牙刷的人机工程学设计与改良.ppt

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1、牙刷的人机工程设计,总体设计思路,牙刷握柄设计,牙刷头部设计,牙刷刷毛设计,总体展示,目录,牙刷颜色设计,总体设计思路,要想拥有一口健康漂亮的牙齿，除了养成良好的刷牙习惯和正确的刷牙方式外，有一把设计合理的牙刷也是至关重要的。尤其是在牙刷的人机工程学上要考虑得尽量周到。我们将以人机工程学为基础，对牙刷进行改进设计。,设计理念,总体设计,刷牙的压力指刷头对牙面的正压力。刷牙压强指牙刷与牙面接触后，刷毛单位面积上所具有的力。刷牙压力大小因人和牙刷而异。Hasegawa等人提出最适力的概念，实验结果显示45岁儿童刷牙时，最适力为3N，成人最适力为3-4N。在这里，我们主要通过刷毛和刷头、牙刷颈部材料

2、使用来调整人们刷牙的力度，避免伤到牙龈。对于牙刷握柄，我们将手握形状考虑进去设计握柄形状。,NICE TEETH,初步分析,总体设计,传统牙刷尺寸特点,H1,H2,H3,B1,B2,C1,C2,总体设计,刷毛呈长方体，对于口腔内复杂位置无法达到好的清洁效果,握柄同为长方体，而且大拇指出只有简单的防滑垫，使用起来手不舒服，较为硌手。,牙刷颈部没有角度，很容易导致在刷牙过程，妨碍牙刷运动。,牙刷头材料坚硬，并且头部出毛刷一小段距离，当刷牙时，用力稍有不慎便可以碰到口腔的软组织（牙龈）。,以上分析对牙刷设计的指导 刷牙是保持口腔清洁的重要措施，它的作用是出去牙齿上的残存的食物，又不损伤牙龈组织。每个

3、人都有不同的刷牙方法。所以我们的牙刷要去考虑大部分人的形体要素以及使用情况。指导方针如下：(1)牙刷的刷头要适合个人口腔的大小，不宜过大，刷毛不能过硬、过密、过长。(2)为尽量避免刷牙动作稍有不慎使得牙刷头戳到牙龈或腮帮导致疼痛，所以材料不应是传统的硬塑料，要采用更柔软的材料。(3)牙刷整体重量不宜过重。(4)握柄设计要使手握更加舒服。,总体设计,设计分类,以下使我们的设计特点,（1）将牙刷头部和握柄分开，形成组装型牙刷。（2）牙刷头呈月牙形（小弧度）（3）牙刷刷毛的尺寸大小改善。（4）牙刷头背面软垫及牙刷头材料优化。（5）握柄弯曲度优化，更适合手掌的拿握。（6）牙刷颜色分析改善,总体设计,设

4、计特点,牙刷握柄设计,通过网上的问卷调查得出：95%的人使用的是手动牙刷72%的人的牙刷是一月一换61%的人时将废旧牙刷丢掉90%的人没有换牙刷头的习惯。一半的人对牙刷的尺寸材料满意45%的人有过牙刷头前方伤到牙龈的经历93%的人认为洗完后将牙刷放入杯中不卫生。分析牙刷握柄的问题：牙刷柄的浪费量大；握柄的材质问题。为此我们首先设计出可换牙刷头，避免握柄浪费。,牙齿握柄设计,设计牙刷组成,简易设计图,牙齿握柄设计,牙刷前柄设计,1、牙刷前柄长涉及到收我的舒适，以及让刷头能深入到牙床最里面，而手不会有碰到嘴唇的尴尬。压床的深度就是牙刷前柄长所所要对照的人机标准。女性的压床的深度为45mm左右，男性

5、在65mm左右，所以取65mm。,牙齿握柄设计,牙刷前柄设计,2、为了保证手腕处于自然的顺治状态，一般采用内弯式。设计采用内弯角度为12度左右。如果弯角过大会使刷头和刷面产生较大的力矩，造成刷牙动作不稳定。根据牙刷的前柄长度可知刷头高=前柄长*tan12=30*tan12=6mm。,牙齿握柄设计,牙刷前柄设计,TPE（热塑性弹性体）包裹 PP(聚丙烯)的设计,使颈部保障足够的使用强度的同时拥有良好的弹力性能。桥形减振装置,吸收过大的用力,充分利用结构来进行弹力设计。在充分考虑材料特性、结构、加工工艺的基础上进行设计,使整个牙刷的形态达到功能与美的统一。,根据人体的标准尺寸可知手宽取95%为89

6、mm，手长取95%为193mm,而为了美观，根据黄金比例，全长为195mm 大拇指把住的地方开始算握柄，为了增大摩擦，一般有稳住拇指的阻力设计。并且握柄的长度都不手宽多10-20mm，所以取115mm,牙齿握柄设计,牙刷后柄设计,牙齿握柄设计,牙刷后柄设计,人机工程学的手握型设计 在设计制作牙刷的时候，应该充分考虑到使用者的手部尺度，也就是牙刷合理的长度，宽度，厚度，以及各个功能部分的比例关系。握柄主体采用不对称圆弧形设计,防止旋转,使得在刷牙过程中不会产生疲劳与把握的不适应。如下图：,H3=115,按照大多数手型来设计出具有弧度的握柄，从而减少刷牙动作过程中的不适应。这也是目前市面上普遍人机

7、工程设计,根据有关人体尺寸及分析牙刷在口腔内的运动轨迹，刷柄的后倾角应控制在 90105 度之间。同时，牙刷颈部应作弹性设计，以适应牙刷运动方向的变化给操作带来的不适。,示意图,直径设计,高档牙刷手柄的热塑性弹性体（TPE）KSE5050。此款材料具有以下特点：与PCTA(共聚聚酯塑料原料)和PETG(非结晶型共聚酯)基体粘接力强、手感细腻、抓握力强、无毒无味、易加工等特点，并已取得FDA认证。,牙齿握柄设计,牙刷后柄材料,TPE,牙刷头部设计,牙刷头部设计,头部设计,牙刷的刷头包括刷毛与置毛基座部分，主要在口腔内运动，刷头的的形状对刷牙的效果有很大影响。刷毛太大，运动不变，对口腔内下颌前齿内

8、、舌两侧等狭小部分的清洁效果不佳。儿童的口腔小，乳牙釉质矿化较差，应使用柔软刷毛的小刷头牙刷，以免刺破牙龈。由于口腔后部空间狭小，特别是在清洁后齿各面时，需在狭小空间舒适的完成前后、上下弧线、斜线运动，根据这一运动特点，刷头的形状宜采用近椭圆形并做修缘处理。根据有关人体尺寸，结合植毛工艺要求，适用于成人的刷头尺寸宽度应为 1115 mm，长度为 1835 mm较为合理。,牙刷头部设计,头部设计,由人体标准尺寸，后槽牙牙宽约为0.81.1厘米，牙刷应比其略宽 应设计宽度为1.2厘米。牙刷头长度应当伸到后槽牙尾端时，人手指还距离牙齿大约2厘米。牙刷头高度应等于人在疲劳度很小情况下张嘴后上下牙垂直距

9、离的一半，约为一厘米。人的舌头无数个凸起的味蕾很容易藏污纳垢，滋生引起口腔异味的细菌，所以用硅胶做牙刷头的底部材料可在刷牙时防止出现用力不慎导致碰伤情况，并且因其柔软性、摩擦性可以按摩清洁牙龈及舌苔。背部表面做成颗粒状，深度清洁。底板应做成稍带弧度，使刷毛略呈放射状，与口腔接触面增大。,牙刷头部设计,头部立体图,俯视图,背部硅胶颗粒,刷头材料硅胶,牙刷头部设计,头部立体图,正视图,刷毛位置,牙刷头部设计,头部立体图,侧视图,连接插口,牙刷刷毛设计,牙刷刷毛设计,刷毛直接与牙齿接触，借助牙膏的作用，达到清洁牙齿的目的。刷毛是体现牙刷清洁功能的最主要部分，因此刷毛的材料、形态、排列方式直接影响到刷

10、牙的舒适性和清洁效果。1、刷毛材料 天然鬃毛用做刷毛材料，虽然具有柔软、吸附牙膏效果好等特点，但因其干燥慢、寿命短已被丝条美观、易干、视觉清爽的耐力丝（尼龙 b12）代替。这种新型的刷毛材料通过丝尖的磨毛加工，可以做成各种形状，丝尖成为更细的绒毛状，更柔软、更舒适。以根据清洁部位的不同，内外刷毛材料、丝径不一样，外围束的刷毛应软一些，有利于按摩牙龈；内部束的刷毛要硬一些，有利于清洁牙齿。,刷毛材料,刷毛丝尖端轮廓资料图示,牙刷刷毛设计,2、刷毛排列 刷毛丝尖端轮廓按刷毛的排列分为四排毛、三排毛和两排毛3 种。排数少，在口腔内运用方便，但单薄，易倒毛，不耐用；毛密有利于铺开牙膏，清刷作用强，但不

11、利于牙刷本身的清洁，毛根部容易藏污。根据实验研究，一般牙齿健康的成年人，以选用四排毛的牙刷为宜。根据口腔颊侧间隙及植毛工艺要求，刷毛高度以 910 mm为佳，根据刷头尺寸宽度以910mm为佳，长度以2530mm为佳。根据图A所示，牙刷刷毛会采取略微外凸（图B）增大与牙齿的接触面积已达到更好的清洁效果。,刷毛排列,图A牙刷的运动方向图,图B,牙刷刷毛的毛端平面形状分为平切、波浪等几种。不同的列形式清除牙齿缝隙间食物残渣的效果略有不同。根据对比试验验证（资料）：刷牙,无论是采用平切型,还是波浪型牙刷并不能完全清除菌斑,刷牙后菌斑残留率为 16.9-17.1%,特别是在牙齿邻面和舌腭侧存在菌斑残留区

12、。因此,在刷牙时还有必要提倡和推广各种辅助性口腔卫生清洁工具。（这里在刷头设计会有所体现）我们采用的是斜切型。（如上图B所示）,牙刷刷毛设计,刷毛排列,牙刷颜色设计,当代美国视觉艺术心理学家布鲁墨所说：“色彩唤起各种情绪，表达感情，甚至影响我们正常的生理感受”。因此，色彩就被赋予了情感因素。同时，色彩的情感效应也与人们的经验、联想有关，并且在一定文化环境中具有某种象征意义。,牙刷颜色设计,颜色设计,总体展示,简图,简易图展示,简图,草图展示,谢谢观看,附录1,谢谢观看,附录2,成年人握拳的直径大约30mm把握直径13mm左右。所以握柄的直径取13mm为基准。,附录3,色彩引起的抽象联想：红色：活跃、紧张、欢心、兴奋等橙色：高兴、活跃、精神、热闹等黄色：愉快、开心、明朗、精神等绿色：年轻、新鲜、希望、平静等蓝色：沉着、凉快、深远、诚实等紫色：高贵、神秘、女性化、哀伤等白色：清洁、纯洁、开明、和平等灰色：沉着、抑郁、暗淡、冷漠等黑色：阴沉、严厉、中立、沉重等,