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本書結(jié)合醫(yī)療器械工程相關(guān)專業(yè)特點，在介紹工程制圖和計算機輔助設(shè)計的基礎(chǔ)上，融入了醫(yī)療器械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計和人機工程學(xué)思想，并結(jié)合醫(yī)療器械產(chǎn)品開發(fā)案例，詳細(xì)介紹了醫(yī)療器械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程與方法。全書由五篇組成，分別為工程制圖基礎(chǔ)、醫(yī)療器械產(chǎn)品的機構(gòu)設(shè)計、醫(yī)療器械產(chǎn)品的人機工程學(xué)設(shè)計、醫(yī)療器械產(chǎn)品的造型設(shè)計、醫(yī)療器械產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計。

本書是由多位專家聯(lián)合編著，考慮行業(yè)發(fā)展對人才的需求方向，處理好前后教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)重點的關(guān)系。結(jié)合醫(yī)療器械工程相關(guān)專業(yè)特點編寫了適合本專業(yè)使用的教學(xué)用書《醫(yī)療器械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與造型的計算機輔助設(shè)計》，該教材在介紹工程制圖和計算機輔助設(shè)計軟件的基礎(chǔ)上，融入了醫(yī)療器械產(chǎn)品設(shè)計的人機工程學(xué)思想，并結(jié)合醫(yī)療器械產(chǎn)品開發(fā)案例詳細(xì)介紹了醫(yī)療器械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計過程與方法。這對培養(yǎng)具有工程實踐能力和行業(yè)特點的專業(yè)人才具有重要意義。

前 言

隨著我國人口逐步老齡化，醫(yī)療服務(wù)需求不斷升級，促進(jìn)了醫(yī)療消費增長和醫(yī)療器械需求增長。目前，我國醫(yī)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(yī)療器械市場，成為帶動全球醫(yī)療器械市場增長的主要區(qū)域。近年來，每年的醫(yī)療器械銷售額增速保持在17%以上，其中高端醫(yī)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(yè)人才需求。

醫(yī)療器械工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具有機電一體化基本理論，具備精密醫(yī)療器械制造和維修保養(yǎng)的基礎(chǔ)知識，掌握醫(yī)療器械及醫(yī)療儀器設(shè)備操作、使用、維護的技能，掌握精密醫(yī)療器械國家標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量檢驗技術(shù)，熟悉相關(guān)監(jiān)督法規(guī)，能從事醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督、檢測、生產(chǎn)、銷售等工作的專業(yè)人才。

目前市場上發(fā)行的有關(guān)醫(yī)療器械結(jié)構(gòu)與造型計算機輔助設(shè)計的教材可分為兩類：一類是介紹醫(yī)療器械原理與維修的書籍，更適合作為醫(yī)療器械維修人員維修設(shè)備時的參考書，而不適合醫(yī)療器械工程相關(guān)專業(yè)本科層次的學(xué)生作為教材使用；另一類是供機械類專業(yè)學(xué)生使用的工程制圖或計算機輔助設(shè)計書籍，不能很好地結(jié)合醫(yī)療器械專業(yè)特點和設(shè)計案例，也不適合醫(yī)療器械工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生使用。考慮行業(yè)發(fā)展對人才的需求方向，處理好教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)重點的關(guān)系，我們結(jié)合醫(yī)療器械工程相關(guān)專業(yè)特點編寫了適合本專業(yè)使用的教學(xué)用書《面向醫(yī)療器械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與造型的計算機輔助設(shè)計》，該書在介紹工程制圖和計算機輔助設(shè)計軟件的基礎(chǔ)上，融入了醫(yī)療器械產(chǎn)品設(shè)計的人機工程學(xué)思想，并結(jié)合醫(yī)療器械產(chǎn)品開發(fā)案例詳細(xì)介紹了醫(yī)療器械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計過程與方法。這對培養(yǎng)具有工程實踐能力和行業(yè)特點的專業(yè)人才具有重要意義。

本書由河南科技大學(xué)胡志剛、付東遼、王偉編著，胡志剛教授負(fù)責(zé)全書統(tǒng)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(xué)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(xué)領(lǐng)導(dǎo)致以衷心的感謝。特別感謝河南科技大學(xué)教務(wù)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(xué)者和一些科研院所的教材、資料和文獻(xiàn)，在此向文獻(xiàn)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(dāng)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(dǎo)師。1999年9月由焦作工學(xué)院機械制造及自動化專業(yè)碩士畢業(yè)后，受聘于洛陽工學(xué)院機電系，從事教學(xué)科研工作。2005年在南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院獲工學(xué)博士學(xué)位。2009年赴日本岡山理科大學(xué)訪問學(xué)者，回國后一直在河南科技大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)與工程學(xué)院從事生物醫(yī)學(xué)工程方面交叉學(xué)科的研究、教學(xué)和管理工作。主要從事有限元理論及計算生物力學(xué)、醫(yī)療產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、復(fù)雜系統(tǒng)的仿真及優(yōu)化解耦等。

目 錄
第一篇 工程制圖基礎(chǔ)
第1章 制圖基本知識 2
1．1 制圖國家標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)注 7
1．2．1 尺寸標(biāo)注基本規(guī)則 8
1．2．2 尺寸組成 8
1．2．3 標(biāo)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(fù)習(xí)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(guī)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(dá)―
視圖 32
2．2．2 機件內(nèi)部形狀的表達(dá)―
剖視圖 35
2．2．3 機件斷面形狀的表達(dá)―
斷面圖 40
2．2．4 機件局部細(xì)小結(jié)構(gòu)的表達(dá)和
簡化畫法 43
復(fù)習(xí)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(guān)系 46
3．1．3 組合體三視圖畫法 47
3．1．4 組合體的尺寸標(biāo)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(guān)術(shù)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(fù)習(xí)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(nèi)容 55
4．1．2 零件的視圖選擇 56
4．1．3 零件圖的標(biāo)注 58
4．2 裝配圖 61
4．2．1 裝配圖的作用與內(nèi)容 61
4．2．2 裝配圖的尺寸標(biāo)注與技術(shù)
要求 63
4．2．3 裝配圖的序號及明細(xì)欄 63
復(fù)習(xí)與思考 64
第5章 幾何精度設(shè)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(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差 67
5．1．3 孔與軸的配合 69
5．1．4 國標(biāo)中規(guī)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(biāo)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(biāo)注 88
復(fù)習(xí)與思考 91
第二篇 醫(yī)療器械產(chǎn)品的機構(gòu)設(shè)計
第6章 醫(yī)療器械產(chǎn)品機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ) 93
6．1 機構(gòu)設(shè)計基本概念 93
6．1．1 機構(gòu)組成 93
6．1．2 機構(gòu)設(shè)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(gòu)運動簡圖 96
6．3 平面機構(gòu)自由度和速度分析 98
復(fù)習(xí)與思考 102
第7章 醫(yī)療器械產(chǎn)品材料設(shè)計基礎(chǔ) 104
7．1 醫(yī)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(fù)合材料 108
7．2 材料性能 109
7．2．1 力學(xué)性能 109
7．2．2 物理和化學(xué)性能 110
7．2．3 工藝性能 111
7．3 醫(yī)療器械材料選擇 111
7．3．1 選材的基本原則 112
7．3．2 醫(yī)療器械設(shè)計選材方法 113
復(fù)習(xí)與思考 114
第8章 醫(yī)療器械常用傳動機構(gòu) 115
8．1 平面連桿機構(gòu) 115
8．1．1 四桿機構(gòu)的基本形式及其
演化 116
8．1．2 平面四桿機構(gòu)的基本
特性 117
8．2 凸輪與間歇運動機構(gòu) 120
8．2．1 凸輪機構(gòu) 120
8．2．2 其他間歇運動機構(gòu) 124
8．3 齒輪機構(gòu) 127
8．3．1 齒廓嚙合的基本規(guī)律、特點
和類型 128
8．3．2 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪
的嚙合傳動 132
8．4 螺旋傳動機構(gòu) 133
8．5 撓性傳動 135
8．5．1 帶傳動 135
8．5．2 鏈傳動 137
復(fù)習(xí)與思考 140
第9章 醫(yī)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(dǎo)軌 146
9．2．1　軸承 146
9．2．2　導(dǎo)軌 150
9．3 軸、聯(lián)軸器和離合器 152
9．3．1　軸 152
9．3．2　聯(lián)軸器 157
9．3．3　離合器 160
復(fù)習(xí)與思考 162
第三篇 醫(yī)療器械產(chǎn)品的人機工程學(xué)設(shè)計
第10章 人機工程學(xué)與人體測量 164
10．1 人機工程學(xué)的意義 164
10．2 人機工程學(xué)在醫(yī)療器械設(shè)計中的
應(yīng)用 165
10．3 醫(yī)療器械產(chǎn)品設(shè)計中常用的人體
數(shù)據(jù) 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(yī)療器械產(chǎn)品設(shè)計中人體測量
數(shù)據(jù)的應(yīng)用原則 173
10．4．1　人體數(shù)據(jù)應(yīng)用的基本
要求 173
10．4．2　應(yīng)用人體尺寸數(shù)據(jù)時應(yīng)
注意的要點 173
10．5 設(shè)計用人體模板 174
復(fù)習(xí)與思考 175
第11章 醫(yī)療器械產(chǎn)品作業(yè)空間設(shè)計 176
11．1 作業(yè)空間設(shè)計 176
11．1．1　醫(yī)療器械產(chǎn)品作業(yè)空間
的分類 176
11．1．2　醫(yī)療器械產(chǎn)品作業(yè)場所
布置的基本要求 177
11．1．3　醫(yī)療器械產(chǎn)品布置順序 178
11．2 醫(yī)療器械產(chǎn)品近身操作空間
設(shè)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(yè)空間 179
11．3 醫(yī)療器械產(chǎn)品作業(yè)面與作業(yè)
崗位設(shè)計 180
11．3．1　醫(yī)療器械產(chǎn)品作業(yè)面
設(shè)計 180
11．3．2　醫(yī)療器械產(chǎn)品作業(yè)崗位
類型 180
11．3．3　醫(yī)療器械產(chǎn)品作業(yè)崗位
設(shè)計要求和原則 181
11．4 手工作業(yè)崗位和視覺信息作業(yè)
崗位 182
11．4．1　手工作業(yè)崗位的類型 182
11．4．2　手工作業(yè)崗位尺寸設(shè)計 183
11．4．3 視覺信息作業(yè)崗位設(shè)計 184
11．4．4 視覺信息作業(yè)崗位的
人體尺寸 185
復(fù)習(xí)與思考 185
第四篇 醫(yī)療器械產(chǎn)品的造型設(shè)計
第12章 醫(yī)療器械產(chǎn)品的造型設(shè)計 187
12．1 醫(yī)療器械產(chǎn)品外觀設(shè)計的現(xiàn)狀 187
12．2 醫(yī)療器械產(chǎn)品人機系統(tǒng)尺度的
選擇 188
12．3 醫(yī)療器械產(chǎn)品外觀設(shè)計的注意
要點 188
12．4 醫(yī)療器械產(chǎn)品外觀設(shè)計原則 189
12．5 醫(yī)療器械產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意的視覺
美學(xué)特征 190
12．6 醫(yī)療器械產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)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(yī)療器械產(chǎn)品的色彩設(shè)計 194
12．7．1 色彩的基本屬性 194
12．7．2 常用的色彩設(shè)計方法 194
12．8 “以人為中心”的醫(yī)療器械設(shè)計
思想 196
復(fù)習(xí)與思考 197
第13章 醫(yī)療器械產(chǎn)品造型設(shè)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(shè)計改良的方向 199
13．1．3 超聲治療儀造型創(chuàng)意
設(shè)計 200
13．1．4 設(shè)計修改和三維方案設(shè)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(diào)研和同類產(chǎn)品
分析 204
13．2．2　設(shè)計定位 205
13．2．3　創(chuàng)意設(shè)計方案 207
13．2．4　方案選定和設(shè)計修改 208
復(fù)習(xí)與思考 212
第五篇 醫(yī)療器械產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計
第14章 SolidWorks設(shè)計基礎(chǔ) 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(chǔ) 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(zhǔn)面 230
14．3．2　基準(zhǔn)軸 231
14．4 創(chuàng)建基本特征 231
14．4．1　拉伸 232
14．4．2　旋轉(zhuǎn) 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(shè)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(shè)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(biāo)注與
注解 246
14．7．4　裝配體明細(xì)表 247
復(fù)習(xí)與思考 249
第15章 醫(yī)療器械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)方案
設(shè)計 252
15．3 生化取樣裝置結(jié)構(gòu)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(fù) 257
15．4 生化取樣裝置工程圖設(shè)計 258
15．4．1　零件工程圖設(shè)計 258
15．4．2　裝配體工程圖設(shè)計 259
復(fù)習(xí)與思考 260