GB T 19740-2005 机械振动与冲击 人体手臂系统驱动点的自由机械阻抗.pdf

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1、ICS 13. 160 C 71 道国中华人民共和国国家标准G/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 机械振动与冲击人体手臂系统驱动点的自由机械阻抗Mechanical vibration and shock-Free, Mechanical impedance of the human hand-arm system at the driving point (ISO 10068: 1998 , IDT) 2005-05-13发布中华人民共和国国家质量监督检验检瘦总局中国国家标准化管理委员产2005-10-01实施G/T 19740-2005/ISO 10068: 199

2、8 目次前言.皿引言.N l 范围-2 规范性引用文件. 3 术语和定义. 4 手臂系统驱动点的自由机械阻抗5 阻抗值的适用性86 应用.86.1 手臂系统为负载时弹性材料传递率的评价.8 6.2 手臂系统模型.86.3 手臂系统吸收能量评估.8 附录A(规范性附录)手臂系统驱动点的自由机械阻抗的岛和机分量参考值10附录肌资料性附录)1/3倍频程中心频率手臂阻抗值附录C(资料性附录)模型1. 13 附录D(资料性附录)模型2四附录E(资料性附录)模型3 23 参考文献.28 G/T 19740一2005/ISO10068: 1998 前言本标准等同采用ISO10068:1998CE)(机械振动

3、与冲击人体手臂系统驱动点的自由机械阻抗(英文版)。为了便于使用，对于ISO10068: 1998CE)本标准做了如下编辑性修改:a) 用本标准代替本国际标准气b) 用小数点符号飞代替小数点符号c) 删除了ISO10068:1998CE)的前言;d) ISO X X X X改为GB/TX X X X; e) 表题与图题格式按GB/T1. 1进行修改。本标准的附录A为规范性附录，附录B、附录C、附录D和附录E为资料性附录。本标准由国家安全生产监督管理总局提出。本标准由全国机械振动与冲击标准化技术委员会归口。本标准负责起草单位:吉林省安全科学技术研究院。本标准参加起草单位:长春工业大学。本标准主要起

4、草人:肖建民、郑凡颖、韩莲英、曲生、郭伟、王大鹏。而出GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 百|人体手臂系统的机械阻抗描述对施加于人手的振动力引起的手臂系统的运动响应。例如，这种振动力在操作振动的手持式动力工具时产生。在进行以下设计及开发时要求给出手臂系统的机械阻抗za) 减振和防振装置;b) 用来测量动力工具手柄振动的试验环。对机械阻抗的了解可以对传向人手的机械力进行评价，井有助于对于臂系统的生物动力学特性进行描述，人体手臂系统机械阻抗标准化值的确定，将有助于有效的减振装置和防振装置及有意义的试验方法的开发。当手握住振动物体时，手臂系统的响应取决于多种因素。最重要的

5、因素如下:一一按手臂系统考虑的振动方向;被握物体的几何形状;一一由于施加到物体上的力;一一姿势;一一肌肉状态人体测量学特性。由于施加的力通常用握力和推进力描述，后者通常称为推力、推进力或压力。本标准中，驱动点的自由机械阻抗用来描述人体手臂系统对于的强迫运动的动态响应，用频率的函数表示。自由阻抗值根据不同的调查者对活体男性受试人群的阻抗测量结果导出。目前还缺乏来自独立资料的有效数据描述女性手臂系统阻抗。在正常同等条件下独立进行的研究中报告的阻抗的平均值间的未说明的差异，已按标准化的男性手臂阻抗的形式给出。测量值的综合也已完成(见附录F)。作为频率函数的阻扰的模和相位的最可能的值借助上下包络进行限

6、定，它包含了每一频率的全部可接受数据的平均值。包络线根据局部立方样条函数建立，并规定了每一频率的男性手臂阻抗的可接受的值的范围。可接受数据的计权的均值和均值的标准差规定为频率的面数，并对本标准全部应用给出了目标值。本标准给出的作为频率函数的阻抗的模或相位与涉及受试人员的单一调查中测量的均值在全部频率上没有精确的对应关系。N GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 机械振动与冲击人体手臂系统驱动点的自由机械阻抗1 范围本标准描述了男性人体手臂系统驱动点的自由机械阻抗。用模和相位表示的自由阻抗的值，按三个正交平移激励的方向给出，激励方向与GB/T14790和ISO8727规

7、定的手的基本中心坐标系的岛、川和Zh轴致。自由阻抗的Xh、3怡和Zh分量作为频率的函数按频率范围从10Hz至500Hz，对应于特定的手臂姿势、握力和推进力、手柄的直径和激励的强度分别给出。在三个方向上的自由阻抗分量被视为独立存在(见附录F)。本标准可用来确定手臂系统在驱动点的自由机械阻抗的典型值，这些数据适用于特定条件下的男性。对每个阻抗分量，自由阻抗在每一频率用三个值确定，以反映对男性手臂的测量值的范围。上限和下限值规定了最可能的阻抗值的范围，中间值表示人体数据的总体平均值，从而规定了对于全部应用的目标值。本标准暂可适用于女性。作为频率的函数，相对于规定的握力和推进力的驱动点的自由机械阻抗的

8、参考值在附录A中给出。这些阻抗值用于确定手臂系统为负载时弹性材料的振动传递率。用来对自由阻抗值建模的手臂系统的数学表达式也在附录C至E中给出。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 14790 人体手传振动的测量与评价方法CGB/T14790-1993 , eqv ISO 5349: 1986) ISO 8727: 1997机械振动与冲击人体暴露生物动力学

9、坐标系3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3. 1 自由阻抗free impedance 在频率f施加的周期性激励力FCf)，与在同一频率引起的振动速度v(f)的复数比，对所有其他联结点而言，系统是自由的，即施加的外力为零(见ISO2041)。ZCf) = FCf) /vCf) 注1:自由阻抗一般为复数，即具有实部和虚部，也可用模和相位来表示。注2:本标准根据在同一点，即振动传向手臂系统的点，测量的力和速度为基础制定。注3:子和臂被视为一个系统，其在相互垂直的三个轴向的平移振动是独立的。注4:对人体手臂系统的动态响应的其他的描述方法(例如，视在质量)已在科技文献中应用。4 手臂系统驱动点

10、的自由机械阻抗手臂系统的驱动点的自由机械阻扰的模和相位，在表1至表3及在图1至图3C作为说明)中在三个正交的激励方向上作为频率的函数给出。激励的方向根据GB/T14790和ISO8727规定的基本中心坐标系中的Xh，Yh和Zh轴确定。每个表和图都包含了相对于每个运动方向的每一频率的模和相位GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 三个值。这些数值用三位有效数字给出是为了计算方便，并不反映对于臂阻抗研究的精度。对表1至表3中未列出的频率，允许使用线性插值法获得需要的阻抗值，对应于1/3倍频程的中心频率的阻抗值在附录B中给出。每一频率的上下限值包含了选用的全部数据的平均值，并

11、在图1至图3用连续实线表示。每一频率的中间值，在图1至图3中用虚线表示，给出了全部选定数据的计权平均估算值，从而形成了全部应用的目标值。平均(目标)值的标准差也在表1至表3中给出。应用本标准在每一频率的上下限之间产生/使用的阻抗值，符合本标准的要求，并代表了在某一频率或某些频率上男性的手臂机械阻抗。如果应用仅在某些频率符合本标准要求，则在这种应用的所有描述中都应表明这些频率。相位/度频率1Hz下限标准差上限10 24 14 68 15 8 70 20 8 71 25 12 72 30 12 73 35 2 73 40 53 。73 45 52 。72 50 51 。70 60 口67 70 1

12、0 64 80 11 63 90 11 62 100 11 60 125 10 57 150 124 11 54 175 122 14 50 200 120 23 14 48 250 119 189 24 13 45 300 119 187 54 297 6 25 13 44 350 124 20 51 321 6 25 13 44 400 134 224 55 360 8 26 12 45 450 150 265 90 405 9 27 12 46 500 111 442 1巳29 12 47 2 GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 表2在Yh方向手臂系统驱动点的

13、自由机械阻抗值模ICNs/ m) 相位/度频率1Hz下限平均值标准差上限下限平均值标准差上限10 21 55 28 80 20 39 12 55 15 26 62 23 105 11 32 17 52 20 30 86 27 11 9 6 31 15 49 25 35 96 23 15 44 30 39 15 39 35 43 15 35 40 15 30 45 13 26 50 22 60 17 70 一513 80 一510 90 一79 100 7 125 6 150 7 6 175 7 7 200 49 7 9 250 45 。7 17 300 44 66 7 12 27 350 46

14、 69 22 115 一512 14 37 400 51 71 19 118 -4 16 15 45 450 58 75 19 125 -2 20 18 52 500 66 79 20 134 22 56 3 G/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 表3在%b方向手臂系统驱动点的自由机械阻抗值模I(N.s/m) 相位/度频率1Hz下限平均值标准差上限下限平均值标准差上限10 100 153 34 200 15 30 10 44 15 107 175 60 235 2 25 12 41 20 112 190 70 260 -4 19 22 38 25 116 200 70

15、275 一1115 22 34 30 120 212 75 295 一1610 18 31 35 122 219 79 304 21 5 16 28 40 125 220 80 305 -26 1 16 27 45 126 215 72 299 30 -1 17 25 50 126 207 61 288 -33 -4 18 25 60 123 186 40 257 一38-6 23 25 70 117 169 28 230 37 5 24 26 80 109 160 30 219 -31 一322 28 90 106 160 37 219 -26 。19 29 100 105 160 47 2

16、27 21 2 15 30 125 110 175 65 257 -10 8 11 31 150 117 181 85 288 一213 10 31 175 124 190 89 310 2 16 8 31 200 130 200 84 325 6 18 7 32 250 146 216 65 345 8 19 b 33 300 157 229 68 353 7 20 7 35 350 163 238 67 359 6 20 12 39 400 169 246 63 365 5 20 14 43 450 175 255 63 370 6 21 13 47 500 183 265 64 377

17、7 23 13 49 L一一一一4 GB/T 19740一2005/ISO10068: 1998 500 E-ZV部20 。80 。制咀N坦固特-40 -80 500 300 200 100 50 30 20 10 5 频率1HzXb方向手臂系统驱动点的自由机械阻抗值注g曲线的含义见第4章。圄1GB/T 19740-2005/180 10068 : 1998 500 300 200 100 50 (E的Z)辄30 20 。40 。80 MmgE骨- 40 - 80 频率1HzYh方向手臂系统驱动点的自由机械阻抗值注:曲线的含义见第4章。固26 GB/T 19740-2005/ISO 10068

18、: 1998 500 50 4() -40 30 80 。20 。300 200 100 (E的Z)蜷MmNUE特80 500 300 200 100 50 30 20 10 7 频率1HzZh方向手臂系统驱动点的自由机械阻抗值注:曲线的含义见第4章。图3GB/T 19740一2005/ISO10068: 1998 5 阻抗值的适用性自由阻抗值满足下述全部条件时适用于男性人体。适用性的限制大致与获得数据的测量条件范围一致。a) 手臂相对于躯干的位置要在图4中限定的范围内。b) 腕部在中间位置，即既不弯曲也不外展的位置(允差:f:150) ，见图5。c) 手握住的手柄直径在19mm至45mm之间

19、。如果最小和最大截面尺寸在19mm至45mm 之间时，自由阻抗值也适用于这些非圆形截面。d) 手的握力在25N至50N之间。手施加的推进力不大于50N。注1:阻抗值的主要根据右手数据为基础得出，暂时也适用于左手。注2:阻抗值暂时可适用于女性。研究表明女性的阻抗的模比男性要小20%。注3:已有报告显示，握力的增大导致阻抗的模增大，尤其是频率在50Hz以上。注4:在频率100Hz以上推进力对阻抗的模和相位没有实际的影响。已有报告显示，在低频段阻抗的模随着推进力的增大而增大。在推进力达到150N时阻抗模的变化小于10%。注5:阻抗可能受手柄加速度的影响，本标准中的阻抗值在加速度达到50m/s时仍适用

20、。6 应用6. 1 手臂系统为负载时弹性材料传递率的评价驱动点的自由机械阻抗的岛、Zh分量的参考值作为频率的函数在附录A中给出，对应的握力为30 N，推进力为50N，肘部角度为900。这些阻抗值的给出是为了满足评价手臂系统为负载的弹性材料的振动传递率的需要(细节在GB/T19739中给出)。6.2 手臂系统模型符合本标准条款的手臂系统模型在附录C至E中给出。这些模型的复杂程度各不相同。这些附录的给出是为了使用测量环时，便于对手臂系统建立数学模型并进行力学模拟。6.3 手臂系统吸收能量评估当于握持振动的物体时，传向手的机械能可根据已知的振源内部阻抗与运动，以及手臂系统驱动点的自由机械阻抗计算得出

21、。如果使用本标准中的阻抗值进行计算，则求得的值仅仅是对传向手臂系统的能量的粗略估计，即使其姿势满足第5章的要求也是如此。8 GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 750f模ICN.s/ m) 限平均值上限下限55 80 20 62 90 15 70 106 11 86 119 6 96 128 1 88 132 -6 相位/度平均值29 相位/度平均值39 35 32 31 23 18 上限68 69 70 71 72 73 73 70 66 63 60 57 52 48 45 44 45 47 上限55 54 52 49 44 39 11 GB/T 19740一20

22、05/ISO10068: 1998 频率1Hz40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 频率1Hz10 12.5 16 20 25 31. 5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 一12 下限48 55 61 64 63 60 54 49 45 45 51 66 表B.2(续)模ICN.s/m) 平均值上限下限102 135 一12101 130 -18 93 117 一2286 106 -23 86 106 -23 80 106 -22 77 107 -19 71 108 -16 67 110

23、一1169 113 一771 118 一479 134 1 表B.31/3倍频程中心频率Zb方向上的手臂系统驱动点的自由机械阻抗值模ICN.s/m) 下限平均值上限下限100 153 200 15 104 165 220 10 108 180 241 2 112 190 260 -4 116 200 275 一11121 215 297 一18125 220 305 -26 126 207 288 3 122 181 247 -38 109 160 219 -31 105 160 227 一21110 175 257 一10120 185 298 。130 200 325 6 146 216

24、345 8 160 231 355 7 169 246 365 5 183 265 377 7 相位/度平均值上限7 30 -1 22 -2 16 -5 10 一97 一116 7 7 -6 9 。17 8 30 16 45 22 56 相位/度平均值上限30 44 28 42 24 40 19 38 15 34 8 30 1 27 -4 25 -6 25 -3 28 2 30 8 31 14 31 18 32 19 33 20 36 20 43 23 49 附录C(资料性附录)模型1G/T 19740-2005/180 10068: 1998 本模型对三个方向均采用相同的一般结构(图C.l)

25、。列在表C.l中模型参数的不同值用于在每个方向获得图C.2至C.4中所示的阻抗值。在这个三自由度的模型中，质量、弹簧和阻尼与手臂系统中的生程结构没有对应的关系。更小的模型质量在更靠近运动传入模型的点(见图C.l中的凹，这一点在手上选取。表C.1模型参数值振动方向参数单位Xh Yh Zh m1 kg 0.026 7 0.008 6 0.029 9 72 kg 0.486 0.356 5 O. 662 3 押73kg 3.095 2 3.246 2 2.902 3 k1 N/m 4 368 2.709 X 10 533 5 k2 N/m 132.0 300.0 2. 994X 105 k3 N/m

26、 1 565 6 415 2495 C1 N. s/m 207.5 68.00 227.5 C2 N. s/m 18.93 51. 75 380.6 C3 N. s/m 9.10 30. 78 30.30 13 GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 14 GB/T 19740-2005/180 10068: 1998 500 200 。40 40 。100 20 80 50 30 300 (E的-Z)部制盹GE特80 500 300 200 100 50 30 20 10 1 5 频率1Hz注:曲线的含义见第4章。圈C.2Xh方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实线)与自

27、由阻抗值的对比GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 500 50 。80 。-40 40 30 20 300 200 100 Em-ZV鳝MmNUE特-80 500 300 200 100 50 30 20 10 频率1Hz注:曲线的含义见第4章。圄C.3Yh方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实钱)与自由阻抗值的对比16 GB/T 19740一2005/ISO10068: 1998 500 300 40 -40 。200 100 50 30 20 。80 E的-ZV部Hm划要-80 500 300 200 100 50 30 20 10 17 频率1Hz注:曲线的含义见

28、第4章。圄C.4Zh方向人体字臂系统自由阻抗模型(细实线)与自由阻抗值的对比GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 附录D(资料性附录)模型2本模型对三个方向均采用相同的一般结构(图D.l)。在表D.l中列出的模型参数的不同值用于在每个方向获得图D.2至D.4中所示的阻抗值。在这个四自由度的模型中，进一步改进了附录C中的模型形式，质量、弹簧和阻尼与手臂系统中的生理结构并不对应。更小的质量模型在更靠近运动传入的模型点(图D.l中的F)，该点在于上选取。参数1. I 平、Zh 押t，l. 90X 10- 押t，9.47X10寸m 3 6. 55 X 10- m, 4. 29

29、 k, 3.00X lOS k, 6. 80X 10 k3 199 k, 2. 04X 103 c, 59 1 c, 203 C3 199 C, 239 18 G/T 19740一2005/ISO10068:1998 19 GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 500 100 50 300 200 E-ZV部30 20 。80 40 。MmN平黯-40 -80 500 300 200 100 50 30 20 10 频率1Hz注z曲线的含义见第4章。圄D.2Xb方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实线)与自由阻抗值的对比20 GB/T 19740-2005/180 100

30、68: 1998 500 E的-Z)蜷300 200 20 。80 HmGE特-40 -80 500 300 200 100 50 30 20 10 21 频率1Hz注:曲线的含义见第4章。圄D.3Yh方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实线)与自由阻抗值的对比GB/T 19 40-2005/ISO 10068: 1998 500 300 200 40 100 50 30 20 。80 。-40 (E?Z)部MmN坦白骨80 500 300 200 100 50 30 20 10 频率1Hz注:曲线的含义见第4章。图D.4Zh方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实线)与自由阻抗值的对比22 GB/T

31、19740-2005/ISO 10068: 1998 附录E(资料性附录)模型3本模型对三个方向均采用相同的一般结构(图E.l)。在表E.l中列出的模型参数的不同值用于在每个方向获得图E.2至E.4中所示的阻抗值。质量、杠杆臂、弹簧和阻尼与手臂系统中的生理结构并不对应。注:当调整模型参数与手臂系统阻抗的模的值一致时，对相位只作了有限的考虑。表参数I _ 1 、Z h m , . 矗f!IZ.:Z:气i.r坠、:J.(tJ(咱5. 316 r 1_、，口1-E蝠，.1l民.:.:.;、4二晶晶蝇U.lJ白b o. 043 1 O. 258 3 3. 301 X 10-3 O. 139 5 k1铮

32、N/ m 2. 773 X 109 k, . N/ m 51. 50 X 10-9 k, . N/ m 72.07 X 10 6. 207 X 10 k1 50 . 16 X 103 k, 4 185 k3 89. 73X 10-3 c, 107.0 c, 0.645 0 X 10 -3 C3 257 . 7 23 GB/T 19740一2005/ISO10068: 1998 化与/kl kt 1一一-动量矩半径为r的质量刑的中心$2一-运动传入，如X , 运动传人点的位移zz一一质量中心点的位移。+-e注z本例子对应于z方向，加上标记y和z.模型对y和z方向也有效。仍侈手/圄E.1 人体手臂

33、系统自由阻抗模型24 C3 2 X, G/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 500 200 40 。-40 30 20 。80 300 100 50 E的-ZV蜒制N埠四件80 500 300 200 100 50 30 20 10 25 频率1Hz注:曲线的含义见第4章。圈E.2 Xh方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实钱)与自由阻抗值的对比GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 500 2、-Z)蜷300 200 100 。80 50 30 20 。MmN阳回特- 40 80 500 300 200 100 50 30 20 10 频率1Hz注

34、:曲线的含义见第4章。固E.3Yb方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实线)与自由阻抗值的对比26 G/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 500 300 200 100 50 30 20 。80 40 。-40 2、-Z蟠Mm划要-80 500 300 200 100 50 30 20 10 27 频率1Hz注:曲线的含义见第4章。圄E.4Zh方向人体手臂系统自由阻抗模型(细实线)与自由阻抗值的对比GB/T 19740-2005/ISO 10068: 1998 28 参考文献lJ ISO 2041: 1990振动与冲击词汇2J GB/T 15619-2005机械振动与冲击人

35、体暴露词汇(lSO5805 :1 997 ,lDT) 3J ISO 7626-1 :1 986 振动与冲击机械导纳的实验确定第1部分:基本定义和传感器4J GB/T 19739-2005 机械振动与冲击手臂振动手臂系统为负载时弹性材料振动传递率的测量方法(lSO13753:1998,lDT) 5J Bemard,D. , Edude de la masse apparente du systme ma叫raset de 1 .activit musculaire corres户ondantelors d une simulation de brise-bton. Institut Nation

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