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本書結合醫療器械工程相關專業特點，在介紹工程制圖和計算機輔助設計的基礎上，融入了醫療器械產品結構與造型設計和人機工程學思想，并結合醫療器械產品開發案例，詳細介紹了醫療器械產品結構設計的過程與方法。全書由五篇組成，分別為工程制圖基礎、醫療器械產品的機構設計、醫療器械產品的人機工程學設計、醫療器械產品的造型設計、醫療器械產品的計算機輔助設計。

本書是由多位專家聯合編著，考慮行業發展對人才的需求方向，處理好前后教學內容及教學重點的關系。結合醫療器械工程相關專業特點編寫了適合本專業使用的教學用書《醫療器械產品結構與造型的計算機輔助設計》，該教材在介紹工程制圖和計算機輔助設計軟件的基礎上，融入了醫療器械產品設計的人機工程學思想，并結合醫療器械產品開發案例詳細介紹了醫療器械產品結構設計過程與方法。這對培養具有工程實踐能力和行業特點的專業人才具有重要意義。

前 言

隨著我國人口逐步老齡化，醫療服務需求不斷升級，促進了醫療消費增長和醫療器械需求增長。目前，我國醫療器械市場迅速膨脹，已成為繼美國和日本后世界第三大醫療器械市場，成為帶動全球醫療器械市場增長的主要區域。近年來，每年的醫療器械銷售額增速保持在17%以上，其中高端醫療器械平均每年保持20%左右的增長速度。如此巨大的市場需求帶來的是更大的專業人才需求。

醫療器械工程專業旨在培養具有機電一體化基本理論，具備精密醫療器械制造和維修保養的基礎知識，掌握醫療器械及醫療儀器設備操作、使用、維護的技能，掌握精密醫療器械國家標準和質量檢驗技術，熟悉相關監督法規，能從事醫療器械質量監督、檢測、生產、銷售等工作的專業人才。

目前市場上發行的有關醫療器械結構與造型計算機輔助設計的教材可分為兩類：一類是介紹醫療器械原理與維修的書籍，更適合作為醫療器械維修人員維修設備時的參考書，而不適合醫療器械工程相關專業本科層次的學生作為教材使用；另一類是供機械類專業學生使用的工程制圖或計算機輔助設計書籍，不能很好地結合醫療器械專業特點和設計案例，也不適合醫療器械工程相關專業學生使用。考慮行業發展對人才的需求方向，處理好教學內容及教學重點的關系，我們結合醫療器械工程相關專業特點編寫了適合本專業使用的教學用書《面向醫療器械產品結構與造型的計算機輔助設計》，該書在介紹工程制圖和計算機輔助設計軟件的基礎上，融入了醫療器械產品設計的人機工程學思想，并結合醫療器械產品開發案例詳細介紹了醫療器械產品結構設計過程與方法。這對培養具有工程實踐能力和行業特點的專業人才具有重要意義。

本書由河南科技大學胡志剛、付東遼、王偉編著，胡志剛教授負責全書統稿工作，黃磊、祖向陽、畢彥平等老師參與編寫。其中，第1章由胡志剛編寫；第2章由畢彥平編寫；第3、14、15章由付東遼編寫；第4、6～8章由黃磊編寫，第5、9章由祖向陽編寫，第10～13章由王偉編寫。

此外，在本書編寫過程中，河南科技大學提供了良好的工作條件。在此，向參與和支持本書編寫的老師及河南科技大學領導致以衷心的感謝。特別感謝河南科技大學教務處“教材出版基金”的資助。

同時，編寫過程中參閱了同行專家學者和一些科研院所的教材、資料和文獻，在此向文獻作者致以誠摯感謝。由于編著者水平有限，書中難免存在不當之處和謬誤，敬請各位專家及廣大讀者給予批評指正。

編著者

胡志剛，博士，教授，碩士生導師。1999年9月由焦作工學院機械制造及自動化專業碩士畢業后，受聘于洛陽工學院機電系，從事教學科研工作。2005年在南京理工大學機械工程學院獲工學博士學位。2009年赴日本岡山理科大學訪問學者，回國后一直在河南科技大學醫學技術與工程學院從事生物醫學工程方面交叉學科的研究、教學和管理工作。主要從事有限元理論及計算生物力學、醫療產品數字化設計、復雜系統的仿真及優化解耦等。

目 錄
第一篇 工程制圖基礎
第1章 制圖基本知識 2
1．1 制圖國家標準 2
1．1．1 圖紙幅面及格式 2
1．1．2 比例 4
1．1．3 字體 5
1．1．4 圖線 6
1．2 尺寸標注 7
1．2．1 尺寸標注基本規則 8
1．2．2 尺寸組成 8
1．2．3 標注示例 9
1．3 平面圖形分析與作圖步驟 12
1．3．1 平面圖形尺寸分析與線段
分析 12
1．3．2 平面圖形作圖步驟 14
復習與思考 15
第2章 幾何元素投影與圖樣表示法 16
2．1 幾何元素投影 16
2．1．1 投影法的基本知識 16
2．1．2 三視圖的形成及投影規律 18
2．1．3 點的投影 20
2．1．4 直線及直線的投影特性 23
2．1．5 平面的投影 28
2．2 圖樣表示法 32
2．2．1 機件外部形狀的表達―
視圖 32
2．2．2 機件內部形狀的表達―
剖視圖 35
2．2．3 機件斷面形狀的表達―
斷面圖 40
2．2．4 機件局部細小結構的表達和
簡化畫法 43
復習與思考 44
第3章 組合體與軸測圖 45
3．1 組合體 45
3．1．1 組合體的組合形式 45
3．1．2 組合體的表面連接關系 46
3．1．3 組合體三視圖畫法 47
3．1．4 組合體的尺寸標注 49
3．2 軸測圖 51
3．2．1 軸測圖的定義 51
3．2．2 軸測圖的特性 51
3．2．3 軸測圖的相關術語 52
3．2．4 軸測圖的分類 53
3．2．5 軸測圖的作圖方法 53
復習與思考 53
第4章 零件圖與裝配圖 55
4．1 零件圖 55
4．1．1 零件圖的內容 55
4．1．2 零件的視圖選擇 56
4．1．3 零件圖的標注 58
4．2 裝配圖 61
4．2．1 裝配圖的作用與內容 61
4．2．2 裝配圖的尺寸標注與技術
要求 63
4．2．3 裝配圖的序號及明細欄 63
復習與思考 64
第5章 幾何精度設計 65
5．1 尺寸精度 65
5．1．1 公差與配合的基本概念 65
5．1．2 標準公差與基本偏差 67
5．1．3 孔與軸的配合 69
5．1．4 國標中規定的公差帶與
配合 71
5．1．5 公差與配合的選用 74
5．1．6 尺寸公差與配合在圖樣中的
標注 80
5．2 形狀與位置精度 80
5．2．1 形狀與位置精度的基本概念 80
5．2．2 形狀公差 82
5．2．3 位置公差 83
5．3 表面精度 87
5．3．1 表面精度的基本概念 87
5．3．2 表面粗糙度的符號、代號
及標注 88
復習與思考 91
第二篇 醫療器械產品的機構設計
第6章 醫療器械產品機構設計基礎 93
6．1 機構設計基本概念 93
6．1．1 機構組成 93
6．1．2 機構設計要求與流程 94
6．2 運動副與運動簡圖 95
6．2．1 運動副的概念及分類 95
6．2．2 平面機構運動簡圖 96
6．3 平面機構自由度和速度分析 98
復習與思考 102
第7章 醫療器械產品材料設計基礎 104
7．1 醫療器械材料分類 104
7．1．1 金屬材料 104
7．1．2 高分子材料 106
7．1．3 無機非金屬材料 107
7．1．4 復合材料 108
7．2 材料性能 109
7．2．1 力學性能 109
7．2．2 物理和化學性能 110
7．2．3 工藝性能 111
7．3 醫療器械材料選擇 111
7．3．1 選材的基本原則 112
7．3．2 醫療器械設計選材方法 113
復習與思考 114
第8章 醫療器械常用傳動機構 115
8．1 平面連桿機構 115
8．1．1 四桿機構的基本形式及其
演化 116
8．1．2 平面四桿機構的基本
特性 117
8．2 凸輪與間歇運動機構 120
8．2．1 凸輪機構 120
8．2．2 其他間歇運動機構 124
8．3 齒輪機構 127
8．3．1 齒廓嚙合的基本規律、特點
和類型 128
8．3．2 漸開線標準直齒圓柱齒輪
的嚙合傳動 132
8．4 螺旋傳動機構 133
8．5 撓性傳動 135
8．5．1 帶傳動 135
8．5．2 鏈傳動 137
復習與思考 140
第9章 醫療器械常用零部件 141
9．1 彈性元件 141
9．1．1　彈性元件的功用和分類 141
9．1．2　螺旋彈簧 142
9．2 軸承與導軌 146
9．2．1　軸承 146
9．2．2　導軌 150
9．3 軸、聯軸器和離合器 152
9．3．1　軸 152
9．3．2　聯軸器 157
9．3．3　離合器 160
復習與思考 162
第三篇 醫療器械產品的人機工程學設計
第10章 人機工程學與人體測量 164
10．1 人機工程學的意義 164
10．2 人機工程學在醫療器械設計中的
應用 165
10．3 醫療器械產品設計中常用的人體
數據 166
10．3．1　人體主要尺寸 167
10．3．2　立姿人體尺寸 167
10．3．3　坐姿人體尺寸 168
10．3．4　人體水平尺寸 170
10．3．5　人體頭部尺寸 171
10．3．6　人體手部尺寸 172
10．4 醫療器械產品設計中人體測量
數據的應用原則 173
10．4．1　人體數據應用的基本
要求 173
10．4．2　應用人體尺寸數據時應
注意的要點 173
10．5 設計用人體模板 174
復習與思考 175
第11章 醫療器械產品作業空間設計 176
11．1 作業空間設計 176
11．1．1　醫療器械產品作業空間
的分類 176
11．1．2　醫療器械產品作業場所
布置的基本要求 177
11．1．3　醫療器械產品布置順序 178
11．2 醫療器械產品近身操作空間
設計 178
11．2．1　坐姿近身操作空間 178
11．2．2　站姿近身操作空間 178
11．2．3　腳作業空間 179
11．3 醫療器械產品作業面與作業
崗位設計 180
11．3．1　醫療器械產品作業面
設計 180
11．3．2　醫療器械產品作業崗位
類型 180
11．3．3　醫療器械產品作業崗位
設計要求和原則 181
11．4 手工作業崗位和視覺信息作業
崗位 182
11．4．1　手工作業崗位的類型 182
11．4．2　手工作業崗位尺寸設計 183
11．4．3 視覺信息作業崗位設計 184
11．4．4 視覺信息作業崗位的
人體尺寸 185
復習與思考 185
第四篇 醫療器械產品的造型設計
第12章 醫療器械產品的造型設計 187
12．1 醫療器械產品外觀設計的現狀 187
12．2 醫療器械產品人機系統尺度的
選擇 188
12．3 醫療器械產品外觀設計的注意
要點 188
12．4 醫療器械產品外觀設計原則 189
12．5 醫療器械產品形態創意的視覺
美學特征 190
12．6 醫療器械產品形態創意的基本
方法 192
12．6．1 幾何形造型 192
12．6．2 仿生造型 193
12．7 醫療器械產品的色彩設計 194
12．7．1 色彩的基本屬性 194
12．7．2 常用的色彩設計方法 194
12．8 “以人為中心”的醫療器械設計
思想 196
復習與思考 197
第13章 醫療器械產品造型設計實例 198
13．1 頸顱超聲溶栓治療儀簡介和治療
原理 198
13．1．1 原有機型的問題 198
13．1．2 設計改良的方向 199
13．1．3 超聲治療儀造型創意
設計 200
13．1．4 設計修改和三維方案設計
定型 202
13．2 藥浴熏蒸機簡介和治療原理 203
13．2．1　市場調研和同類產品
分析 204
13．2．2　設計定位 205
13．2．3　創意設計方案 207
13．2．4　方案選定和設計修改 208
復習與思考 212
第五篇 醫療器械產品的計算機輔助設計
第14章 SolidWorks設計基礎 214
14．1 SolidWorks用戶界面與基本
操作 214
14．1．1　用戶界面 214
14．1．2　基本操作 217
14．2 草圖繪制 219
14．2．1　草圖繪制基礎 220
14．2．2　繪制草圖實體 220
14．3 參考幾何體 230
14．3．1　參考基準面 230
14．3．2　基準軸 231
14．4 創建基本特征 231
14．4．1　拉伸 232
14．4．2　旋轉 233
14．4．3　掃描 234
14．4．4　放樣 235
14．5 編輯基本特征 236
14．5．1　圓角與倒角 236
14．5．2　孔特征 237
14．5．3　筋特征 238
14．5．4　鏡向特征 238
14．5．5　陣列特征 239
14．6 裝配體設計 240
14．6．1　裝配體的基本操作 240
14．6．2　裝配體的配合方式 242
14．6．3　干涉檢查 243
14．7 工程圖設計 243
14．7．1　工程圖的基本操作 244
14．7．2　工程視圖 244
14．7．3　工程圖的尺寸標注與
注解 246
14．7．4　裝配體明細表 247
復習與思考 249
第15章 醫療器械產品結構設計實例 251
15．1 生化取樣裝置的特點及功能
要求 251
15．2 生化取樣裝置總體結構方案
設計 252
15．3 生化取樣裝置結構建模 254
15．3．1　零件建模 254
15．3．2　裝配體建模 256
15．3．3　干涉檢查與修復 257
15．4 生化取樣裝置工程圖設計 258
15．4．1　零件工程圖設計 258
15．4．2　裝配體工程圖設計 259
復習與思考 260