Hoofdafmetingen ligfiets

Transcriptie

1 Hoofdafmetingen ligfiets Modulegroep: BT/MT groep B Vak: Construeren III Datum: Er is gekozen voor het ontwerpen van een ligfiets, dit omdat er met de benen meer kracht geleverd kan worden dan met de armen. Het model: Figuur 1: Het model voor de ligfiets in Excel In het model bij figuur 1 zijn de randvoorwaarden voor de hoogte en de breedte van de ligfiets ingevoerd. De hoogte is maximaal 900 mm en de lengte 1700 mm. Met deze maten en met behulp van de literatuur is de positie van de persoon op de ligfiets bepaald. De onderbouwing van de maten en hoeken is hieronder terug te vinden. De zitting is ook weergegeven in figuur 1. Lengtes Beenlengtes: Voor de beenlengtes van de P50 van mannen en vrouwen wordt de DINED-tabel geraadpleegd. Hieruit volgt dat de onderbeenlengte op 430 mm uit komt. Deze lengte is inclusief de enkel en voet. De bovenbeenlengte wordt vastgesteld op 419 mm. Dit betreft de lengte van het heupgewricht tot het kniegewricht. Voor de plaats van de zitting is de halve maat voor de bovenbeendikte genomen. Deze is 72 mm. Dat betekent dat de zitting 72 mm onder het heupgewricht komt te zitten. Deze maten worden gebruikt in het model voor de ligfiets en voor de zitting. 1

2 Romplengte: De romplengte moet berekend worden om er achter te komen hoe lang de romp in het model moet zijn en vervolgens kan hiermee de juiste zithoek bepaald worden. Uit de DINEDtabel kan worden afgeleid dat de romplengte plus het hoofd voor de p mm is. Het hoofd alleen is 221 mm. Dit betekent dat de romplengte 615 mm is. Uiteraard wordt de romp ook ondersteund door de zitting/rugleuning. Omdat de ruggengraat zich aan de achterzijde van de romp bevindt in het lichaam, hoeft er niet gekeken te worden naar een rugdikte of iets dergelijks, iets wat bij het been (en de bovenbeendikte) wel het geval was. Dit heeft als gevolg dat de zitting direct achter de rug kan worden geplaatst. In figuur???, het model, is dat ook zichtbaar. Heupbreedte: De heupbreedte wordt berekend zodat de zitbreedte bepaald kan worden. Uit de DINEDtabel volgt dat de heupbreedte voor de p mm is. Dit betekent dat de breedte van het stoeltje, oftewel de zitting, op het onderste deel, 385 mm moet zijn. De zitting hoeft niet even lang te zijn als het bovenbeen. Twee keer de afstand van het heupgewricht tot de onderzijde van de bil is voldoende om de zittende persoon te ondersteunen en ervoor te zorgen dat deze niet van de zitting af glijdt. Dat komt dan neer op 162 mm. Om die reden wordt het deel van de zitting onder het heupgewricht, vanaf het heupgewricht richting de knie 162 mm lang. Rugbreedte: Daarnaast dienen de schoudergordel en de rug ook ondersteund te worden, het gaat immers om een ligfiets. Hiervoor moet dus ook een ondersteuning ontworpen worden, een soort van zadel voor de rug. Omdat er met de armen nog gestuurd moet worden, moeten deze nog vrij kunnen bewegen. Daarom wordt de maat van 345 mm genomen. Dit is de maat voor de breedte van het bovenste deel van het stoeltje, oftewel de zitting. Hoofd- en neklengte: De afmetingen van het hoofd en de nek van de p50 van mannen en vrouwen kan uit de DINED-tabel gehaald worden. Hieruit volgt dat de lengte van het hoofd gemiddeld 221 mm is en de lengte van de nek plus het hoofd 363 mm. Deze maten zullen dus ook gebruikt worden in het model voor de ligfiets. De ondersteuning van het hoofd wordt net zo lang als het hoofd en de nek samen, dus 363 mm. Besturing 2

3 Voorwielaandrijving: De ligfiets wordt aangedreven door één voorwiel. Het voordeel hiervan is dat de ketting kort is en er kan liggend getrapt worden met de voeten. Achterwielbesturing: De ligfiets wordt bestuurd door twee achterwielen. Dit principe bevat de kantel-knik besturing. Dit betekent dat de fiets niet zelf stabiliserend is, waardoor er altijd gestuurd moet blijven worden. In tegenstelling tot een auto die voorwielbesturing heeft. Als de auto een bocht uitkomt, zal het vanzelf weer rechtdoor gaan rijden. Ook moet er gelijktijdig en met dezelfde hoeveelheid kracht geremd worden, anders gaat de fiets de bocht om. Hoe sneller de ligfiets gaat, hoe minder stabiel dit principe is. De constructie is echter wel eenvoudig en door het lage zwaartepunt is de wegligging redelijk stabiel. Figuur 2: Het Ackermann-principe Besturingsmechanisme: M.b.v. het Ackermann-principe, zie figuur 2. Dit principe werkt met een stangenstelsel en een onderstuur. Er zitten een stang aan het stangenstelsel en het stuur vast, stang x. Wanneer er naar links gestuurd moet worden, zal stang x het stangenstelsel naar voren duwen, waardoor de wielen naar links gaan. Dit betekent dat het stuur naar rechts gestuurd moet worden met het onderstuur. Figuur 3: Besturingsmechanisme Wanneer er naar rechts gestuurd moet worden, zal stang x het stangenstelsel naar achter duwen, waardoor de wielen naar rechts gaan. Dit betekent dat het stuur naar links gestuurd moet worden met het onderstuur. Het enige nadeel van het Ackermann-principe is dat er energieverliezen kunnen optreden door het slecht sporen van de wielen. Dit betekent dat de wielen niet evenwijdig aan elkaar lopen. Dit leidt tot extra wrijving en slijtage van de banden. Het onderstuur heeft als voordeel dat er geen stuur in het gezichtsveld aanwezig is, waardoor er meer overzicht ontstaat. Ook is het een wat meer ontspannende houding t.o.v. een bovenstuur. 3

4 Figuur 4: Het Ackermann-principe Armpositie: de positie van de arm is bepaald met behulp van het onderstuur. Het is bepaald dat het onderstuur naast en onder de heup zit. Dit betekent dat de coördinaten van de hand, einde van de onderarm, hetzelfde zijn als dat van de heup. Hoeken Kniehoek: De paarse lijn in figuur 5 staat voor de hoeksnelheid van de knie bij het fietsen in een ligfiets. Op de y-as staat de relatieve hoeksnelheid. Op de x-as staat de hoek van de crank. De optimale kniehoek voor het fietsen in een ligfiets ligt rond de 150 graden. Bij deze hoek ligt de relatieve hoeksnelheid namelijk het hoogst, er is dan ook een piek in de grafiek te zien. De minimale kniehoek wordt gesteld op 40 graden. Het gebogen Figuur 5: Kniehoek bij ligfiets been, met op dat moment de kleinste kniehoek, hoeft namelijk toch geen (of weinig) kracht te leveren. Er moet alleen rekening mee gehouden worden dat de kniehoek niet oncomfortabel klein wordt. Het been met de grotere kniehoek is immers op dat moment al het been dat tegen de andere trapper duwt, dat kracht moet leveren en dat moet zorgen voor snelheid. De maximale comfortabele kniehoek, ligt op 160 graden. Het is namelijk niet de bedoeling dat het been geheel gestrekt wordt tijdens het fietsen. Dit omdat er anders nog een hele grote hoeksnelheid gehaald zal moeten worden, bij het strekken van het been van bijvoorbeeld 160 naar 170 graden. Dit moet voorkomen worden en daarom wordt de maximale kniehoek gesteld op 160 graden. 4

5 Zithoek: De persoon mag niet voorbij een bepaalde zithoek komen, omdat hoe kleiner de zithoek, hoe hoger het hoofd te zitten komt. Om het hoofd niet te stoten moet er dus een veilige zithoek aangenomen worden die groot genoeg is, waardoor het hoofd relatief laag blijft. Het voertuig mag niet hoger zijn dan 900 mm. De hoogte van de zitting is vastgesteld op 200 mm vanaf de grond, zodat de zitting niet in contact komt met de grond. Om de zithoek te berekenen moet er rekening gehouden worden met het hoofd en de nek. Om zeker te weten dat deze niet wordt gestoten, wordt er rekening mee gehouden dat het hoofd plus de nek onder een hoek staan van 90 graden ten opzichte van de x-as. Figuur 6 geeft de driehoek weer waarmee de zithoek is berekend. Het vraagteken wordt berekend ten opzichte van de x-as. Figuur 6: Berekening voor de zithoek De romp moet dus onder een hoek van 42 graden geplaatst worden. 5

6 Eindconcept Om een beeld te krijgen hoe de uiteindelijke fiets er ongeveer uit zal zien is er een Solidworks model. In dit model zijn de maten ingevoerd voor p50 die berekend zijn. Figuur 7: Solidworks model eindconcept In figuur 7 is te zien dat de persoon in een lighouding op de fiets zit. Het model is zo neergezet dat er een maximale kniehoek van 150 graden aanwezig is. Hiermee is de benodigde afstand tussen de zitting en de crank-as 865mm. Er zal gebouwd worden met wielen van 16 inch. 6

7 Bijlage Figuur 8: DINED-tabel die gebruikt is als basis voor de lichaamsafmetingen 7