手工具的设计
出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第854页（2710字）
1．2．1 维持手腕的顺直状态
使手指弯曲的肌腱都要通过手腕的腕道。手的抓握动作，应使手腕与前臂处于顺直状态。如果手腕处于掌侧屈、尺侧偏，或二者兼使时，则腕道内的肌腱将形成弯曲僵束状态，长期不断地采用这种姿势，在手腕肌腱的末梢处将会发生炎症，即腱鞘炎，导致腱鞘炎最常见的是以双手拧干衣物以及用螺丝刀拧螺钉等等。为此，在设计手工具时，应避免使操作者的手腕处于尺侧偏姿势。图3．7－4a)X光透视片所示传统式钢丝钳，即是尺侧偏的典型实例之一，图b)所示是经改良设计的钢丝钳其握把弯曲，操作可避免手腕尺侧偏姿势，使手腕与手臂维持顺直状态。图3．7－5所示是将工具握柄弯曲成19°±5°，使手腕在操作时免于偏曲的两种实例。图3．7－6所示是两种钢丝钳的比较，可以看出，使用改良后钢丝钳的操作者，几乎不会因此而患腱鞘炎。
图3．7－4 钢丝钳的改良设计
图3．7－5 握柄的正确设计
图3．7－6 两种钢丝钳的比较
除尺侧偏外，其他形式的手腕弯曲，如桡侧偏时，桡骨头与肱骨小头之间会增压产生疼痛，甚至发生炎症，若手腕屈曲成任何角度做抓握动作，其握力值将减低，如果维持强力抓握，经短时间就会感到疲劳，图3．7－7所示是手弓锯操作错误的实例。操作者右手为尺侧偏，左手为背侧屈且带有微量的尺侧偏，以这种姿势锯切几小时后，就会感到非常疲劳，手指动作不能自如。
图3．7－7 错误操作手弓锯的实例
1．2．2 手工具设计的几项原则
手工具的设计应适应操作的需求，有利于提高效率，操作安全、舒适，一般应注意以下几方面：
①避免手掌的压应力，抓握工具进行操作时，手掌部分所承受的压应力较大。而手掌是承受压力最敏感的部位。如图3．7－8所示，当抓握一传统的刮漆板时，由于把柄较小，其整体全部握在掌内，使压应力集中于手掌，长时间用力操作，就会妨碍血液在尺动脉的循环，形成局部缺血，从而引起手指麻木和刺痛感。因此，手工具的握把应尽可能设计成有较大的接触面，如图b所示，使压力敏感性较低的部位承受较多的压应力，为拇指与食指间的坚韧组织等。
图3．7－8 把柄的改良设计
②预防板机指症的发生。长期使用食指反复操作如扳机式控制器等，很可能引发扳机指症。其主要原因，是握柄太大，形状不当，使手指的远位端指骨必须弯曲，而中位端指骨保持顺直的状态下操作。为此，首先应适当降低按动式控制器的抗力值，使其能轻易启动。此外，还应避免食指的频繁操作(即屈伸动作)，有可能尽量采用拇指操作。因为拇指易与其他手指相对，而且是所有手指中唯一能作弯曲、外展等动作的手指。手与各种握柄的造型如图3．4－9所示。
图3．7－9 避免扳机指症的握柄造型
③合理利用手指。图3．7－10所示为控制器的操作。其中，图a)所示开关的控制会使拇指过度伸张，长期操作容易患肌腱炎。相比之下，图b)所示指压扳条式控制器较为合理，操纵时所有手指都分担负荷，使拇指充分发挥抓握和固定工具的功能。
图3．7－10 控制器的操作
④握力的发挥，手的握力的发挥，常与所抓握的物体的大小有关。握力值与握持的轴线宽度有关，一般在6．5～8．5mm之间可获得最大值，如图3．7－11中a)所示。图b)所示的铆钉枪，操作时必须在完全开口的情况下抓握，此时其外侧棱线之间的宽距较大，约为150mm，对于手型较小者来说，此种轴线宽距是无法操作的。
图3．7－11 最大握力值与轴宽的关系
⑤提高效率，安全操作。有利于提高效率，操作安全、舒适，是手工具设计的首要条件。例如，工具的握柄不应有锐利的边角、棱线，电锯、电钻等动力工具应设有刹停辅助装置，以减少意外事故的发生。各种动力工具都规定有安全操作注意事项，但设计者还应预测由于误操作而可能出现的事故，并采取必要的防范措施。此外，影响手工具使用效率和安全的另一要素，是工具自身的重量。人体持物的动作，是由于肌肉的静态收缩作用，但这种作用力不会持久，常在短期内导致肌肉疲劳，失去施力功能，从而影响定位的精度，使工作质量下降。手持工具重量与肌肉疲劳的关系如图3．7－12所示。可以看出，当对已知重量物体进行反复握持时，每次握持的时间应在达到肌肉疲劳时间值的10%以下，而且每次抓握动作的间隔至少应是握持时间的6倍。图中数据是根据男性测得的，而女性则可取其值的2／3以下。
图3．7－12 手持工具重量与肌肉疲劳的关系
⑥操作者的差异性
一般女性的手长约比男性短2cm，握力值也只及男性的2／3，这一差异，应在手工具设计中予以考虑。另外，操作工具通常是使用右手，但也有部分人习惯使用左手，因此，工具的设计亦应考虑能适应左手操作，如图3．7－13所示的电钻，如果在其右侧也设有螺旋扣件，使握柄可以任意移转，这样，即可适应左手或右手操作。
图3．7－13 电钻
⑦震动与白手指症。手握震动性工具，会导致手部的血管痉挛，产生白手指症。其主要症状是手指和手部的血液循环不畅，尤其在寒冷环境下，症状更为显着，且易恶化。虽然大多数的白手指症不会立即使人体身心趋于衰弱，但若情况恶化，也可能导致指尖的坏疽病。因此，对于震动力大的手工具，应该采取必要的消震措施，从工程技术角度来说，如最大震动力降低到30N以下，且采取必要的防震措施，即可达到预防白手指病的目的。