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。

本书是由多位专家联合编著，考虑行业发展对人才的需求方向，处理好前后教学内容及教学重点的关系。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《医疗器械产品结构与造型的计算机辅助设计》，该教材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。

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、6～8章由黄磊编写，第5、9章由祖向阳编写，第10～13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

胡志刚，博士，教授，硕士生导师。1999年9月由焦作工学院机械制造及自动化专业硕士毕业后，受聘于洛阳工学院机电系，从事教学科研工作。2005年在南京理工大学机械工程学院获工学博士学位。2009年赴日本冈山理科大学访问学者，回国后一直在河南科技大学医学技术与工程学院从事生物医学工程方面交叉学科的研究、教学和管理工作。主要从事有限元理论及计算生物力学、医疗产品数字化设计、复杂系统的仿真及优化解耦等。

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
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 91
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
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 204
13．2．2　设计定位 205
13．2．3　创意设计方案 207
13．2．4　方案选定和设计修改 208
复习与思考 212
第五篇 医疗器械产品的计算机辅助设计
第14章 SolidWorks设计基础 214
14．1 SolidWorks用户界面与基本
操作 214
14．1．1　用户界面 214
14．1．2　基本操作 217
14．2 草图绘制 219
14．2．1　草图绘制基础 220
14．2．2　绘制草图实体 220
14．3 参考几何体 230
14．3．1　参考基准面 230
14．3．2　基准轴 231
14．4 创建基本特征 231
14．4．1　拉伸 232
14．4．2　旋转 233
14．4．3　扫描 234
14．4．4　放样 235
14．5 编辑基本特征 236
14．5．1　圆角与倒角 236
14．5．2　孔特征 237
14．5．3　筋特征 238
14．5．4　镜向特征 238
14．5．5　阵列特征 239
14．6 装配体设计 240
14．6．1　装配体的基本操作 240
14．6．2　装配体的配合方式 242
14．6．3　干涉检查 243
14．7 工程图设计 243
14．7．1　工程图的基本操作 244
14．7．2　工程视图 244
14．7．3　工程图的尺寸标注与
注解 246
14．7．4　装配体明细表 247
复习与思考 249
第15章 医疗器械产品结构设计实例 251
15．1 生化取样装置的特点及功能
要求 251
15．2 生化取样装置总体结构方案
设计 252
15．3 生化取样装置结构建模 254
15．3．1　零件建模 254
15．3．2　装配体建模 256
15．3．3　干涉检查与修复 257
15．4 生化取样装置工程图设计 258
15．4．1　零件工程图设计 258
15．4．2　装配体工程图设计 259
复习与思考 260