2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  走絲系統(tǒng)的設計</b></p><p><b>  1、儲絲機構(gòu)的設計</b></p><p>  儲絲機構(gòu)如圖所示,包含電動機、聯(lián)軸器、儲絲筒、同步帶及大小帶輪、螺母、絲杠、滑板等結(jié)構(gòu)。</p><p><b>  儲絲筒組件示意圖</b></p><

2、;p>  儲絲機構(gòu)驅(qū)動電動機的選用</p><p>  1)儲絲機構(gòu)驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速一般分為兩種,1400r/min和3000r/min,本設計采用1400r/min。</p><p><b>  2)電動機功率計算</b></p><p>  電動機最大輸出功率發(fā)生在電動機換向時,滾筒換向、大小帶輪換向、整個儲絲機構(gòu)移動方向瞬時改變,

3、均消耗較大的功率,同時還要克服各滾動軸承、聯(lián)軸器、螺母絲杠副損耗、克服所需功率、所需功率等。</p><p><b>  儲絲筒</b></p><p>  對儲絲筒的技術(shù)要求:</p><p> ?、僭趦z筒高速運轉(zhuǎn)時,同時要進行相應的軸向移動,以保證不同直徑的電極絲能在儲絲筒上整齊排繞;</p><p> ?、跒榱吮?/p>

4、證電極絲運行平穩(wěn),無跳動現(xiàn)象,要求儲絲筒的各項運動精度要高,徑向跳動要?。?lt;/p><p> ?、蹆z筒具有正反向旋轉(zhuǎn)功能,電極絲的走絲速度在范圍內(nèi)可調(diào)或恒速運轉(zhuǎn);</p><p>  儲絲筒是電極絲穩(wěn)定移動和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一,一般用45號鋼、不銹鋼、鋁合金材料制造,本次設計采用45號鋼。為減小轉(zhuǎn)動慣量,筒壁應盡量薄,按機床規(guī)格不同,選用范圍為1.5~5mm,本機床定位為中小型機床,

5、壁厚選用=3mm。用鋼制作儲絲筒時,直徑一般采用用鋁合金材料制作儲絲筒時,直徑在之間。要求儲絲筒外表面粗糙度,儲絲筒組件要做動平衡實驗,以保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn),延長軸承使用壽命。</p><p>  機床走絲速度定位為8m/s,滾筒與電動機通過聯(lián)軸器連接,其轉(zhuǎn)動速度為1400r/min。</p><p>  故其大徑為,圓整取D=110mm。</p><p>  則其小徑d

6、=D-2=110-23=104mm</p><p>  儲絲筒長度,由于是中小型機床,選用L=400mm。</p><p><b>  查相關(guān)資料可知,</b></p><p><b>  故儲絲筒的質(zhì)量</b></p><p><b>  儲絲筒的轉(zhuǎn)動慣量</b></p

7、><p>  由于在換向過程中,電極絲速度是變化的,從一個方向的8m/s逐漸減小到0再加速至另一個方向的8m/s。當電動機換向時,電極絲與工件間停止放電。故為了提高加工效率,應縮短電動機的換向時間。這里取換向時間t=1s。</p><p>  非換向過程,儲絲筒角速度</p><p>  換向時儲絲筒角加速度</p><p><b> 

8、 則換向時所需的轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>  換向時所需的功率</b></p><p>  整個儲絲機構(gòu)移動方向改變時需要的功率</p><p>  假設本機床適用直徑?0.25mm以下的電極絲,則儲絲筒每轉(zhuǎn)一圈,滑板軸向移動0.25mm以上。每分鐘儲絲筒轉(zhuǎn)1400轉(zhuǎn),則每秒滑板軸向移動,即滑板移動速度為5.83mm/s

9、。</p><p>  整個儲絲機構(gòu)在1秒內(nèi)速度從一個方向的5.83mm/s逐漸減小到0再增加到另一個方向的5.83mm/s。加速度</p><p>  儲絲機構(gòu)導軌多采用燕尾形滑動導軌和三角形、矩形組合式導軌。</p><p> ?、傺辔残位瑒訉к?,如圖1所示 該導軌結(jié)構(gòu)緊湊,調(diào)整方便。旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿帶動塞鐵,可以改變導軌副的配合間隙。但該結(jié)構(gòu)制造和檢驗比較復雜,

10、剛性較差,傳動中摩擦損失也較大。 </p><p> ?、谌切?、矩形組合式導軌,如圖2所示 導軌的配合間隙有螺釘和墊片組成的調(diào)整環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)。由于儲絲筒走絲機構(gòu)的上托板一邊裝有走絲電動機,儲絲筒軸向兩邊負荷差較大。為保證上托板能平穩(wěn)地往復移動,應把下托板設計得較長,以使走絲機構(gòu)工作時,上托板部分可以始終不滑出下托板,從而保證托板的剛度、機構(gòu)的穩(wěn)定性即運動精度。</p><p>  圖1

11、燕尾形導軌 圖2 三角形、矩形組合式導軌</p><p>  三角形導軌磨損后能自動補償,導向精度高,它的截面角度由載荷大小及導向要求而定,一般為90°,為增加承載面積,減小比壓,在導軌高度不變的條件下,采用較大的頂角(110°~120°),為提高導向性,采用較小的頂角(60°);矩形導軌結(jié)構(gòu)簡單,制造方、檢驗、修理方便,導軌面較寬,承載力較大,剛度高

12、。采用三角形、矩形組合式導軌,具有二者的優(yōu)點,本次設計采用該結(jié)構(gòu)。</p><p>  滑板與導軌材料常用灰口鑄鐵,它具有成本低,工藝性好,熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點。在潤滑和防護良好的情況下,具有一定的耐磨性。常用的是HT200~HT400,硬度以HB=180~200較為合適。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量,減少含硅量,可提高導軌的耐磨性。為提高鑄鐵導軌的耐磨性,常對導軌表面進行淬火處理。還應有潤滑措施,潤滑油能使導軌間形

13、成一層極薄的油膜,阻止或減少導軌面直接接觸,減小摩擦和磨損,以延長導軌的使用壽命。同時,對低速運動,潤滑可以防止"爬行";對高速運動,可減少摩擦熱,減少熱變形。</p><p>  查相關(guān)設計手冊得,滑動摩擦系數(shù)為0.15。三角形導軌截面角度選為90°,假設整個儲絲機構(gòu)重量200Kg。</p><p><b>  槽面摩擦力</b><

14、;/p><p><b>  平面摩擦力</b></p><p>  若導軌只是三角形導軌,</p><p>  若導軌只是矩形導軌,</p><p>  則三角形、矩形組合式導軌滑動摩擦力。壓板與墊片之間的摩擦力、滑板與導軌之間一定的預緊力(相對于儲絲機構(gòu)自重較?。瑢嶋H上摩擦阻力比計算所得大。后續(xù)計算中取F=415.8N。

15、</p><p>  在換向過程中,根據(jù)牛頓第二定律有,</p><p><b>  則+</b></p><p>  則在換向過程中,用來驅(qū)動儲絲機構(gòu)的最大功率:</p><p><b>  螺母絲杠副</b></p><p>  絲杠傳動副是有絲杠和螺母組成。絲杠傳動副的

16、作用是將電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)榛宓闹本€運動。要使絲杠副的傳動精確,絲杠和螺母必須是高精度,電火花線切割機床絲杠副的制作精度應保證6級或高于6級地精度。若絲杠副的精度太低,造成儲絲筒軸向移動不穩(wěn)定,可能使電極絲排繞不整齊而發(fā)生斷絲等情況。</p><p>  該處螺母絲杠副螺旋傳動屬于傳導螺旋,即以傳遞運動為主,有時也承受較大的軸向力,能夠?qū)崿F(xiàn)精確的直線移動。其特點是一般需要在較長的時間內(nèi)連續(xù)工作,工作速度較高,要求

17、具有較高的傳動精度或工作速度。一般采用三角形螺紋或矩形螺紋,結(jié)構(gòu)簡單、制造方便,易于保證精度。本次設計采用三角形螺紋。</p><p>  螺母結(jié)構(gòu)有整體式、組合式、對開式等,如圖3所示。整體式螺母結(jié)構(gòu)簡單,但有磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補償,只是適合在精度要求較低的螺旋中使用。對于經(jīng)常雙向傳動的傳導螺旋,為了消除和補償由磨損產(chǎn)生的軸向間隙,避免反向傳動是的空行程,常采用組合螺母或?qū)﹂_式螺母。本設計采用組合式螺母結(jié)構(gòu)

18、。</p><p>  圖3 組合式螺母與對開式螺母</p><p>  固定螺釘 2—調(diào)整螺釘 3—調(diào)整墊塊</p><p><b>  傳動螺旋的設計計算</b></p><p><b>  1耐磨性計算</b></p><p><b>  計算條件:,&l

19、t;/b></p><p>  F—螺旋上作用的總軸向載荷;</p><p>  Z—旋合圈數(shù),Z=H/P(H為螺母高度,P為螺距),一般Z;</p><p><b>  d2—螺紋中徑;</b></p><p>  h—螺紋牙的工作高度,近似取h=(d-d1)/2;</p><p>  設

20、計時因螺母高度H未知,引進高徑比系數(shù),整體式螺母取1.2~1.5,剖分式螺母取2.5~3.5。以上式子變換為:</p><p>  螺桿材料應具有較高的強度、較高的耐磨性及良好的加工性能,本設計采用45鋼。</p><p>  螺母材料除要求有較高的強度外,還應有較好的減摩性(與螺桿配合時摩擦因數(shù)?。?、較高的耐磨性即抗膠性。輕載中、高速即一般的傳動可以選用鑄造青銅,如ZCuSn10P1等。

21、本設計采用金屬型鑄造錫青銅ZCuSn10P1。</p><p>  式中,F(xiàn)=625N,P取2mm,查看普通螺紋基本尺寸(GB/T 196-2003)當螺距取2mm且大徑不大時,工作高度h約為1mm左右,為2.5,許用壓強[p]為1Mpa。帶入上式得d2</p><p>  查普通螺紋基本尺寸相關(guān)國家標準GB/T 196-2003,中徑大于12.6mm的螺紋,公稱直徑18mm,螺距2mm,

22、中徑16.701mm,小徑15.835mm的絲杠。</p><p>  校核耐磨性條件: 若旋合圈數(shù)Z取10</p><p>  為了提高強度,增大Z的取值,Z取50,則p=0.22MPa,符合要求。</p><p><b>  2強度計算</b></p><p><b> ?、怕輻U的強度校核</b>

23、;</p><p><b>  其強度條件為</b></p><p><b>  ,</b></p><p>  ,為了提高傳動效率,采用雙線螺旋。</p><p>  螺桿的強度滿足要求。</p><p><b> ?、坡菁y牙的強度校核</b><

24、/p><p>  螺母材料的強度(310MPa)低絲杠螺紋牙的強度(600MPa),故螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母上,只需對螺母進行強度校核。</p><p><b>  彎曲強度條件:</b></p><p>  其中,b=0.75P=,</p><p><b>  彎曲強度滿足要求</b>&l

25、t;/p><p>  剪切強度條件:,其中</p><p><b>  剪切強度符合要求。</b></p><p>  3傳動螺旋副效率計算</p><p>  4傳動螺旋絲杠的穩(wěn)定性校核</p><p>  其中,為絲杠的長度系數(shù),采用滾動軸承支承,徑向和軸向均有約束;螺母采用組合式螺母 , 故絲桿

26、的端部結(jié)構(gòu)屬于一端固定、一端不完全固定,長度系數(shù)μ=0.6;</p><p>  L為最大工作長度,根據(jù)儲絲筒長度400mm,令絲杠長度700mm,取絲杠最大工作長度600mm;</p><p><b>  則穩(wěn)定性臨界載荷</b></p><p>  其中,彈性模量E=200GPa,Ia=</p><p><b&

27、gt;  則</b></p><p><b>  則安全系數(shù)</b></p><p>  絲杠穩(wěn)定性符合要求。</p><p>  小結(jié):絲杠長度700mm,螺紋公稱直徑18mm,小徑15.835mm,中徑16.701mm,螺距2mm,材料45鋼。</p><p>  電動機經(jīng)同步齒形帶減速驅(qū)動絲杠,滾筒每轉(zhuǎn)

28、一圈,滑板移動距離s=,同步帶傳動比,。</p><p><b>  絲杠的質(zhì)量:</b></p><p><b>  絲杠的轉(zhuǎn)動慣量:</b></p><p>  非換向過程,絲杠角速度</p><p><b>  換向時絲杠角加速度</b></p><p

29、><b>  則換向時所需的轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>  換向時所需的功率</b></p><p>  同步齒形帶傳動的設計計算</p><p>  電動機通過中間傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動絲杠,目前,常用的傳動形式為齒輪傳動及同步帶傳動。為提高齒輪使用壽命及使傳動部分結(jié)構(gòu)緊湊,在齒輪傳動形式中常采用多級齒輪傳動,從而

30、增加傳動零件,結(jié)構(gòu)復雜,成本上升。采用同步帶傳動,傳動比準確,對軸和軸承的壓力小,耐磨性好,允許采用較小的帶輪直徑、較短的中心距和較大的速比(可達10),傳動效率可達99.5%,速度可達50m/s,傳動功率從幾瓦到數(shù)百千瓦。傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,只需一級傳動,傳動零件僅有一對同步帶輪及一根同步帶,且同步帶零件有專業(yè)廠家生產(chǎn),價格便宜,質(zhì)量可靠,易于實現(xiàn)零件的系列化及標準化生產(chǎn)。</p><p>  齒形帶的節(jié)距大致可

31、分為周節(jié)制、模數(shù)制和特殊節(jié)距三大類。汽車同步帶和圓弧齒同步帶也分別采用特定的節(jié)距。齒形帶的工作面目前用得最多的是梯形齒,近年來又發(fā)展了圓弧齒形同步帶。圓弧齒形的同步帶傳動性能和承載能力比梯形齒好圓弧齒同步帶的問世,擴大了同步帶的傳動范圍,是同步帶不但能適用于高速低扭矩的場合,也能適用于低速高扭矩的場合。本次設計采用圓弧形同步齒形帶。</p><p>  帶輪材料采用灰鑄鐵,密度初步假定小帶輪直徑50mm、寬度30

32、mm,則小帶輪質(zhì)量約0.5Kg;大帶輪直徑300mm,則大帶輪質(zhì)量約12Kg。則小帶輪轉(zhuǎn)動慣量,大帶輪轉(zhuǎn)動慣量。換向時小帶輪所需轉(zhuǎn)矩,大帶輪說需轉(zhuǎn)矩。換向時小帶輪所消耗功率,大帶輪所消耗功率</p><p>  換向時,驅(qū)動儲絲機構(gòu)軸向移動消耗功率3.6W,絲杠轉(zhuǎn)動慣量所消耗的功率64W,大帶輪消耗89.7W,小帶輪消耗8.8W。</p><p>  考慮傳遞效率,滾動軸承傳動效率0.99

33、、螺母絲杠副傳動效率0.301(根據(jù)上面計算所得)、彈性聯(lián)軸器傳動效率0.99、同步帶傳動效率0.99。</p><p><b>  則帶輪傳遞功率</b></p><p><b>  小帶輪傳遞轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>  大帶輪傳遞轉(zhuǎn)矩</b></p><p>

34、  已知:同步帶傳動功率177W,小帶輪轉(zhuǎn)速1400r/min,大帶輪轉(zhuǎn)速175r/min,傳動比為8。設計同步帶傳動。</p><p><b>  ⑴設計功率</b></p><p>  設計功率Pd=KAP,工況系數(shù)KA=2,則Pd=KAP=2*177=354W=0.354KW</p><p><b> ?、七x帶型及節(jié)距</

35、b></p><p>  根據(jù)Pb和n1選取5M型圓弧制同步齒形帶,則其節(jié)距pb為5mm</p><p> ?、谴_定小帶輪齒數(shù)z1</p><p>  根據(jù)z1 zmin,,查資料得小帶輪最少齒數(shù)為20個,選擇z1=20</p><p> ?、却_定小帶輪節(jié)圓直徑d1</p><p>  根據(jù)JB/T 7512.2

36、—1994,小帶輪節(jié)圓直徑d1=31.83mm,外圓直徑d0=30.69mm。</p><p>  ⑸確定大帶輪齒數(shù)及直徑</p><p><b>  ,</b></p><p>  根據(jù)JB/T 7512.2—1994,大帶輪節(jié)圓直徑D1=254.65mm,外圓直徑D0=253.51mm。</p><p><b&

37、gt; ?、蚀_定帶速</b></p><p>  ,5M圓弧齒同步帶最大帶速為,故帶速小于允許最大帶速。</p><p><b> ?、顺醵ㄖ行木?lt;/b></p><p>  根據(jù)結(jié)構(gòu),初步選擇a0=450mm。</p><p> ?、坛醵◣У墓?jié)線長度L0p及其齒數(shù)zb</p><p>

38、;<b>  ,</b></p><p>  根據(jù)JB/T 7512.1—1994,選擇與1377.58mm最接近的標準節(jié)線長度,長度代號為1380,其節(jié)線長度Lp=1380mm、齒數(shù)Zb=276。</p><p><b>  ⑼確定實際中心距</b></p><p>  對于中心距不可調(diào),有</p><

39、;p><b>  查漸開線函數(shù)表,得</b></p><p>  實際中心距,極限偏差為,</p><p><b>  故</b></p><p>  ⑽小帶輪嚙合齒數(shù)Zm</p><p><b>  則</b></p><p><b>

40、  一般,符合要求。</b></p><p><b> ?、匣鶞暑~定功率P0</b></p><p>  根據(jù)JB/T 7512.3—1994,得基準額定功率P0=0.301Kw。</p><p><b> ?、袔抌s</b></p><p>  其中,為基準寬度,取9mm,</

41、p><p><b>  ,</b></p><p>  查標準相關(guān)資料應選9型帶寬。</p><p> ?、延嬎阕饔迷谳S上的作用力Fr</p><p><b>  當</b></p><p>  其中為矢量相加修正系數(shù),查閱相關(guān)圖表得。</p><p> 

42、 圓弧制同步帶帶輪的尺寸和公差(JB/7512.2-1994)</p><p>  在最初的帶輪大小估計中,帶輪的直徑以及寬度均小于最終設計結(jié)果值,按假設理論上需要傳遞的功率來設計,故設計結(jié)果偏于安全。</p><p>  兩軸傳動時,由于中心距a,大小帶輪兩側(cè)均設擋圈</p><p>  大小帶輪的擋圈尺寸(JB/7512.2-1994)</p>&

43、lt;p>  帶的相關(guān)參數(shù)(JB/T7512.1-1994)</p><p><b>  儲絲筒軸的設計</b></p><p>  先按扭轉(zhuǎn)強度條件設計軸的結(jié)構(gòu)</p><p><b>  軸的直徑計算公式:</b></p><p>  P=412.1W+177W=589W,n=1400r/

44、mim,軸的材料用45鋼,則A0=120</p><p><b>  代如上式</b></p><p>  當軸上有鍵槽時,軸徑加大5%,則,初步選定軸直徑20mm。</p><p>  若軸的長度為700mm,則軸的質(zhì)量m=。</p><p><b>  則轉(zhuǎn)動慣量</b></p>

45、<p><b>  換向時轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>  換向時所需的功率</b></p><p><b>  聯(lián)軸器的設計</b></p><p><b>  ⑴確定聯(lián)軸器類型:</b></p><p>  由于儲絲筒運行時頻繁換向,

46、聯(lián)軸器瞬間受到正反剪切力很大,因此多用彈性聯(lián)軸器,具有緩沖、減振特性。彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,慣性力矩小,換向平穩(wěn),無金屬撞擊聲,可減小對儲絲筒中心軸的沖擊,允許電動機軸和儲絲筒軸稍有不同心和不平行(最大不同心允許為0.20.5mm,最大不平行為1°),但彈性聯(lián)軸器的不足是由它連接的兩軸在傳遞扭矩是會有相對轉(zhuǎn)動。這里選用彈性注銷聯(lián)軸器。</p><p><b> ?、拼_定聯(lián)軸器型號:</b&

47、gt;</p><p>  聯(lián)軸器所需傳遞總功率</p><p><b>  則聯(lián)軸器傳動扭轉(zhuǎn)矩</b></p><p>  根據(jù)聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速1400r/min,選擇LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器。其相關(guān)參數(shù):</p><p>  公稱轉(zhuǎn)矩、許用轉(zhuǎn)速6300r/min、轉(zhuǎn)動慣量0.009。</p>&l

48、t;p>  則換向時聯(lián)軸器所需的轉(zhuǎn)矩</p><p>  換向時聯(lián)軸器所消耗的功率</p><p>  整個儲絲機構(gòu)消耗的功率P=689+386=1075W</p><p>  根據(jù)功率1075W和轉(zhuǎn)速1400r/min,選擇Y90S-4型號的三相異步電動機,其相關(guān)參數(shù)為:額定功率1.1KW、滿載轉(zhuǎn)速1400r/min、額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量、電機軸直徑</p&g

49、t;<p>  根據(jù)電動機軸和儲絲筒軸的直徑確定聯(lián)軸器的軸孔直徑及軸孔長度。最終確定的聯(lián)軸器標記為:</p><p><b>  LX2聯(lián)軸器 </b></p><p>  查鍵的相關(guān)標準GB/T 1095-2003,可知:</p><p><b>  電機軸連接鍵尺寸:</b></p><

50、;p>  儲絲筒軸連接鍵尺寸:6</p><p>  儲絲筒軸的強度和剛度校核</p><p><b>  A、強度校核</b></p><p><b> ?、庞嬎爿S承支反力</b></p><p><b> ?、飘嫵鰪澗貓D</b></p><p>

51、;<b>  在右邊軸承處彎矩為</b></p><p><b> ?、钱嫵鲚S的轉(zhuǎn)矩圖</b></p><p> ?、惹螽斄繌澗夭嫯斄繌澗貓D</p><p><b>  按下式求當量彎矩</b></p><p><b>  其中,</b></p&g

52、t;<p>  聯(lián)軸器鍵連接處當量彎矩:</p><p>  儲絲筒中心處當量彎矩:</p><p>  右邊軸承處當量彎矩:</p><p><b> ?、纱_定許用應力</b></p><p>  軸的材料為45鋼,調(diào)制,硬度217255HBW,查相關(guān)資料得</p><p><

53、;b> ?、市:溯S的強度</b></p><p>  聯(lián)軸器鍵連接處強度條件:</p><p>  儲絲筒中心處強度條件:</p><p>  右邊軸承處強度條件:</p><p>  按玩牛合成強度校核儲絲筒軸的強度足夠安全。</p><p><b>  B、剛度校核</b>&

54、lt;/p><p><b>  a、彎曲剛度校核</b></p><p>  把右邊滾動軸承右側(cè)部分作為懸臂梁,查材料力學相關(guān)資料得,軸承處撓度為,,對于鋼E=200GPa,</p><p><b>  轉(zhuǎn)角</b></p><p><b>  軸的撓度許用值</b></p&

55、gt;<p><b>  軸的許用撓度</b></p><p>  故彎曲剛度符合要求。</p><p><b>  b、扭轉(zhuǎn)剛度校核</b></p><p>  扭轉(zhuǎn)剛度計算公式為:</p><p><b>  其中,對于鋼,</b></p>&l

56、t;p>  許用扭轉(zhuǎn)角,對于精密傳動,</p><p>  故扭轉(zhuǎn)剛度符合要求。</p><p><b>  滾動軸承的強度校核</b></p><p>  由于儲絲機構(gòu)有軸向移動,為了防止儲絲筒軸與其他部件的相對位置發(fā)生變化,采用角接觸球軸承,根據(jù)軸頸,選用7005C型號的角接觸球軸承。其內(nèi)徑25mm、外徑47mm、寬度12mm。<

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