面向医疗器械产品结构与造型的计算机辅助设计.pdf

普通高等教育机械类“十三五”规划系列教材 面向医疗器械 产品结构与造型的 计算机辅助设计 胡志刚 付东辽 王 伟 编 著 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书结合医疗器械工程相关专业特点，在介绍工程制图和计算机辅助设计的基础上，融入了医疗器械产品结构与造型设计和人机工程学思想，并结合医疗器械产品开发案例，详细介绍了医疗器械产品结构设计的过程与方法。全书由五篇组成，分别为工程制图基础、医疗器械产品的机构设计、医疗器械产品的人机工程学设计、医疗器械产品的造型设计、医疗器械产品的计算机辅助设计。本书可作为医疗器械工程等相关专业学生的基础教材，也可作为医疗器械领域工程技术人员的参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 面向医疗器械产品结构与造型的计算机辅助设计/胡志刚，付东辽，王伟编著.北京：电子工业出版社，2018.10 普通高等教育机械类“十三五”规划系列教材 ISBN 978-7-121-35194-5 .面 .胡 付 王 .医疗器械计算机辅助设计高等学校教材 .TH77 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2018）第 230166 号 策划编辑：李 洁（）责任编辑：刘真平 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871092 1/16 印张：16.75 字数：428.8 千字 版 次：2018 年 10 月第 1 版 印 次：2018 年 10 月第 1 次印刷 定 价：49.80 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：。前 言 随着我国人口逐步老龄化，医疗服务需求不断升级，促进了医疗消费增长和医疗器械需求增长。目前，我国医疗器械市场迅速膨胀，已成为继美国和日本后世界第三大医疗器械市场，成为带动全球医疗器械市场增长的主要区域。近年来，每年的医疗器械销售额增速保持在17%以上，其中高端医疗器械平均每年保持20%左右的增长速度。如此巨大的市场需求带来的是更大的专业人才需求。医疗器械工程专业旨在培养具有机电一体化基本理论，具备精密医疗器械制造和维修保养的基础知识，掌握医疗器械及医疗仪器设备操作、使用、维护的技能，掌握精密医疗器械国家标准和质量检验技术，熟悉相关监督法规，能从事医疗器械质量监督、检测、生产、销售等工作的专业人才。目前市场上发行的有关医疗器械结构与造型计算机辅助设计的教材可分为两类：一类是介绍医疗器械原理与维修的书籍，更适合作为医疗器械维修人员维修设备时的参考书，而不适合医疗器械工程相关专业本科层次的学生作为教材使用；另一类是供机械类专业学生使用的工程制图或计算机辅助设计书籍，不能很好地结合医疗器械专业特点和设计案例，也不适合医疗器械工程相关专业学生使用。考虑行业发展对人才的需求方向，处理好教学内容及教学重点的关系，我们结合医疗器械工程相关专业特点编写了适合本专业使用的教学用书面向医疗器械产品结构与造型的计算机辅助设计，该书在介绍工程制图和计算机辅助设计软件的基础上，融入了医疗器械产品设计的人机工程学思想，并结合医疗器械产品开发案例详细介绍了医疗器械产品结构设计过程与方法。这对培养具有工程实践能力和行业特点的专业人才具有重要意义。本书由河南科技大学胡志刚、付东辽、王伟编著，胡志刚教授负责全书统稿工作，黄磊、祖向阳、毕彦平等老师参与编写。其中，第 1 章由胡志刚编写；第2 章由毕彦平编写；第 3、14、15 章由付东辽编写；第 4、68 章由黄磊编写，第 5、9 章由祖向阳编写，第 1013 章由王伟编写。此外，在本书编写过程中，河南科技大学提供了良好的工作条件。在此，向参与和支持本书编写的老师及河南科技大学领导致以衷心的感谢。特别感谢河南科技大学教务处“教材出版基金”的资助。同时，编写过程中参阅了同行专家学者和一些科研院所的教材、资料和文献，在此向文献作者致以诚挚感谢。由于编著者水平有限，书中难免存在不当之处和谬误，敬请各位专家及广大读者给予批评指正。编著者 2018 年 2 月 V 目 录 第一篇 工程制图基础 第 1 章 制图基本知识2 1.1 制图国家标准2 1.1.1 图纸幅面及格式2 1.1.2 比例 4 1.1.3 字体 5 1.1.4 图线 6 1.2 尺寸标注7 1.2.1 尺寸标注基本规则8 1.2.2 尺寸组成8 1.2.3 标注示例9 1.3 平面图形分析与作图步骤 12 1.3.1 平面图形尺寸分析与线段 分析 12 1.3.2 平面图形作图步骤 14 复习与思考 15 第 2 章 几何元素投影与图样表示法 16 2.1 几何元素投影 16 2.1.1 投影法的基本知识 16 2.1.2 三视图的形成及投影规律 18 2.1.3 点的投影 20 2.1.4 直线及直线的投影特性 23 2.1.5 平面的投影 28 2.2 图样表示法 32 2.2.1 机件外部形状的表达 视图 32 2.2.2 机件内部形状的表达 剖视图 35 2.2.3 机件断面形状的表达 断面图 40 2.2.4 机件局部细小结构的表达和 简化画法 43 复习与思考 44 第 3 章 组合体与轴测图45 3.1 组合体 45 3.1.1 组合体的组合形式 45 3.1.2 组合体的表面连接关系 46 3.1.3 组合体三视图画法 47 3.1.4 组合体的尺寸标注 49 3.2 轴测图51 3.2.1 轴测图的定义 51 3.2.2 轴测图的特性 51 3.2.3 轴测图的相关术语 52 3.2.4 轴测图的分类 53 3.2.5 轴测图的作图方法 53 复习与思考 53 第 4 章 零件图与装配图55 4.1 零件图55 4.1.1 零件图的内容 55 4.1.2 零件的视图选择 56 4.1.3 零件图的标注 58 4.2 装配图61 4.2.1 装配图的作用与内容 61 4.2.2 装配图的尺寸标注与技术 要求 63 4.2.3 装配图的序号及明细栏 63 复习与思考 64 第 5 章 几何精度设计65 5.1 尺寸精度65 5.1.1 公差与配合的基本概念 65 5.1.2 标准公差与基本偏差 67 5.1.3 孔与轴的配合 69 5.1.4 国标中规定的公差带与 配合 71 5.1.5 公差与配合的选用 74 5.1.6 尺寸公差与配合在图样中的 标注 80 5.2 形状与位置精度80 5.2.1 形状与位置精度的基本概念 80 VI 5.2.2 形状公差 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 表面粗糙度的符号、代号 及标注 88 复习与思考 90 第二篇 医疗器械产品的机构设计 第 6 章 医疗器械产品机构设计基础 93 6.1 机构设计基本概念 93 6.1.1 机构组成 93 6.1.2 机构设计要求与流程 94 6.2 运动副与运动简图 95 6.2.1 运动副的概念及分类 95 6.2.2 平面机构运动简图 96 6.3 平面机构自由度和速度分析 98 复习与思考102 第 7 章 医疗器械产品材料设计基础104 7.1 医疗器械材料分类104 7.1.1 金属材料104 7.1.2 高分子材料106 7.1.3 无机非金属材料107 7.1.4 复合材料108 7.2 材料性能109 7.2.1 力学性能109 7.2.2 物理和化学性能110 7.2.3 工艺性能111 7.3 医疗器械材料选择111 7.3.1 选材的基本原则112 7.3.2 医疗器械设计选材方法113 复习与思考114 第 8 章 医疗器械常用传动机构115 8.1 平面连杆机构115 8.1.1 四杆机构的基本形式及其 演化116 8.1.2 平面四杆机构的基本 特性 117 8.2 凸轮与间歇运动机构 120 8.2.1 凸轮机构 120 8.2.2 其他间歇运动机构 124 8.3 齿轮机构 127 8.3.1 齿廓啮合的基本规律、特点 和类型 128 8.3.2 渐开线标准直齿圆柱齿轮 的啮合传动 132 8.4 螺旋传动机构 133 8.5 挠性传动 135 8.5.1 带传动 135 8.5.2 链传动 137 复习与思考 140 第 9 章 医疗器械常用零部件141 9.1 弹性元件 141 9.1.1 弹性元件的功用和分类 141 9.1.2 螺旋弹簧 142 9.2 轴承与导轨 146 9.2.1 轴承 146 9.2.2 导轨 150 9.3 轴、联轴器和离合器 152 9.3.1 轴 152 9.3.2 联轴器 157 9.3.3 离合器 160 复习与思考 162 第三篇 医疗器械产品的人机工程学设计 第 10 章 人机工程学与人体测量164 10.1 人机工程学的意义 164 10.2 人机工程学在医疗器械设计中的 应用 165 10.3 医疗器械产品设计中常用的人体 数据 166 10.3.1 人体主要尺寸 167 10.3.2 立姿人体尺寸 167 VII 10.3.3 坐姿人体尺寸168 10.3.4 人体水平尺寸170 10.3.5 人体头部尺寸171 10.3.6 人体手部尺寸172 10.4 医疗器械产品设计中人体测量 数据的应用原则173 10.4.1 人体数据应用的基本 要求 173 10.4.2 应用人体尺寸数据时应 注意的要点 173 10.5 设计用人体模板 174 复习与思考175 第 11 章 医疗器械产品作业空间设计176 11.1 作业空间设计 176 11.1.1 医疗器械产品作业空间 的分类 176 11.1.2 医疗器械产品作业场所 布置的基本要求 177 11.1.3 医疗器械产品布置顺序 178 11.2 医疗器械产品近身操作空间 设计 178 11.2.1 坐姿近身操作空间 178 11.2.2 站姿近身操作空间 178 11.2.3 脚作业空间 179 11.3 医疗器械产品作业面与作业 岗位设计 180 11.3.1 医疗器械产品作业面 设计 180 11.3.2 医疗器械产品作业岗位 类型 180 11.3.3 医疗器械产品作业岗位 设计要求和原则 181 11.4 手工作业岗位和视觉信息作业 岗位 182 11.4.1 手工作业岗位的类型 182 11.4.2 手工作业岗位尺寸设计 183 11.4.3 视觉信息作业岗位设计 184 11.4.4 视觉信息作业岗位的 人体尺寸 185 复习与思考 185 第四篇 医疗器械产品的造型设计 第 12 章 医疗器械产品的造型设计187 12.1 医疗器械产品外观设计的现状187 12.2 医疗器械产品人机系统尺度的 选择 188 12.3 医疗器械产品外观设计的注意 要点 188 12.4 医疗器械产品外观设计原则189 12.5 医疗器械产品形态创意的视觉 美学特征190 12.6 医疗器械产品形态创意的基本 方法192 12.6.1 几何形造型192 12.6.2 仿生造型193 12.7 医疗器械产品的色彩设计 194 12.7.1 色彩的基本属性194 12.7.2 常用的色彩设计方法194 12.8 “以人为中心”的医疗器械设计 思想196 复习与思考 197 第 13 章 医疗器械产品造型设计实例198 13.1 颈颅超声溶栓治疗仪简介和治疗 原理 198 13.1.1 原有机型的问题 198 13.1.2 设计改良的方向 199 13.1.3 超声治疗仪造型创意 设计 200 13.1.4 设计修改和三维方案设计 定型 202 13.2 药浴熏蒸机简介和治疗原理 203 13.2.1 市场调研和同类产品 分析 2