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1、1、脚型特征的分析和研究人体工程学要求从人体结构去研究产品适用性，对于鞋类产品，设计的着手点应该是脚型结构，要求设计者了解脚的构造和生理特征 人脚由26块骨骼组成，包括趾骨、跖骨、跗骨三大部分，其中趾骨14块，是足部运动灵活性最高的部位；跖骨5块，一维持着足部运动的平衡性，趾骨和跖骨共同组成趾跖关节，是脚部屈挠最频繁的位置；跗骨7块，贯穿人体重心线，是承受人体重力的主要部位。人脚的26块骨骼与附着在其上面的肌肉，共同支撑着人体直立和推动着人体运动。脚部骨骼结构如图1、图2。与鞋设计有关的足部结构还有脚弓，脚弓是脚部位的弓状突起，在人运动过程中发挥着重要作用，当人跑步或处于承受重压等状态时，脚弓
2、会发生变形，通过变形，减缓人体对地面的冲击力，保护人体组织不受伤害。受力前后脚弓形状的变化见图3、图4。脚弓及附着在其上面的肌肉，就象一个减震器一样，保护着人体不受伤害，因此要注意保护它。如果鞋设计不当，会造成穿用时的不舒适感，严重的会导致脚病的产生。例如鞋底凸度过大，会挤压脚弓，穿用者会感到疲劳，如果长期穿用这样的鞋，会使附着在脚弓上的肌肉和韧带受到伤害，造成扁平足，影响人的健康。从舒适性和安全性的角度考虑，鞋的脚弓位置应该加上缓冲和减震装置，在不影响脚弓正常功能的基础上，有效改善穿用性能。人脚具有独特的功能，在需要时，脚部的骨骼能够体现出刚性特征，人脚部的运动实际上就是一个刚性和柔性两个不
3、同力学性能之间的状态转换，当需要时，可以改变自身的机械特性，能够从柔韧状态变成刚硬的具有推进力的杠杆状态。人的脚部要适应多种运动和不同的外部环境，人要做各种复杂的动作，要接触各种不同的地面，从柔软、平坦、光滑到坚硬、崎岖、粘滞。人脚借助2 6块骨头和附着在其上面的肌肉组织以及多方向的关节系统，能够完美的适应地面的变化和复杂动作的需要，鞋应该有助于脚适应各种复杂的环境，而不应该成为束缚脚部运动的障碍。肌肉是脚运动的主要动力，肌肉通过收缩，拉动脚关节运动。如果鞋尺寸d、于脚尺寸，会使肌肉受到挤压，阻碍血液流通和压迫脚部神经，从而产生难受不适和疼痛的感觉。但如果鞋过于肥大，走路时为了防止抬脚时鞋脱落
4、，肌肉便处于紧张收缩状态，总是试图把鞋勾住。时间一长，肌肉也会出现疲劳，产生发酸发疼的感觉。另外，如果鞋跟设计不合理，为了保持平衡，便要挺胸收腹腿伸直，足部肌肉也处于相对紧张状态，这种状态持续时间过长，便会引起各种不适甚至造成膝盖、腰腿和足部的疼痛。因此鞋的设计要考虑如何让人的脚部和腿部肌肉得到放松，从而达到舒适的效果。与运动相关的足部关节主要有踝关节、跟骨关节、跗骨关节和跖趾关节，每一个关节都有其独特的多种平面运动功能，因此即使在起伏不定的崎岖路面上运动，足部也能保持平衡。下面分析关节的四种主要运动情况。(1)踝关节由胫骨和腓骨的下端和距骨构成，脚在踝关节部位可以灵活转动，也可以使足部在垂直
5、方向(足底向上弯曲)上下移动。脚通过踝关节向小腿方向转动范围为2030，向背离小腿方向的转动范围为3050，见图5图7：(2)跟骨是大腿骨及胫骨旋转所依靠的唯一的轴，是提高跑步效率的关键，此处关节通过将“硬推进” 转换到“软着陆”，从而调节足部的机械功能，见图8。为了保证该部位的灵活性，在设计运动鞋(如跑步鞋)时，应该确保该部位没有鞋部件限制，以免影响运动效率的发挥。(3)脚中间的跗骨关节可以用来调节在不平坦地形运动时足前后端的平衡，见图9。例如在不平坦的山路及高原、丘陵等崎岖道路上行走或运动时，中间的跗骨能在保持足后端平衡的情况下，调节前端的活动。(4)人体的全部重量都以足部的跖骨为轴心进行
6、有效移动，为前进提供推进力。尽管五个跖骨的动作是一致的，但为达到与地面接触时机械效率的最佳化，它们又可以分别独立工作。跖关节和趾关节随着走路的节奏做屈挠和伸展运动，最大运动范围可达到90左右，见图1 0：鞋用材料一般来说应具备保护双脚不受外来伤害、保暖、辅助运动等功能。鞋用材料在实现自身功能的同时，往往会减弱穿用功能，如为了增加鞋底的保护功能，需要增加鞋底厚度，而随着厚度的增加，鞋重量和耐屈挠性也会相应提高，而重量和耐屈挠性的提高势必会影响人的运动，造成更多能量的消耗，使人容易产生疲劳感，因此，在设计长时间穿用的鞋时，应避免使用这类材料。有报告指出，在运动过程中鞋重量每减少100g，则氧气的吸
7、入量会减少1 ，特别是快速运动中，氧气和能量消耗量会更大，所以在运动鞋的设计中，要着重改善底的重量、柔韧性和耐屈挠性等性能指标，以适应运动的需要，降低人体能耗帮面、里材料与人脚直接接触，通过鞋面、里材料微孔和纤维，鞋与外界进行着冷热气体的交换以及发挥着排汗除湿的功能，以保持鞋腔的干燥卫生。对于脚来说，感觉最舒适的温度是2833 ，当外界温度为1416 时，脚皮肤的温度在2032之间，当脚的温度下降到1015 时，易引起感冒及脚部冻伤。脚的不同部位的温度也有所不同，脚掌面的温度是人体最低的，脚背略高11.5 根据气候的变化，及时更换用不同保暖材料制作的鞋，也是保护脚和增进人体健康的一项必要措施。脚主要是通过汗液的排出来散发热量，汗液分解后的产物呈酸性，对皮肤有一定刺激作用，并易滋生细菌 因此，在设计时，要考虑到尽量使鞋能将汗液排除，以保持鞋腔内的干燥卫生。但脚的部位不同，汗腺的分布也不一样，脚心及跖趾关节部位密度最大，其中脚心的汗腺分布达到620个cm。，汗腺分布最少的是脚掌、外踝及跟部。在设计鞋内底部件时，可以根据汗腺的分布，选择恰当的材料，在汗腺分布密度大的部位，要充分考虑所选择材料的吸湿和透气性能， 以确保湿气能及时的被吸收或排除。
