DIN 45677-2001 Mechanical impedance of the human hand-arm system at the driving point《人手臂系统在驱动点上受到的机械阻抗》.pdf

1、DEUTSCHE NORM Januar 2001 DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinMechanische Eingangsimpedanzdes menschlic

2、hen Hand-Arm-Systems45677DFRef. Nr. DIN 45677:2001-01Preisgr. 07 Vertr.-Nr. 0007ICS 13.160Mechanical impedance of the humanhand-arm system at the driving pointImpdance mcanique du systmemain-bras au point dentreErsatz frDIN 45677:1993-05VorwortDie erste Ausgabe der vorliegenden Norm war im Mai 1993

3、verffentlichtworden. In der Zwischenzeit wurde von der International Organizationfor Standardization (ISO) die Internationale Norm ISO 10068 erarbeitetund 1998 herausgegeben, wobei auch Ergebnisse von neueren Unter-suchungen einbezogen wurden. Es lag daher nahe, bei der vorliegendenNeufassung von DI

4、N 45677 die wesentlichen Inhalte von ISO 10068 zubercksichtigen.Aus ISO 10068 wurden die Mittelwertkurven und die Standardabweichungfr den Betrag und die Phase der Eingangsimpedanz in den dreiAnregungsrichtungen bernommen. Von den in ISO 10068 aufgefhrtenModellen des Hand-Arm-Systems wurde nur das D

5、rei-Massen-Modell mitgerundeten Parametern bernommen. Dieses Modell kann am ehestengenutzt werden, um Kennwerte fr die verschiedenen Komponenten einermechanischen Versuchsvorrichtung zu ermitteln (siehe auch Anhang B).Diese Norm ist vom Gemeinschaftsausschuss NALS/VDI C 7 Schwin-gungseinwirkung auf

6、den Menschen“ erarbeitet worden.Die Anhnge A und B sind informativ.nderungenGegenber DIN 45677:1993-05 wurden folgende nderungen vorge-nommen:a) Neue Impedanzkurven festgelegt, die mit denen von ISO 10068:1998identisch sind;b) Zahlenwerttabellen der Impedanzkurven fr Terzmittenfrequenzenhinzugefgt;c

7、) Neues, einfacher zu realisierendes Schwingungsmodell aufgenommen.Frhere AusgabenDIN 45677: 1993-05Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDIFortsetzung Seite 2 bis 11Seite 2DIN 45677:2001-011 AnwendungsbereichDiese Norm enthlt die mechanische Eingangsimpedan

8、z und ein Schwingungsmodell des mensch-lichen Hand-Arm-Systems. Aus gesicherten Messergebnissen lassen sich typische Kurven fr die dreitranslatorischen Anregungsrichtungen x, y und z angeben (siehe DIN V ENV 25349), die nach denbisherigen Erkenntnissen als entkoppelt betrachtet werden knnen. Die Imp

9、edanzkurven werden voneinem Drei-Massen-Modell mit unterschiedlichen Parametern fr die drei Anregungsrichtungenangenhert.Den Impedanzkurven wird eine in Abschnitt 4 angegebene Bezugssituation zugrunde gelegt, weileine gewisse Abhngigkeit unter anderem auch von den Gren Greifkraft, Andruckkraft, Arms

10、tellung,Krperhaltung, Strke der Anregung, Lage der Messpunkte und Unterschiede im Krperbaugegeben ist.Bei Schwingungsberechnungen, die die dynamische Belastung einer Struktur mit dem Hand-Arm-System bercksichtigen, sind die in dieser Norm angegebenen Impedanzwerte zu verwenden. Fr dieallgemeine mech

11、anische Modellierung des Hand-Arm-Systems sind die in dieser Norm enthaltenenImpedanzen als Zielwerte zu betrachten: Die Impedanz von Hand-Arm-Modellen soll im Bereich derStandardabweichung liegen.Die in dieser Norm angegebene mechanische Eingangsimpedanz gilt fr ein Hand-Arm-System.Bei praktischen

12、Anwendungen, z. B. im Zusammenhang mit Handmaschinen, ist zur nherungsweisenNachbildung der beiden menschlichen Hand-Arm-Systeme die doppelte Eingangsimpedanz zuverwenden.Die Impedanzkurven und die Schwingungsmodelle des Hand-Arm-Systems gestatten beim Entwurfvon Arbeitsmaschinen die Berechnung von

13、Aussagen ber die Schwingungsbelastung des Menschenschon in der Entwicklungsphase, in der noch kein Prototyp zur Verfgung steht.Mechanische Vorrichtungen, die unter Verwendung des Schwingungsmodells nach Anhang A oderfr spezielle Anwendungsflle auch nach anderen Modellen gebaut und zum Einbau von Han

14、d-maschinen in Prfstnde verwendet werden, erlauben die objektive Ermittlung von Kennwerten fr dieSchwingungsemission von vibrierenden Handmaschinen unter Bedingungen, die den z. Z. genormtenPrfvorschriften (siehe z. B. DIN EN 28662 und DIN EN 50144) sehr nahe kommen. Dabei ist zubeachten, dass die N

15、achbildung der Hand-Arm-Impedanz mit Modellen noch nicht sicherstellt, dasssich im Versuchsstand dieselben Schwingungskennwerte (Schwingungsemissionswerte) einerMaschine wie mit einer Versuchsperson ergeben. Mit dem Einsatz solcher Ersatzsysteme entflltjedoch die Schwingungsbelastung und damit eine

16、mgliche Gesundheitsgefhrdung der Versuchs-personen.2 Normative VerweisungenDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publika-tionen. Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publika-tionen sind nachstehend aufg

17、efhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere nderungen oderberarbeitungen dieser Publikationen nur dann zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder ber-arbeitung eingearbeitet sind. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezuggenommenen Publikation.DIN V ENV 25349, Mechanisc

18、he Schwingungen Leitfaden zur Messung und Beurteilung derEinwirkung von Schwingungen auf das Hand-Arm-System des Menschen (ISO 5349:1986); DeutscheFassung ENV 25349:1992.3 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gilt der folgende Begriff.3.1mechanische Eingangsimpedanzfrequenzabhngiges komplexes Verhlt

19、nis der Kraft zur Schwinggeschwindigkeit an der Ein-leitungsstelle in ein mechanisches System. Der Betrag der mechanischen Eingangsimpedanz wird inN/(m/s) = Ns/m angegeben. Der Phasenwinkel ist der Phasenunterschied zwischen Schwing-geschwindigkeit und Kraft.Seite 3DIN 45677:2001-01ANMERKUNG 1 Die m

20、echanische Eingangsimpedanz wird im Folgenden nur Impedanz genannt. Bei der hierbehandelten Impedanz des Hand-Arm-Systems ist stets die mechanische Eingangsimpedanz gemeint, bei derKraft und Schwinggeschwindigkeit dieselbe Richtung haben.ANMERKUNG 2 In dieser Norm wird das Hand-Arm-System nherungswe

21、ise als lineares System betrachtet,sodass die mechanische Impedanz zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens verwendet werden darf.4 Typischer Frequenzverlauf der Eingangsimpedanz des Hand-Arm-SystemsIn den Bildern 1 bis 3 ist der typische Verlauf des Betrages und der Phase der Hand-Arm-Impedanz

22、frdie drei translatorischen Anregungsrichtungen x, y und z dargestellt. Die Bilder enthalten den Mittelwertund den Bereich der einfachen Standardabweichung der gemessenen Werte in Abhngigkeit von derFrequenz. Die entsprechenden Kurven fr Betrag und Phase der Impedanz eines Drei-Massen-Modells(siehe

23、Anhang A) sind als gestrichelte Linien eingezeichnet. Tabelle 1 enthlt die mittleren Impedanz-betrge und Phasenwinkel bei den Terzmittenfrequenzen.Die in dieser Norm angegebenen Impedanzkurven und Modellparameter gelten fr eine Bezugs-situation, die durch folgende Angaben fr die Schwingungsbelastung

24、, die Krperhaltung und die Hand-krfte festgelegt ist: Schwingungen mit bewerteter Schwingbeschleunigung nach DIN V ENV 25349 unter 50 m/s2;Frequenzbereich von 10 Hz bis 500 Hz. Stehende oder sitzende Arbeitshaltung. Die Hand-Arm-Stellung fr den Handhabungsbereich betrgt 15 zur sagittalen Ebene desKr

25、pers (siehe Bild 4). Der Vorhaltewinkel des Oberarms zur Frontalebene des Rumpfes nimmt einen Wert zwischen 5 und 15 ein (siehe Bild 4). Der Arm ist gebeugt; der Beugewinkel betrgt (90 15) . Der Winkel zwischen dem Unterarm undder Frontalebene ist 120 . Somit befindet sich die Hand immer unterhalb d

26、er Schulter (sieheBild 4). Die Hand umfasst einen Griff, dessen Durchmesser zwischen 20 mm und 45 mm liegt. Der Handgriff ist senkrecht zur Andruckrichtung angeordnet. Die Greifkraft betrgt 10 N bis 100 N. Die Andruckkraft liegt im Bereich von 20 N bis 200 N.Seite 4DIN 45677:2001-01Bild 1 Impedanz d

27、es menschlichen Hand-Arm-Systems fr die x-RichtungMittelwertStandardabweichungModellimpedanzSeite 5DIN 45677:2001-01Bild 2 Impedanz des menschlichen Hand-Arm-Systems fr die y-RichtungMittelwertStandardabweichungModellimpedanzSeite 6DIN 45677:2001-01Bild 3 Impedanz des menschlichen Hand-Arm-Systems f

28、r die z-RichtungMittelwertStandardabweichungModellimpedanzSeite 7DIN 45677:2001-01Tabelle 1 Mittlere Impedanzbetrge und Phasenwinkel fr das menschliche Hand-Arm-System bei den TerzmittenfrequenzenFrequenzx-Richtung y-Richtung z-RichtungBetrag Phase Betrag Phase Betrag PhaseHz Ns/m Grad Ns/m Grad Ns/

29、m Grad110,5 138 53 155 39 153 30112,5 149 53 162 35 165 28116,5 154 53 170 32 180 24120,5 164 54 186 31 190 19125,5 172 57 196 23 200 15131,5 180 53 188 18 215 18140,5 195 53 102 172011150,5 112 51 101 1 207 4163,5 140 47 193 2 181 6180,5 172 43 186 5 160 3100,5 199 37 186 9 160 12125,5 211 31 180 1

30、1 175 18160,5 210 29 177 7 185 14200,5 208 23 171 6 200 18250,5 189 24 167 10216 9315,5 207 25 169 1823 20400,5 224 26 171 16 246 20500,5 292 29 179 22 265 23ANMERKUNG Das in DIN EN ISO 13753 beschriebene Verfahren zur Messung der Schwingungsbertragungvon elastischen Materialien unter Belastung durc

31、h das Hand-Arm-System verwendet andere Werte fr die Hand-Arm-Impedanz als die hier aufgefhrten. Bei den Werten nach DIN EN ISO 13753 handelt es sich jedoch umvereinbarte Impedanzwerte zur Erzielung vergleichbarer Messergebnisse.Seite 8DIN 45677:2001-01a Beugewinkelb Vorhaltewinkelg Abweichung aus de

32、r sagittalen EbeneANMERKUNG Die Pfeile geben die positive Winkelrichtung an.Bild 4 Winkel zur Beschreibung der ArmhaltungSeite 9DIN 45677:2001-01Anhang A(informativ)Schwingungsmodell des Hand-Arm-SystemsMit dem in Bild A.1 dargestellten Drei-Massen-Schwingungsmodell knnen unter Verwendung der inTabe

33、lle A.1 zusammengestellten Modellparameter die mittleren Impedanzen des menschlichen Hand-Arm-Systems fr die drei Raumrichtungen nachgebildet werden. In den Bildern 1 bis 3 sind die Impe-danzkurven der Modelle zum Zwecke des Vergleichs eingetragen.Bild A.1 Drei-Massen-Schwingungs-modell des Hand-Arm

34、-SystemsAnhang B(informativ)ErluterungenISO 10068:1998 wurde aus folgenden Grnden nicht vollstndig bernommen: Die Forderungen von ISO 10068 gelten fr eine Anwendung als erfllt, wenn die Impedanzwerte indem Bereich liegen, der aus allen verwendeten Messwerten gebildet wird. Diese unscharfe Formu-lier

35、ung wurde in der vorliegenden Norm przisiert. Die in ISO 10068 angegebenen Bereiche der Greifkraft (25 N bis 50 N) und der Andruckkraft( 50 N) sind praktisch nicht relevant. Ausgehend von den vorliegenden Erfahrungen, konnten dieBereiche auf 10 N bis 100 N fr die Greifkraft und 20 N bis 200 N fr die

36、 Andruckkraft erweitertwerden. Es wurde nur das Drei-Massen-Modell aus ISO 10068 bernommen, da das Vier-Massen-Modellund das Hebelmodell keine bessere Annherung an die mittleren Impedanzkurven liefern und dieseModelle praktisch nicht zu realisieren sind. Die in ISO 10068 angegebenen Parameter tusche

37、neine hohe Genauigkeit vor. Deshalb wurden die Parameter des Drei-Massen-Modells in der vor-liegenden Norm so weit gerundet, dass eine hinreichende Annherung seiner Impedanz an die Ziel-kurven vorliegt.Tabelle A.1 Parameter fr das Schwingungsmodelldes Hand-Arm-SystemsParameter EinheitSchwingungsrich

38、tung nachDIN V ENV 25349xyzm1kg 0,03 0,01 0,03m2kg 0,5 0,4 0,7m3kg 3 3 3k1N/m 4 400 27 000 5 000k2N/m 130 300 30 000k3N/m 1 600 6 400 2 500c1Ns/m21070230c2Ns/m 20 50 380c3Ns/m 10 30 30Seite 10DIN 45677:2001-01LiteraturhinweiseNormen der Reihe DIN EN 28662 bzw. DIN EN ISO 8662, Handgehaltene motorbet

39、riebene Maschinen Messung mechanischer Schwingungen am Handgriff.Normen der Reihe DIN EN 50144, Sicherheit von handgefhrten motorbetriebenen Elektro-werkzeugen.DIN EN ISO 13753, Mechanische Schwingungen und Ste Hand-Arm-Schwingungen Verfahrenzur Messung der Schwingungsbertragung elastischer Material

40、ien unter Belastung durch das Hand-Arm-System (ISO 13753:1998); Deutsche Fassung EN ISO 13753:1998.ISO 10068:1998, Mechanical vibration and shock Free, mechanical impedance of the human hand-arm system at the driving point.Abrams,C.F., Modelling the vibrational characteristics of the human hand by t

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