手握工具设计

第五章手握工具设计工具是人类四肢的扩展。使用工具增加了动作范围、力度。长久使用设计不良的手握式工具和设备，造成很多损伤与疾患，降低了生产率。工具的适当设计、选择、评价和使用是一项重要的人机工程学内容。1、手的解剖及其与工具使用有关的疾患腕关节的构造与定位使其只能在两个面动作，这两个面各成90度。一面产生掌屈与背屈，第二个面产生尺偏和桡偏。人手具有极大的灵活性。可分为着力抓握和精确抓握。着力抓握时，抓握轴线和小臂几乎垂直。根据力的作用线，分力与小臂平行(如锯)，与小臂成夹角(如锤击)及扭力(如使用螺丝起子)。精确抓握用于控制性作业(如小刀、铅笔)。不应同时具有着力与控制两种性质，加速疲劳，降低效率。使用设计不当的工具会导致多种职业病，一般统称为重复性积累损伤病症。当手腕处于尺偏、掌屈和腕外转状态时，肌腱及鞘处发炎。腕道综合症是由于腕道内正中神经损伤所引起。避免非顺直的手腕状态。狭窄性腱鞘炎(俗称扳机指)。为避免扳机指，应使用拇指或指压板控制。2、手握式工具设计原则（1）、一般原则1）必须有效地实现预定的功能；2）必须与操作者身体成适当比例，使操作者发挥最大效率；3）必须按照作业者的力度和作业能力设计，所以要适当地考虑到性别素质上的差异；4）工具要求的作业姿势不能引起过度疲劳。（2）、解剖学因素1）避免静肌负荷臂部上举或长时间抓握，降低作业效率。传统的铬铁是直杆式，手臂必须抬起。改进设计做成弯把式，手臂处于水平状态，减少抬臂产生的静肌负荷。2)保持手腕处于顺直状态手腕顺直，腕关节处于正中。处于掌屈、背屈、尺偏等，引起腕道综合症、腱鞘炎等。传统钢丝钳造成掌侧偏，改良握把弯曲，不必采取尺偏的姿势。工具的把手与工作部分弯曲10度左右。3)避免掌部组织受压力操作工具，要用手施相当的力。好的设计有较大的接触面；或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口位。如没有特殊的作用，最好不留指槽，手指局部的应力集中。4)避免手指重复动作用食指操作扳机式控指器时，就会导致扳机指。气动工具或触发器式电动工具。设计时以拇指或指压板代替。（3）、把手设计单把手工具，操作方式是掌面与手指周向抓握。设计因素包括直径、长度、形状、弯角等。1)直径直径大小取决于用途与手的尺寸。直径大可以增大扭矩，太大会减小握力，降低灵活性与作业速度，并使指端骨弯曲增加，导致指端疲劳。着力抓握30～40mm，精密抓握8～16mm。2)长度取决于手掌宽度。掌宽71～97mm(5％女性至95％男性)，把手长度为100～125mm。3)形状把手与手掌的接触面积越大，则压应力越小，圆形截面把手较好。可以采用三角形或矩形，增加工具放置时的稳定性。4)双把手工具设计因素是抓握空间。当抓握空间宽度为45～80mm时，抓力最大。5)用手习惯与性别差异约90％的人惯用右手，其余10％的人惯用左手。大部分工具只考虑右手操作。若用左手者操作按用右手者设计的工具，握力下降较大。男女使用工具的能力有很大的差异。女性约占人群的48％，其平均手长约比男性短2cm，握力值只有男性的2／3。