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1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱(chēng): 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目:產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(xiàn)方案2院 系: 機(jī)電學(xué)院 班 級(jí): 設(shè) 計(jì) 者: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 設(shè)計(jì)時(shí)間: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(xiàn)方案2一、產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(xiàn)使用功能描述圖中所示,輸送線(xiàn)1上為已包裝產(chǎn)品,其尺寸為長(zhǎng)寬高=400200200,該產(chǎn)品采取步進(jìn)式輸送方式,送至托盤(pán)A上托盤(pán)A上平面與輸送線(xiàn)1的上平面同高后,托盤(pán)A上升5mm、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90,然后下降5mm,吧產(chǎn)品推入輸送線(xiàn)2,托盤(pán)A逆時(shí)針回轉(zhuǎn)90恢復(fù)到初始位置。原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1430rpm,每分鐘向輸送線(xiàn)2分別輸送10,20,30件小

2、包裝產(chǎn)品。圖1 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(xiàn)方案二功能簡(jiǎn)圖工藝方法分析由設(shè)計(jì)題目可以看出,推動(dòng)產(chǎn)品在輸送線(xiàn)1上運(yùn)動(dòng)的是執(zhí)行構(gòu)件1,在A處把產(chǎn)品推到下一工位的是執(zhí)行構(gòu)件2,這兩個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系如圖2所示。 執(zhí)行構(gòu)件運(yùn) 動(dòng) 情 況執(zhí)行構(gòu)件1轉(zhuǎn)停執(zhí)行構(gòu)件2升降停升停降停轉(zhuǎn)動(dòng)停+90停-90執(zhí)行構(gòu)件3 停 進(jìn)退停圖2 生產(chǎn)包裝線(xiàn)方案二運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 圖2 生產(chǎn)包裝線(xiàn)方案二運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖運(yùn)動(dòng)功能分析及運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖根據(jù)一中分析,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件1工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有的運(yùn)動(dòng)功能如圖3所示。運(yùn)動(dòng)功能單元把一個(gè)連續(xù)的單向傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇的單向移動(dòng),主動(dòng)件每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,從動(dòng)件執(zhí)行構(gòu)件1向右移動(dòng)一次,主動(dòng)件轉(zhuǎn)速分別為10、20、30

3、轉(zhuǎn)/分。 10、20、30 rpm圖3執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的運(yùn)動(dòng)功能由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1430轉(zhuǎn)/分,為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的主動(dòng)件上分別的到10、20、30轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速,那么由電動(dòng)機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)1之間的總傳動(dòng)比iz有3種,分別為iz1=143iz2=iz3=總傳動(dòng)比由定傳動(dòng)比ic和變傳動(dòng)比iv兩局部構(gòu)成,即iz1=iciv1iz2=iciv2iz3=iciv33種總傳動(dòng)比中iz1最大,iz3最小。由于定傳動(dòng)比ic是常數(shù),因此,3種變傳動(dòng)比中iv1最大,iv3最小。假設(shè)采用滑移齒輪變速,其最大傳動(dòng)比最好不大于4,即iv1=4于是定傳動(dòng)比為 ic= =變傳動(dòng)比的其他值為 iv2= =2iv3=于是,傳動(dòng)系統(tǒng)的有級(jí)

4、變速功能單元如圖4所示。i=4,2,3圖4有級(jí)變速運(yùn)動(dòng)功能單元為了保證系統(tǒng)過(guò)載時(shí)不至于損壞,在電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間加一個(gè)過(guò)載保護(hù)環(huán)節(jié)。過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元可采用帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn),這樣,該運(yùn)動(dòng)功能單元不僅具有過(guò)載保護(hù)功能還具有減速功能,如圖5所示。圖5 過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)僅靠過(guò)載保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能單元不能實(shí)現(xiàn)其全部定傳動(dòng)比,因此,在傳動(dòng)系統(tǒng)中還要另加減速運(yùn)動(dòng)功能單元,其減速比為i= ic/2.5=4/2.5=減速運(yùn)動(dòng)功能單元如圖6所示。i= 圖6 減速運(yùn)動(dòng)功能單元根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)功能分析,可以得到實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖,如圖7所示。1430rpm i=2.5 i=4,2,1.33 i=

5、圖7 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖為了使用同一原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2,應(yīng)該在圖8所示的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖中加一運(yùn)動(dòng)分支功能單元,其運(yùn)動(dòng)分支驅(qū)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件2,該運(yùn)動(dòng)分支功能單元如圖7所示。執(zhí)行構(gòu)件二有兩個(gè)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。一個(gè)是間歇往復(fù)移動(dòng),一個(gè)是間歇往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng),并且這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平面相互垂直。執(zhí)行構(gòu)件三的運(yùn)動(dòng)為間歇往復(fù)移動(dòng),其運(yùn)動(dòng)方向與執(zhí)行構(gòu)件一的運(yùn)動(dòng)方向垂直。為了使執(zhí)行構(gòu)件三和執(zhí)行構(gòu)件二的運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行構(gòu)件一得運(yùn)動(dòng)保持正確的空間關(guān)系,可以加一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元,如圖9圖8 運(yùn)動(dòng)分支功能單元圖9方向轉(zhuǎn)換功能單元經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換功能單元輸出的運(yùn)動(dòng)需要分成三個(gè)運(yùn)動(dòng)分支,分別驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)和執(zhí)行

6、機(jī)構(gòu)三的一個(gè)運(yùn)動(dòng),因此,需要加一個(gè)運(yùn)動(dòng)分支功能單元,如圖10所示。圖10執(zhí)行構(gòu)件2的一個(gè)運(yùn)動(dòng)是間歇往復(fù)移動(dòng),可以選用連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能單元,假設(shè)考慮使用尺寸較小的凸輪進(jìn)行由連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到間歇往復(fù)移動(dòng)的轉(zhuǎn)換,同時(shí)用平行四邊形機(jī)構(gòu)變換方向,方案如圖11所示。 圖11連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇往復(fù)移動(dòng),并轉(zhuǎn)換方向功能單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)二的另一個(gè)運(yùn)動(dòng)是間歇往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng),且其運(yùn)動(dòng)平面與第一個(gè)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平面垂直,因此,可以選用運(yùn)動(dòng)傳遞方向轉(zhuǎn)換功能單元,如圖12所示。 圖12執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動(dòng)功能單元經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換之后,可以選用另一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元,把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。然后再經(jīng)過(guò)另一個(gè)把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的功

7、能單元,可以用不完全齒輪,不完全齒輪還可以調(diào)整較長(zhǎng)非工作時(shí)間段與工作時(shí)間段的比值。從動(dòng)件能夠做整周回轉(zhuǎn),以驅(qū)動(dòng)構(gòu)件二做間歇往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 根據(jù)上述分析,可以得出實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一和執(zhí)行機(jī)構(gòu)二的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖,如圖13所示。圖13 執(zhí)行構(gòu)件一和二的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖執(zhí)行構(gòu)件三需要進(jìn)行間歇往復(fù)移動(dòng)。為此,首先將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)功能單元如圖14所示。圖14 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元 同時(shí)執(zhí)行構(gòu)件三載一個(gè)工作周期內(nèi),它的間歇時(shí)間很長(zhǎng),動(dòng)作時(shí)間很短,但其運(yùn)動(dòng)那么是連續(xù)的、周期的。因此,需要把間歇轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的整周轉(zhuǎn)動(dòng)。于是,在其后加一個(gè)運(yùn)動(dòng)放大功能單元,如圖15所示。然后再把該運(yùn)動(dòng)功能單

8、元輸出的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)移動(dòng),其功能單元圖如果16所示。圖15運(yùn)動(dòng)放大功能單元圖16 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元 根據(jù)上述分析,可以畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖,如圖17所示。 圖17 產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(xiàn)方案2的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖四、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案擬定根據(jù)圖17所示的運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖,選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能系統(tǒng)圖中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元,便可擬定出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案。圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元1是原動(dòng)機(jī)。根據(jù)產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(xiàn)的工作要求,可以選擇電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī),如圖14所示。1430rpm圖18 電動(dòng)機(jī)替代運(yùn)動(dòng)功能單元1圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元2是過(guò)載保護(hù)功能單元兼具減速功能,可以選擇帶傳動(dòng)代替,如圖15所

9、示。圖19 皮帶傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元2圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元3是有級(jí)變速功能,可以選擇滑移齒輪變速傳動(dòng)代替,如圖16所示。 i=4,2,1.33圖20 滑移齒輪變速替代運(yùn)動(dòng)功能單元3圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元4是減速功能,可以選擇2級(jí)齒輪傳動(dòng)代替,如圖21所示。圖21行星齒輪傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元4圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元5是運(yùn)動(dòng)分支功能單元,可以用圓錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)輪和齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖22所示。 運(yùn)動(dòng)輸入 圖22 運(yùn)動(dòng)分支功能單元圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元6是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng),可以選擇槽輪代替,如圖23所示。圖23 導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動(dòng)功能單元6圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元7是將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向移動(dòng)

10、,可以用傳送帶代替,如圖24所示。 圖24傳送帶傳動(dòng)替代運(yùn)動(dòng)功能單元7圖17中運(yùn)動(dòng)功能單元8是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換方向的運(yùn)動(dòng)功能單元,可以用錐齒輪替代。如圖25. 圖25 轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換功能單元圖17中運(yùn)動(dòng)功能單元9是同功能單元8.圖17 中運(yùn)動(dòng)功能單元10是將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)??梢杂貌煌耆X輪代替。如圖26 圖26 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)圖17中的功能單元11是進(jìn)行放大,把非整周旋轉(zhuǎn)變成整周旋轉(zhuǎn)??梢杂貌煌耆X輪嚙合兼代。其作用如圖27. 圖27 圖17 中的運(yùn)動(dòng)功能單元12是兩個(gè)大小尺寸完全相同的齒輪嚙合,并在齒輪上固定槽輪的撥盤(pán)實(shí)現(xiàn)圓銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)變。其作用如圖28。 圖28 圖17中運(yùn)動(dòng)

11、功能單元13是與撥盤(pán)對(duì)應(yīng)的槽輪,可以實(shí)現(xiàn)間歇往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖29所示是將運(yùn)動(dòng)功能單元12與13 合并所得的設(shè)計(jì)圖,將實(shí)現(xiàn)由單向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到間歇往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。 圖29由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)二同時(shí)要實(shí)現(xiàn)間歇往復(fù)移動(dòng)。圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元14可用凸輪代替,實(shí)現(xiàn)由連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化,又由于托盤(pán)與凸輪工作面不在同一平面上,可用一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇往復(fù)移動(dòng)方向的轉(zhuǎn)換。如圖30 所示。 圖30考慮構(gòu)件三運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn):圖17中的運(yùn)動(dòng)功能單元15是將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇轉(zhuǎn)動(dòng),可以用不完全齒輪代替。如圖31 圖31同時(shí)由于主軸轉(zhuǎn)速與構(gòu)件三在一個(gè)周期內(nèi)的動(dòng)作次數(shù)相同。又與不完全齒輪相嚙合的從動(dòng)輪不能實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)

12、,還需加一個(gè)變速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)。此功能可以有不完全齒輪兼代。只需對(duì)從動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定得調(diào)整。其功能如圖運(yùn)動(dòng)功能單元16 圖32圖13中的運(yùn)動(dòng)功能單元16是把連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為連續(xù)往復(fù)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元,可以用正弦機(jī)構(gòu)替代,如圖32所示。圖23 正弦機(jī)構(gòu)替代連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間隙轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)功能單元16根據(jù)以上分析,按照?qǐng)D13各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元連接的順序把各個(gè)運(yùn)動(dòng)功能單元的替代機(jī)構(gòu)以此鏈接便形成了產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖見(jiàn)A3圖紙。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)1皮帶帶輪的設(shè)計(jì)可設(shè)主動(dòng)輪半徑為R=20mm,從動(dòng)輪半徑r=50mm(2)滑移齒輪設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖中齒輪5,6,7,8,9,10組成了滑移齒輪有級(jí)變速運(yùn)

13、動(dòng)功能單元,其齒數(shù)分別為Z5,Z6,Z7,Z8,Z9,Z10。由前面的分析可知iv1=Z10/Z9=4iv2=Z8/Z7=2iv3=Z6/Z5按最小不根切齒數(shù)(17)取Z9=17那么Z10=iv1Z9=417=68為了改善傳動(dòng)性能應(yīng)使相互嚙合的齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù),于是可取Z10=69其齒數(shù)和為Z9+Z10=17+69=86另外兩對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)和應(yīng)該大致相同Z7+Z886Z5+Z686iv2=86-Z7/Z7=86/Z7-1=2Z7=86/(1+iv2)=8 6/(1+2)=取=29 Z8=86-Z7=86-29=57Z5+Z686iv3=(86-Z5)/Z5=86/Z5Z5=86/(1+iv3

14、)=86/(1+1.33)取=37Z6=86-Z5=86-37=49齒輪模數(shù)取2,其余按標(biāo)準(zhǔn)齒輪的計(jì)算公式計(jì)算。3二級(jí)減數(shù)齒輪的設(shè)計(jì)由運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖可知,齒輪11,12,13,14實(shí)現(xiàn)圖18中運(yùn)動(dòng)功能4的減速運(yùn)動(dòng)功能,它所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比為14.3。由于齒輪11,12,13,14是2級(jí)齒輪傳動(dòng),這兩級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比可如此分配=4齒輪11、12可按最小不根切齒數(shù)確定,即Z11=Z13=17于是Z12=4*Z11=41768 取Z12=69Z1413=3.5751760。78 取Z14=61齒輪11、12、13、14的幾何尺寸,取模數(shù)m=2mm,按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算。2.驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1的機(jī)構(gòu)由撥盤(pán)、槽輪、傳

15、送帶組成。1傳送帶帶輪半徑由設(shè)計(jì)題目知,滑枕的行程為L(zhǎng)=480mm滑枕的行程由槽輪沒(méi)動(dòng)作一次的轉(zhuǎn)角來(lái)控制。為減小傳送帶帶輪的尺寸,宜使槽輪每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度盡可能大。因此,選槽輪槽數(shù)為三,每次槽輪轉(zhuǎn)過(guò)120那么 傳送帶帶輪半徑:R=L/2槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)確定槽輪槽數(shù)由1中知,在撥盤(pán)圓銷(xiāo)數(shù)k=1時(shí),槽輪槽數(shù)z=3, 槽輪槽間角 由圖27可知槽輪的槽間角為2=3600/z=3600/3=1200槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)撥盤(pán)的轉(zhuǎn)角2=1800-2=600中心距槽輪機(jī)構(gòu)的中心距應(yīng)該根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定,在結(jié)構(gòu)尚不明確的情況下暫定為 a=100mm撥盤(pán)圓銷(xiāo)回轉(zhuǎn)半徑 r=a=sina=sin60 QUOTE =ra=sin=s

16、in450=0.7071 QUOTE r=a=0.7071*150=106.065 槽輪半徑 QUOTE =Ra=cos=1-2 R=a=*100=50鎖止弧張角 =3600-2=3600-600=3000圓銷(xiāo)半徑 rAr/6=/6=mm取整 rA=10mm(太大的話(huà)會(huì)使槽深大于槽輪半徑)槽輪槽深 h(+-1)a+rA=(0.7071+0.57071-1)*100+10=mm鎖止弧半徑 rS(+-1)a+rA=(-1)*25 +3=mm鎖止弧半徑rSa-r=mm4.驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3的機(jī)構(gòu)由不完全齒輪和由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成的正弦機(jī)構(gòu)組成。1不完全齒輪設(shè)計(jì)由于原設(shè)計(jì)中構(gòu)件3的動(dòng)作周期為整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的六分之一,可以只將不完全齒輪設(shè)計(jì)成一段齒,如圖35所示。圖35 不完全齒輪示意圖取齒輪齒數(shù)Z34=18由于設(shè)定的時(shí)間比為6:1,所以可以求出不完全齒輪的假想齒數(shù)Z33=18360/60=108模數(shù)取2從動(dòng)輪嚙合運(yùn)動(dòng)角=60由于不完全齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一段齒,從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)整周,故從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)角為=360。從動(dòng)輪齒數(shù)為18齒??紤]從動(dòng)輪整周回轉(zhuǎn),當(dāng)從動(dòng)輪停歇時(shí),可用彈簧鋼珠對(duì)從動(dòng)輪進(jìn)行鎖止。從動(dòng)輪的鎖止架構(gòu)如下圖。由于不完全齒輪在進(jìn)入時(shí)存在沖擊,需

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