Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Эргономика и дизайн

МНОГОЦЕЛЕВЫЕ
ГУСЕНИЧНЫЕ И КОЛЕСНЫЕ 
МАШИНЫ
ЭРГОНОМИКА И ДИЗАЙН
Под общей редакцией доктора технических наук, 
профессора В.П. Бойкова
Допущено 
Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования 
по специальностям «Тракторостроение», «Многоцелевые гусеничные и колесные 
машины», «Дизайн гусеничных и колесных машин»
(соответствует направлению подготовки 23.03.02
«Наземные транспортно-технологические комплексы»)
 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»
2019

УДК 629.365/.367:658.310.11(075.8)
ББК 39.34я73
 
М73
ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
А в т о р ы :
В.В. Гуськов, В.П. Бойков, Д.В. Клютко, Л.В. Кухаренок
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра теории и истории дизайна Белорусской государственной академии 
искусств (зав. кафедрой — кандидат искусствоведения, доцент Я.Ю. Ленсу);
директор Республиканского компьютерного центра машиностроительного 
профиля объединенного института машиностроения НАН Беларуси, 
доктор технических наук, профессор С.В. Харитончик
М73
Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Эргономика 
и дизайн : учеб. пособие / В.В. Гуськов, В.П. Бойков, Д.В. Клютко, Л.В. Кухаренок ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. 
В.П. Бойкова. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 
2019. — 350 с., [4] л. ил. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978-985-475-702-5 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-010299-3 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102239-9 (ИНФРА-М, online).
Излагается подход к проектированию многоцелевых гусеничных
и колесных машин, основанный на принципах обеспечения современных требований эргономики и дизайна. Рассматриваются вопросы 
компоновки и формообразования узлов внешнего строения и интерьера с учетом требований функциональности и эстетики, удобного и безопасного взаимодействия человека и машины, минимизации воздействия отрицательных факторов. Описаны применяемые материалы
и технологии для производства облицовочных деталей машин.
Для студентов вузов автотракторных специальностей. Может быть 
полезно инженерно-техническим работникам предприятий, выпускающих многоцелевые гусеничные и колесные машины.
УДК 629.365/.367:658.310.11(075.8)
ББК 39.34я73 
 
© ООО «Новое знание», 2015
ISBN 978-985-475-702-5 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-010299-3 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102239-9 (ИНФРА-М, online).

Оглавление
Предисловие..............................................................................................................................7
Введение...................................................................................................................................10
Глава 1. Тенденции развития многоцелевых гусеничных  
и колесных машин................................................................................................................13
1.1. Основные направления ускорения научно-технического 
прогресса в области МГиКМ....................................................................................13
1.2. Типаж и система машин как техническая база перспективной .
техники.
.............................................................................................................................17
1.3. Тенденции развития мирового машиностроения в области 
эргономики и дизайна МГиКМ...............................................................................23
1.4. Современные этапы проектирования МГиКМ.
..................................................25
1.5. Общие сведения об этапах проектирования МГиКМ.....................................29
Глава 2. Введение в эргономику и инженерную психологию.
...........................34
2.1. Определение понятий «инженерная психология» .
и «эргономика»..............................................................................................................34
2.2. Предмет, задачи и методы инженерной психологии .
и эргономики..................................................................................................................40
2.3. Основные понятия инженерной психологии и эргономики.........................42
2.4. Система «человек — машина»..................................................................................45
2.5. Принципы эргономического обеспечения разработки 
человеко-машинных систем......................................................................................46
2.6. Особенности системы эргономического обеспечения .
разработки и эксплуатации систем «человек — машина».
............................51
2.7. Оценка эргономичности мобильной машины....................................................53
Глава 3. Составляющие эргономики многоцелевых гусеничных 
и колесных машин................................................................................................................60
3.1. Антропометрия. Основные понятия и определения........................................60
3.2. Посадочные манекены.................................................................................................83
3.3. Хиротехника....................................................................................................................88
Глава 4. Основы художественного конструирования 
многоцелевых гусеничных и колесных машин..................................................... 100
4.1. Художественное конструирование. Основные понятия .
и определения.
............................................................................................................. 100
4.2. Техническая эстетика................................................................................................ 102
4.2.1. Основные понятия и определения........................................................... 102
4.2.2. Эстетические требования к МГиКМ.
....................................................... 103
4.2.3. Социально-экономические требования к МГиКМ............................. 108
4.2.4. Утилитарно-функциональные и технологические 
требования к МГиКМ.................................................................................... 110

Оглавление
4
4.3. Закономерности формообразования и композиции.
..................................... 111
4.3.1. Конструкция, форма и композиция......................................................... 111
4.3.2. Зрительное восприятие предмета............................................................. 113
4.3.3. Средства композиции.................................................................................... 114
4.4. Этапы художественного конструирования....................................................... 121
4.4.1. Художественно-конструкторский анализ.
.............................................. 121
4.4.2. Художественно-конструкторский синтез............................................... 123
4.4.3. Художественно-конструкторский проект.
.............................................. 126
Глава 5. Эргономика и дизайн верхнего строения многоцелевых 
гусеничных и колесных машин.................................................................................... 130
5.1. Требования к конструкции кабин на примере тракторов........................... 130
5.1.1. Основные функции кабины........................................................................ 130
5.1.2. Безопасность кабины..................................................................................... 131
5.1.3. Обзорность.
........................................................................................................ 136
5.2. Дизайн верхнего строения тракторов................................................................. 143
5.2.1. Общие тенденции в дизайне элементов .
верхнего строения тракторов...................................................................... 143
5.2.2. Дизайн кабин тракторов............................................................................... 149
5.2.3. Дизайн облицовок моторного отсека тракторов................................. 156
Глава 6. Эргономика и дизайн рабочего места оператора 
многоцелевых гусеничных и колесных машин..................................................... 161
6.1. Эргономика рабочего места оператора. Общие требования...................... 161
6.1.1. Общие тенденции эргономики в дизайне элементов 
интерьера кабины............................................................................................ 161
6.1.2. Комфортабельность рабочего места оператора.
................................... 162
6.1.3. Микроклимат рабочего места оператора.
............................................... 166
6.1.4. Шумность........................................................................................................... 176
6.1.5. Вибрационная комфортабельность.......................................................... 183
6.2. Эргономика рабочего места и поста управления .
на примере трактора................................................................................................. 192
6.2.1. Общие требования к посту управления и рабочему месту 
оператора трактора......................................................................................... 192
6.2.2. Нормативные требования к рабочему месту оператора 
и органам управления трактора.
................................................................ 192
6.3. Способы совершенствования эргономики рабочего места и поста 
управления трактора.
................................................................................................ 205
6.3.1. Оснащение тракторов различными электронными системами 
автоматического управления движением и технологическим 
процессом, превышающими возможности оператора....................... 205
6.3.2. Совершенствование непосредственно поста управления................ 208
6.3.3. Совершенствование системы подрессоривания .
сиденья оператора........................................................................................... 209

Оглавление
5
6.4. Основные принципы дизайна интерьера на примере .
кабины трактора......................................................................................................... 216
6.5. Компоновка и дизайн приборной панели МГиКМ....................................... 218
6.5.1. Общие принципы компоновки приборной панели............................ 218
6.5.2. Информативность приборной панели..................................................... 222
Глава 7. Макетирование и трехмерное компьютерное 
моделирование деталей и узлов верхнего строения 
многоцелевых гусеничных и колесных машин..................................................... 229
7.1. Понятие о макетировании и макете.................................................................... 229
7.2. Задачи макетирования.
............................................................................................. 231
7.3. Функции макетов....................................................................................................... 236
7.4. Классификация проектных макетов.
................................................................... 238
7.5. Поисковое макетирование.
...................................................................................... 244
7.5.1. Понятие и цели поискового макетирования.
........................................ 244
7.5.2. Методы и структура поискового макетирования.
............................... 245
7.5.3. Выбор материала и масштаба поискового .
макетирования.................................................................................................. 247
7.5.4. Способы организации поискового макетирования............................ 250
7.6. Доводочное макетирование.
.................................................................................... 252
7.6.1. Назначение и классификация доводочных макетов.......................... 252
7.6.2. Геометрическая доводка................................................................................ 253
7.6.3. Функциональная доводка............................................................................ 256
7.7. Демонстрационное макетирование...................................................................... 260
7.7.1. Назначение демонстрационных макетов.
............................................... 260
7.7.2. Полные и частные демонстрационные макеты.................................... 262
7.7.3. Опытные образцы........................................................................................... 266
7.7.4. Способы демонстрации макетов.
............................................................... 268
7.8. Использование макетирования в решении проектных задач.................... 271
7.8.1. Основные группы проектных задач......................................................... 271
7.8.2. Вариантные преобразования.
...................................................................... 274
7.8.3. Агрегатирование и унификация................................................................ 276
7.8.4. Функциональное проектирование............................................................ 282
7.8.5. Модернизация.
.................................................................................................. 284
7.8.6. Прогнозирование............................................................................................. 285
7.9. Использование компьютерного трехмерного моделирования 
при проектировании деталей и узлов................................................................ 287
7.9.1. Компоненты и направления компьютерного .
моделирования................................................................................................. 287
7.9.2. Система трехмерного моделирования Unigraphics NX.
.................... 289
7.9.3. Основные модули Unigraphics NX........................................................... 292
7.9.4. Использование систем трехмерного моделирования 
на примере проектирования кабины трактора.
.................................... 296

Оглавление
6
Глава 8. Технологии и материалы, применяемые при изготовлении 
деталей верхнего строения и интерьера многоцелевых гусеничных 
и колесных машин............................................................................................................. 299
8.1. Общие принципы выбора материала и технологии 
при конструировании кабин и кузовов МГиКМ........................................... 299
8.2. Определение критериев оценки и сравнения различных вариантов 
исполнения кабины................................................................................................... 302
8.3. Обзор технологий изготовления и сборки кабин МГиКМ.
........................ 304
8.3.1. Общая структура кабины МГиКМ........................................................... 304
8.3.2. Цельносварная стальная конструкция из тонкостенных 
элементов, штампованных из листового металла............................... 305
8.3.3. Каркасно-панельная конструкция со стальным каркасом 
и панелями внешней обшивки из полимерных 
или искусственных материалов................................................................. 307
8.3.4. Цельнопластиковая конструкция кабины МГиКМ........................... 314
8.3.5. Клепаная конструкция кабины из листового алюминия.
................ 315
8.4. Общая оценка и рекомендации по выбору технологии 
изготовления кузова или кабины МГиКМ...................................................... 318
8.5. Технологии и материалы для изготовления каркаса кабин МГиКМ..... 321
8.6. Технологии и материалы для изготовления пластиковых деталей 
элементов верхнего строения МГиКМ.............................................................. 323
8.6.1. Ручная формовка и ее варианты............................................................... 323
8.6.2. Технология горячего прессования............................................................ 327
8.6.3. Формование с применением заливки в замкнутую форму.
............ 327
8.7. Материалы, применяемые для формования внешних панелей................ 331
8.8. Технологии сборки каркасно-панельных конструкций кузовов 
и кабин МГиКМ......................................................................................................... 332
8.9. Обзор технологий окраски пластиковых деталей верхнего 
строения МГиКМ....................................................................................................... 333
8.10. Изготовление технологической оснастки для производства 
пластиковых деталей верхнего строения и кабин МГиКМ 
методом контактного формования.................................................................... 334
8.10.1. Изготовление мастер-моделей деталей 
на трехкоординатных станках с ЧПУ 
с малыми размерами рабочих столов.
................................................ 334
8.10.2. Изготовление мастер-моделей деталей 
на пятикоординатных станках с ЧПУ 
с большими размерами рабочих столов............................................ 339
8.11. Изготовление технологической оснастки для производства 
деталей по технологии литья в закрытую форму (процесс RTM)....... 343
Список использованных источников.......................................................................... 346

Предисловие
Проектирование любой машины, в том числе тракторов и многоцелевых гусеничных и колесных машин (далее — МГиКМ), представляет собой длительный процесс, в течение которого конструктору приходится решать множество противоречивых задач. Проектируемая машина должна давать наибольший экономический 
эффект и иметь технико-экономические, эксплуатационные, эргономические и эстетические показатели на уровне мировых достижений в данной области.
Высокий уровень культуры определяет постоянно растущие 
требования к качеству промышленной продукции. При этом на первый план неуклонно выдвигаются требования к технико-эстетическим свойствам, относящимся к внешнему виду, форме, эргономике 
изделий. И это не случайно, так как именно форма информирует 
потребителя о содержании, внутренней сущности предмета, наличии в нем необходимых потребительских свойств, а следовательно, 
о его качестве в целом.
Технико-эстетические свойства изделий отрабатываются на 
основе сложных структурно-функциональных связей системы «человек — машина», что требует и системного подхода при проектировании, привлечения к нему квалифицированных специалистов 
со специальным образованием, которые опираются в  своей деятельности на искусствоведение, инженерную психологию, эргономику, социологию и другие науки.
Опыт подготовки специалистов в  области создания МГиКМ 
показал [6, 7, 8], что инженеры-конструкторы, окончившие технические вузы, имеют достаточные знания, позволяющие им квалифицированно создавать узлы и  агрегаты машин и  разрабатывать 
общую компоновку их механической части (шасси). Однако при 
этом они испытывают затруднения, особенно в  области дизайна 
и эргономики, когда приходится создавать машину в целом. Для 
устранения пробелов в этой области введен курс «Основы эргономики и дизайна», основной задачей которого является приобретение студентами знаний в области эргономики и художественного 
конструирования. Выпускники с квалификацией «дизайнер-инженер», обучавшиеся по специальности «Дизайн многофункциональных гусеничных и колесных машин», могут создавать облик машин, 
соответствующий лучшим мировым аналогам.

Предисловие
8
Предлагаемое издание основано на лекциях, практических занятиях и  лабораторных работах, проводимых профессорско-преподавательским составом кафедры «Тракторы» и ее филиалов на 
Минском тракторном заводе и кафедры «Многоцелевые колесные 
машины» на Минском заводе колесных тягачей. Оно предназначено для изучения студентами специальностей 1-37 01 03 «Тракторостроение» и 1-37 01 04 «Дизайн многофункциональных гусеничных и колесных машин», а также специальностей, связанных 
с созданием и эксплуатацией наземных МГиКМ, в том числе и сельскохозяйственных. Издание также может быть использовано в конструкторских организациях, занимающихся проектированием подобной техники.
Настоящее пособие посвящено изучению эргономики и  дизайна многоцелевых колесных и  гусеничных машин, тракторов. 
Каждое из этих двух неразрывно связанных между собой направлений деятельности создателей техники, конечно, требует глубокого 
изучения. Основная задача книги — дать инженеру-конструктору 
и дизайнеру представление об общей идеологии компоновки внутреннего пространства кузова и  кабины с  учетом антропометрических характеристик, удобного и  безопасного взаимодействия 
человека и  машины, минимизации воздействия отрицательных 
факторов. В книге изложены тенденции развития МГиКМ, основы 
художественного конструирования последних, общие принципы 
хиротехники, моделирования и  макетирования элементов внешнего строения и интерьера кабин, рабочего места оператора, описаны материалы и  технологии производства облицовочных деталей машин.
Следует отметить, что в  предлагаемом учебном издании используются предоставленные оригинальные материалы из учебника «Автомобили и тракторы. Основы эргономики и дизайна» под 
общей редакцией профессора В.М. Шарипова [1] в части антропометрии человека и машины, а также из энциклопедии «Наземные 
тягово-транспортные машины» под общей редакцией профессора 
И.П. Ксеневича [21] в части основ художественного конструирования, что позволило свести в  единое целое основные понятия 
и определения, принятые в этой области науки.
Предисловие, гл. 1, 3 написаны профессором В.В. Гуськовым,  гл. 2 — профессором В.П. Бойковым, гл. 4, 5 — инженером 

Предисловие
9
Д.В.  Клютко, гл.  6  — профессором В.В. Гуськовым и  инженером 
Д.В. Клютко, гл. 7 — инженерами Д.В. Клютко и Л.В. Кухаренком, 
гл. 8 — инженером Л.В. Кухаренком.
Авторы выражают благодарность коллективам конструкторских отделов Минского тракторного завода и  Минского завода 
колесных тягачей за предоставленные оригинальные материалы 
по эргономике и дизайну тракторов и МГиКМ.
Авторы с благодарностью примут конструктивные замечания 
и пожелания, которые можно высылать на адрес кафедры «Тракторы» автотракторного факультета Белорусского национального 
технического университета.

Введение
Многоцелевые гусеничные и колесные машины (МГиКМ) создаются для людей. Эта простая фраза по существу определяет задачи 
эргономики и  дизайна применительно к  этим машинам. В  соответствии с учебником «Автомобили и тракторы. Основы эргономики и дизайна» [1] примем следующие понятия и определения, 
связанные с рассматриваемой тематикой.
Эргономика (от греч. ergon — работа, nomos — закон) — наука 
о приспособлении орудий и условий труда к человеку. Она изучает 
особенности человека и его функциональные возможности в процессе труда с целью создания оптимальных условий для высокой 
производительности и надежности.
Антропометрия занимается изучением размеров и формы человеческого тела и его составных частей, исследует направления 
и пределы движений частей тела и силы мускулов. Она является 
частью общей науки о человеке — антропологии. Без знания основных антропометрических характеристик невозможно правильно 
разместить органы управления автомобилем или трактором.
Инженерная психология изучает объективные закономерности 
процессов информационного взаимодействия человека и техники; 
на инженерной психологии базируются, в частности, построение 
приборной панели и способы представления информации на ней.
Хиротехника изучает взаимодействие рук человека с различными рукоятками, кнопками, включателями и другими элементами 
машин, приборов и иных промышленных изделий.
Дизайн (от англ. design — замысел, проект, чертеж, рисунок) — 
термин, обозначающий различные виды проектной деятельности, 
цель которой  — формирование эстетических и  функциональных 
качеств предметной среды. В узком смысле дизайн — художественное конструирование.
Художественное конструирование — творческая проектная 
деятельность, которая направлена на совершенствование окружающей человека предметной среды, осуществляемое средствами промышленного производства.
Художественное конструирование (часто отождествляемое с дизайном) — неотъемлемая составная часть современного процесса 
создания промышленной продукции, предназначенной для непо