人机工程学在运动鞋鞋底设计中的应用

人机工程学在运动鞋鞋底设计中的应用 学院: 专业: 姓名: 学号: 关键词:人机 运动鞋 心理学 磨耗 摘要:随着社会的发展，人们对产品的要求逐渐提高，在运动鞋的设计上也要求我们做到更人性化，才能在竞争中脱颖而出，而对运动鞋鞋底的受力分析就是人机工程学在运动鞋设计中运用的关键，所以本文主要对运动鞋主要性能对鞋底的受力影响进行分析。 一( 研究的必要性 21世纪的今天，科技、文化发展变化日新月异，设计趋势也发生了很大的变化，对物品的理性需求越来越向感性需求转化。如何面对要服务的人群需求变化;如何运用高科技手段，对待情感问题;如何适合日益突出的多元化、个性化、差异化的设计思潮等精神属性上的需要是人体工程学应用的主要问题，是设计者要深思的问题。 但如今运动鞋的市场竞争激烈，且国内的运动品牌缺少自己的特色，国内运动鞋设计要考虑到人的更高层次的心理需求、精神需求，不断探寻使用者心理和生理的需求，将人文关怀越来越多的倾注于设计当中，整合不同的专业资源，社会资源，以洞悉人性为设计主轴，体现设计的人性化，提升生活的品质，最终给人们以美好的生活体验过程。中国的设计正在走向世界，设计的本土化有待我们正视，即设计必须融入当地的文化中去才可能得到持续性的发展，才能使中国的艺术设计更具民族性和本土文化的特性,人体工程学具有较强的民族性和地区性，开展自己民族自己国家的人体工程学在鞋类设计中的应用研究显得更为迫切、重要。 二( 人机工程学与运动鞋简介 人机工程学是一个新兴的边缘学科，它应用生理学，心理学和其它相关学科知识，研究人与产品和环境之间的相互关系，寻找三者的最佳匹配原则，使产品的和人能相互适应。从而，创造一个舒适，安全，美好的工作环境，给人提供一个健康的平台，提高工作效率。将人机工程学融入到鞋类设计中，可以使鞋子与人和环境更和谐，更符合人们的需要。 运动鞋，顾名思义是指在健身或竞技体育比赛时所穿的鞋。它能满足人们运动的各种需求，保证人脚能够在运动中发挥其基本功能。运动又分为竞技体育运动和健身体育运动等。无论是哪一种运动都需要脚穿上具有保护作用，提高运动效果等方面的鞋，因此在运动鞋的设计与制造过程中应充分考虑人机工程学在其中的应用。 三( 从运动鞋的几个主要性能对鞋底受力影响进行分析 众所周知，运动鞋鞋底与鞋面不同之处，就是它要承载一个人全身的体重，在跑步等快速运动时，甚至要受到约2,4倍体重的压力。不仅如此，还要求它能具备耐磨性、避震性、弹性、防滑性、抗扭伤性、舒适透气性，软硬度适宜，重量轻和耐挠曲等功能。那么如何才能达到这么多的要求呢,这就必须要求制鞋从运动鞋的定位上进行受力分析，通过检测分析手段，为鞋底设计 提供依据。现就运动鞋几个关于人机工程的主要性能对鞋底受力的影响进行分析。 1.耐曲挠性 运动鞋的耐折性是消费者优先考虑的要素，也是国内质量监督部门十分注重的一个物性 指标，其测试方法是GB/T3903.1 1994的国家标准，在鞋底跖趾关节处割口5mm长，以每秒约4次的折挠频率进行测试，要求极其苛刻。所以，鞋底设计生产时，应考虑鞋底弯折沟的厚度和底材的韧性。一般弯折沟的设计均以圆弧形为主，可避免应力集中，起分散弯折力和延伸力的作用，同时，在弯折沟背面应以加强筋的方式加厚至2.0mm以上。 2.耐磨性 在国内还处于较低消费水平的现阶段，运动鞋的耐穿性无疑是消费者最关心的，其中除鞋底的耐折性外，能否耐磨也是耐穿性的决定因素之一。 2.1周边磨耗 一般情况下，鞋底周边(前掌、中腰、后跟)边缘向内10,15mm是受磨最多的部位，但其受磨程度小于鞋头和后跟。其原因是，大拇指、小拇指和脚跟三点是主要的受力部位。 2.2鞋头磨耗 鞋头受磨程度小于后跟，鞋头外侧受磨小于鞋头内侧。其原因是，走路或跑步时，都是后跟先着地，脚提离地面时，大拇指最后提起且向前推进并产生摩擦力。 2.3后跟磨耗 后跟是受磨耗的主要部位，据统计:80%以上人的脚是以脚后跟外侧先着地，又因脚在起步、落地时，均是朝向内心偏移，所以其外侧受磨程度大于内侧。 2.4耐磨设计 根据以上的受磨分析，一些受磨功能要求高的运动鞋(如:球鞋)，就须选用耐磨性能好的橡胶做大底，如采用意大利超强耐磨的vibra橡胶底。或者在鞋头内侧和后跟外侧，特意设计耐磨的橡胶贴片，目前最佳的测试方法是以SATRATM174-94进行DIN测试评估。 3.止滑性 在进行篮球运动时常常有急停、急转动作，此时要求运动鞋(如:蓝球鞋)具有较高止滑性，否则，不仅会引起一场精采赛事的失利，还可能会造成运动员受伤。然而，在鞋底其他方面条件不变的条件下，耐磨耗性和止滑性却是成反比的，耐磨耗性越好，就意味着止滑性下降;止滑愈佳，则其耐磨性就差。所以应通过大量的测试对比，找到耐磨耗性和止滑性最佳的结合点，来进行设计生产。当然，还要从运动鞋的功能上去考虑鞋底纹路的设计，从而确定耐磨耗性和止滑性之间的最佳平衡点。 4.透气性 透气性不仅只限于鞋面，鞋底同样也要求有透气性。因为在正常穿用运动鞋时，人足部皮肤的温度可达到34,35?;而在激烈运动时，其温度将达到43,49?;此外，大底纹路设计越粗糙、愈复杂，与地面摩擦力就愈大，热度也愈高。因此，鞋底透气性的设计是非常必要的，但同时要考虑其防水性，一般是在气窗处涂抹一层能透气的防水胶，或采用美国wL.GORE公司的GORE TE×材料。 5.支撑力 支撑力是一个比较复杂的问题，具体说就是通过运动鞋紧缩厚实的设计，来保证脚对人体强有力的支撑。这种紧缩的设计，可以克服脚向四周分散力量，从而保证向上的支撑力。一般采用硬支撑片(如TPU片)从鞋腰延伸至后跟，插人中底或在大底与中底之间，对人脚起平稳支撑、固定的作用，也可防止运动中的扭伤。 6.避震性 人在负重的状态下徒步行走，每公里约走600,700步。这就意味着每步行一公里，一只脚要承受600,700次的重力冲击，若是激烈运动，则其冲击力就更大。有人做过统计，一个人在跑步时，脚触地的瞬间，受到地面的冲击力将达到人体重量的2,4倍。如果鞋没有良好的减震系统来缓解这种冲击，一定会使双脚感到疲惫不堪，还会对大脑造成冲击。一般情况下，采用具有一定弹性的中底(如EVA、PU)或在大底后跟嵌入具有弹性的垫片(如 EVA、PU)，以减少冲击力。同时，可以达到能量回输的效果(能量回输是指鞋底在冲击到地面之后，借由受压变形的弹性体将动能吸收，稍后，在它离地之前，因弹性体形状的回复而将能量还给穿着者，使穿着者跑得更快、跳得更高)。 7.抗扭伤性 人的脚是由26块骨骼组成。人的行走过程是一个很复杂且科学的骨骼和肌肉协调运动的过程，脚从触地到抬离地面，受到一个向上的冲力和向前的摩擦力，在脚触地的瞬间，受到一个很大的冲力，在抬离地面前，需要对地面施加一定作用力以得到向前的摩擦力。在这一过程中，分析人脚的运动过程是这样的:80%以上人的脚是以脚后跟外侧先着地，此时脚后跟轴线略向外偏斜，着地时脚受到一个很大的冲力，它自然地向内翻转，以分散地面冲击造成的对脚关节的伤害，最后脚后跟轴线从向外偏斜位置转到垂直地面位置;在抬离地面前，各相关肌肉群及关节收缩紧张，以提供对地面的作用力，此时脚后跟轴线由垂直地面位置又转到外斜位置，以提供作用力。在这一过程中，通常会出现两种情况:过度翻转和翻转不够。如果脚落地后向内翻转时，脚后跟轴线过了垂直面向内斜，那么在脚离地时，它来不及调整到外斜位置，使肌肉骨骼未能做好充分准备，易造成运动扭伤为了克服脚弓下塌的扁平足易出现运动扭伤的问题，鞋底一般设计成双密度的弹性体，在鞋底后跟内侧位置，设计一相对密度高的材料，以抵抗人脚过度翻转而造成的扭伤。另一种情况是常发生在高脚弓的人身上的翻转不够的现象。由于高脚弓人的脚关节一般比较僵硬，在脚落地时，往往不能完全翻转到垂直位置，不足以化解地面对脚及各关节的冲击，而易造成扭伤，有此类脚的人，往往在其整个鞋外侧，磨损比较厉害，后跟避震好和符合脚型的鞋楦是其最佳的选择。当然，也可从鞋垫的设计上，来增强抗扭力和减轻疲劳感。 四( 结论 有侧重的研究人机工程学相关的运动鞋的耐磨性、避震性、弹性、防滑性、抗扭伤性、舒适透气性，软硬度适宜，重量轻和耐挠曲等功能，有助于我们设计出更有市场，更有竞争力的运动鞋，从而在鞋类产品市场占据更大的市场。 比如说鸿星尔克，它10年耕耘，斩获诸多桂冠:中国第一网球品牌，北京奥运首金赞助品牌，第一家挺进世界杯盛宴、第一家在国外上市的中国运动品牌、第一家获得CNAS国家级认证的鞋服检测中心、第一家在国内倡导以科技为主、第一家航天科技恒温鞋被国家级博物馆收藏的运动品牌。而之所以取得这样的成绩，都源自于鸿星尔克对产品质量的精益求精，对于产品的人性化追求。一个品牌的形成，一方面是有优秀的企业经营管理赢得市场，另一方面也需要企业文化积淀来累积厚重感。通过提升产品质量，把产品做得更人性化，扩充产品种类，提供与品牌相应的售后保障体系等方式，加之将民族文化融入品牌之中，从而首先赢得本国民众的喜欢，然后逐渐推向国际市场。 所以说人机工程学在运动鞋上的应用相当重要，在新的世纪里，我们以新的方式来感知世界，人们越来越多的在追求一种新的生存环境和生存空间，毫无疑义，未来的人性化设计具有更加全面立体的内涵，它将超越我们过去所局限的人与物的关系的认识，向时间、空间、生理感官和心理方向发展，符合人机工程学的人性化设计是人与产品完美和谐的结合，是人性化的设计，真正体现出对人的尊重和关心。 参考文献:《人机工程学》 《人机工程学在产品设计中的应用》 《2010运动鞋市场分析》 《鞋易》