《机械设计》教学大纲
一、基本信息
课程名称
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机械设计
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课程编号
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MEEN4104
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英文名称
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Mechanical Design
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课程类型
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专业核心课/ 专业基础课
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总学时
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48
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理论学时
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42
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实验学时
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6
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实践学时
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学分
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3
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预修课程
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理论力学 材料力学
机械原理等
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适用对象
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机制/农机、车辆、交运
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课程简介
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机械设计是一门培养机械类专业学生具有机械设计能力的设计性科类基础课程。课程主要讲述机械设计的基本方法、设计理论、设计步骤，常用机械零件的设计、选择与装配等。通过本课程的学习使学生掌握机械设计的基础知识、基本理论和基本方法，受到设计技能的基本训练。培养运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；为学生进一步学习专业课和今后从事机械设计工作打下基础。
其先修课程是：材料力学、工程材料与机制基础、公差与技术测量、工程图学等。
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二、教学目标及任务
（一）教学目标
1、通过本课程的学习，使同学们掌握机械设计的一般规律、基本理论与方法；
2、具有设计常用机械零件、机械传动装置和简单机械的能力；具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关资料的能力。
3、将传统机械设计方法和优化设计等新方法相结合，进行创新机械设计。
（二）教学任务
1、要求同学通过本课程的学习具备一个机械工程师所应有的基本设计技能；
2、在掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法的基础上具有创新机械设计的能力。
三、学时分配
教学课时分配
章节
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章节内容
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讲课
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实验
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实践
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合计
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第一章
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绪论
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1
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1
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第二章
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机械设计总论
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1
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1
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第三章
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机械零件的强度
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3
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3
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第五章
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螺纹联接和螺旋传动
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5
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5
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第六章
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键、花键、销、成形联接
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2
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2
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第八章
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带传动
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4
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1
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5
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第九章
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链传动
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3
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1
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|
4
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第十章
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齿轮传动
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8
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1
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9
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第十一章
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蜗杆传动
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3
|
1
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4
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多级传动
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2
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|
2
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第十三章
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滚动轴承
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7
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7
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第十四章
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联轴器和离合器
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1
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|
1
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第十五章
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轴
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4
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4
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合计
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42
|
6
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48
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实验课时分配
序号
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实验项目
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内容提要
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实验类型*
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每组人数
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学时数
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实验一
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带、链单级机械传动实验
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1.学生熟悉机械传动实验平台；
2.搭接实验系统；
3.验证理论数据。
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验证性
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15
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2
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实验二
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齿轮、蜗杆单级机械传动实验
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1.搭接实验系统；
2.验证理论数据；
3.分析误差原因。
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验证性
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15
|
2
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实验三
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多级传动实验
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1.设计实验系统；
2.改变变量参数；
3.分析实验结果。
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综合性
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15
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2
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合计
|
6
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四、教学内容及教学要求
第一章绪论
第一节机械工业的应用
第二节机器的组成要素
第三节本课程的内容、性质与任务
本章重点、难点：本章重点在于要求同学明确课程的内容、性质、地位、任务、要求以及相应的学习方法，从而对整个课程获得大概的总体认识。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解机械工业在现代化建设中的应用；掌握机器的基本组成要素和本课程的研究内容、课程性质、学习目的等。
第二章机械设计总论
第一节机器的组成
第二节设计机器的一般程序
第三节对机器的主要要求
第四节机械零件的主要失效形式
第五节设计机械零件时应满足的基本要求
第六节机械零件的设计准则
第七节机械零件的设计方法
第八节机械零件设计的一般步骤
第九节机械零件的材料及其选用
第十节机械零件设计中的标准化
第十一节机械现代设计方法简介
本章重点、难点：本章重点是要求同学掌握设计机器的方法、步骤；难点是如何针对机械零件的失效形式确定设计计算准则。
本章教学要求: 通过本章节的学习，要求同学了解机器的组成、功用、设计机器的一般程序，熟悉机器设计应满足的主要要求。理解并掌握机械零件的失效形式、设计计算的准则、方法、步骤以及机械设计的国家标准、规范等。
第三章机械零件的强度
第一节材料的疲劳特性
第二节机械零件的疲劳强度计算
第三节机械零件的抗断裂强度
第四节机械零件的接触强度
第五节机械零件可靠性设计简介
习题要点：疲劳方程及其应用；材料试件和机械零件的极限应力线图的特点及绘制；单向稳定变应力时机械零件在三种应力变化规律下的疲劳强度计算；双向稳定变应力时的强度计算。
本章重点、难点：本章重点是机械零件单向变应力时的强度计算方法，双向变应力时的强度校核方法；绘制零件的极限应力简化线图；机械零件疲劳强度安全系数的计算。难点是如何针对影响机械零件疲劳强度的因素绘制简化的疲劳极限应力图及其应用。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解疲劳曲线及应力极限曲线的意义和用途，能从材料的几个基本机械性能及零件的几何特性，绘制零件的极限应力简化线图；理解并掌握单向变应力时的强度计算方法，双向变应力时的强度校核方法；并会用教材中本章附录的有关线图和数表。
第五章 螺纹联接和螺旋传动
第一节螺纹联接的主要类型、材料和精度
第二节螺纹联接的拧紧和防松
第三节单个螺栓联接的受力分析和强度计算
第四节螺栓组联接的受力分析
第五节提高螺栓联接强度的措施
第六节螺旋传动
习题要点：螺纹的类型、主要几何参数、螺纹联接的拧紧和防松、各种简单受力状态和复杂应力状态下螺给组联接的受力分析、强度计算。
本章重点、难点：本章重点为螺栓联接主要失效形式和设计计算准则；单个螺栓联接的受力分析和强度计算；难点在于螺栓组联接的四种典型受力状态（轴向力、横向力、旋转力矩和翻转力矩）下的受力分析。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解螺纹联接的主要类型、材料和精度；熟练掌握螺纹的基本参数及其应用、螺纹联接的拧紧和防松方法；掌握单个螺栓联接的受力分析和强度计算方法、螺栓组联接的结构设计原则和方法、受力分析和提高螺栓联接强度的措施。
第六章键、花键、无键联接和销联接
第一节键联接
第二节花键联接
第三节无键联接
第四节销联接
习题要点：各类键的结构特点，工作原理、应用场合及设计和选择。
本章重点、难点：本章教学重点是各类键强度计算，难点是各类键工作原理、失效形式和强度校核方法。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解键、花键联接的种类、构造和工作原理等；掌握各类键联接的强度计算方法。
第八章带传动
第一节概述
第二节带传动工作情况的分析
第三节普通V带传动的设计计算
第四节V带轮设计
第五节V带传动的张紧、安装与防护
习题要点：带等柔性摩擦传动的特点问题：弹性滑动、打滑、滑动率、极限有效拉力等；带传动各力之间的关系，尤其是最大有效拉力的计算及影响因素；带传动的应力分析和计算；带传动的设计准则，传动计算。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解带传动的传动类型、特点和应用场合；熟悉普通V带的结构及其标准，V带传动的张紧方法和装置；掌握带传动的工作原理、受力情况、弹性滑动及打滑等基本理论、V带传动的失效形式及设计准则、设计方法和步骤。
本章重点、难点：本章重点要求同学掌握V带传动的选型、设计计算准则、设计计算；难点在于带传动的计算基础的分析。
第九章链传动
第一节链传动的特点及应用
第二节传动链的结构特点
第三节滚子链链轮的结构和材料
第四节链传动的工作情况分析
第五节滚子链传动的设计计算
第六节链传动的布置、张紧、润滑与防护
习题要点：合理正确选用链传动的主要参数，合理设计计算链传动系统。
本章重点、难点：本章重点要求同学掌握链传动主要参数选择及相互影响关系，难点是链传动的多边形形效应、附加动载荷分析以及设计参数的合理选择等。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解链传动的工作原理、特点和应用场合、滚子链标准、规格及链轮的结构特点；掌握链传动的运动特性、链传动的受力分析、滚子链传动的计算、链传动的合理布置和张紧、润滑等。
第十章 齿轮传动
第一节概述
第二节齿轮传动的失效形式及设计准则
第三节齿轮的材料及其选择原则
第四节齿轮传动的计算载荷
第五节标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算
第六节齿轮传动的设计参数、许用应力及精度选择
第七节标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
第八节标准圆锥齿轮传动的强度计算
第九节变位齿轮传动强度计算概述
第十节齿轮的结构设计
第十一节齿轮传动的润滑
第十二节圆弧齿圆柱齿轮传动简介
习题要点：齿轮传动的主要失效形式、失效机理及采取的主要措施；齿轮传动的计算载荷及各系数的物理意义、影响因素，直齿轮圆柱齿轮接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算公式的应用及参数的合理选择，许用应力的确定；提高齿轮传动强度的措施。
本章重点、难点：本章重点要求同学掌握齿轮传动的失效形式、材料选择、受力分析、设计计算准则、直齿圆柱齿轮传动接触疲劳强度弯曲疲劳强度的计算；难点在于强度计算公式所反应的理论依据、各参数和系数的含义、影响强度的因素等内容的掌握。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解齿轮传动特点、分类、基本要求、常用齿轮材料及热处理方法等；掌握齿轮传动的失效形式及其特点、失效部位、失效机理或减轻失效的措施，以及针对不同失效形式的设计准则，合理选择齿轮材料及相应的热处理方法；熟练掌握直齿圆柱齿轮传动主要参数的计算、齿轮传动的强度计算；掌握斜齿轮圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮受力分析和强度计算的特点及应用。理解变位齿轮强度计算的特点。了解齿轮的结构及润滑方式。
第十一章 蜗杆传动
第一节蜗杆传动的类型
第二节普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
第三节普通圆柱蜗杆传动承载能力计算
第四节圆弧圆柱蜗杆传动设计计算
第五节普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
第六节圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
习题要点：蜗杆传动的受力分析，蜗杆蜗轮转动方向的判定；蜗杆传动的强度及热平衡计算；蜗杆蜗轮的结构形式。
本章重点难点：本章重点要求同学掌握圆柱蜗杆传动几何参数的计算及选择方法、蜗杆传动的力分析和强度计算；难点在于蜗杆传动的受力分析。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学掌握蜗杆传动几何参数的计算及选择方法、蜗杆传动的力分析和强度计算、蜗杆蜗轮的结构设计方法。了解蜗杆传动的效率、热平衡原理和计算方法、蜗杆传动的类型、变位及蜗杆的刚度计算。
第十三章 滚动轴承
第一节概述
第二节滚动轴承的主要类型及其代号
第三节滚动轴承类型的选择
第四节滚动轴承的工作情况
第五节滚动轴承尺寸的选择 成对安装角接触轴承的计算特点
第六节轴承装置的设计
第七节其它
习题要点：滚动轴承工作情况、疲劳寿命计算、当量动载荷计算及角接触球轴承、圆锥滚子轴承的派生轴向力及轴向载荷的计算；滚动轴承部件的正确设计。
本章重点难点：本章重点是滚动轴承工作情况、疲劳寿命计算、当量动载荷计算及角接触球轴承、圆锥滚子轴承的派生轴向力及轴向载荷的计算。难点在于滚动轴承基本额定寿命和基本额定动载荷的基本概念、寿命计算公式、尤其是角接触球轴承、圆锥滚子轴承派生力及轴向载荷的计算。滚动轴承部件的组合设计常与轴系结构综合在一起。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解滚动轴承构造、材料、特点、类型、代号及选择等；理解并掌握滚动轴承的失效形式，滚动轴承的基本额定寿命，基本额定动载荷C 和基本额定静载荷C0等概念，能够进行滚动轴承的当量动载荷及轴承承载能力的计算。能根据载荷、结构形式。定位、调整、装拆、预紧、润滑和密封等要求，进行滚动轴承组合设计和分析已有轴承结构。
第十四章 联轴器和离合器
第一节联轴器的种类和特性
第二节联轴器的选择
第三节离合器
第四节安全联轴器和安全离合器
第五节特殊功能及特殊结构的联器及离合器
本章教学要求：由于课时有限只要求同学了解联轴器和离合器的种类和功能，能够正确选用。
第十五 轴
第一节概述
第二节轴的结构设计
第三节轴的计算
习题要点：轴的最小直径、安全系数的计算等，轴系结构设计及改错
本章重点、难点：本章重点要求同学掌握轴的结构设计、轴的强度设计计算等；难点在于轴结构的合理设计、轴强度计算的基础分析。
本章教学要求：通过本章节的学习要求同学了解轴的分类、材料、轴设计的主要问题；理解并掌握轴的结构设计、轴的强度设计计算方法等。熟悉轴上零件的轴向定位和周向定位的方法及其特点，明确轴的结构设计中应注意的问题及提高轴的承载能力的措施。
五、考核方式及要求
本课程考核成绩方式由三部分组成：平时考核；实验考核（包括实验点名，完成实验质量，完成实验报告等）；期末考试（闭卷）。
平时考核包括平时作业完成情况、上课抽点名记载等。实验考核包括实验课按时参与、实验质量和效果的完成、实验报告的完成情况等。期末考核是闭卷考试，考核同学综合运用本课程的基本理论和基本知识分析和解决工程实际问题和能力。
六、推荐教材及教学参考书
教材：《机械设计》，西北工业大学机械原理及机械设计教研室编著，高等教育出版社，2013年，标准书号：ISBN 978-7-04-037122-2
参考书：《机械设计》，邱宣怀等编著，高等教育出版社，1998年，标准书号：ISBN 7-04-005667-4
《机械设计》，吴宗泽等编著，高等教育出版社，2001年，ISBN 7-04-009349-9
《机械设计》，吴克坚于晓红钱瑞明编著，高等教育出版社，2003年，ISBN 7-04-011607-3
《机械创新设计》，清华大学黄纯颖高志等编著，高等教育出版社，2000年，ISBN 7-04-008002-8
