.由于手撑伞时移动一般保持水平 高度没有太大变化，所以在这里取中间值 45。）。经计算人眼到撑伞手的高度为：眼高一肘高一前臀的垂直高度即：男士伞中轴高约为 16 “mm- 1096n8 2581I II 1l x si1145=385 . 5舛岫；女士伞中轴高约为1541姗一 1023mnr 2341m x sin45=352 .562mm如果考虑伞具的通用性，伞骨架中轴长度应取男士用伞的尺寸；如果考虑女士太阳伞，
10、伞骨架中轴长匿成取女士用伞的尺寸，见图4。1. 4手柄的设计“】眼高一肘高一前臂的垂直高度图4伞的骨架中轴长度Fig . 4 ne midd1e is 1 00 gt110f umbrella Bkeleton伞具手柄设计，其操作方式是用手抓握。因此手柄的设计应根据手掌的尺寸和使用的舒适度来确定。其设计因素包括 手柄直径、长度、形状等：直径要根据手掌尺寸。手柄直径太大 会减小握力.降低手柄控制的灵活性，长时间抓握，会使手掌感 万方数据熊兴福等伞具的设计分析到疲劳。比较i舌合的直径是：着力抓握30-40曲；长度：目前 市面上的手柄有长有短，很不统一，有些很不符合使用者的手 掌尺寸。伞具手柄长度主要取决于手掌宽度。掌宽一般在7197mr±间（根据5%女性至95%男性数据），因此合适的手 柄长度约为100 125舰I;形状：手柄与手掌的接触面积越大.对手掌的压力就越小，因此圆形截面把手较好。一般认为，手 柄弯曲10。左右，效果最好，在握伞时可以使手腕处于顺直状 态，减少手腕疲劳。手柄上最好不要留指槽。因为人体尺寸不 同。不合适的指槽可能造成某些使用者手指局部的不适。2伞面的颜色