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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)NGW行星減速器設(shè)計(jì)

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1、1 緒 論行星齒輪減速器與普通定軸減速器相比,具有承載能力大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、起重、冶金、礦山等領(lǐng)域。我國的行星齒輪減速器產(chǎn)品在性能和質(zhì)量方面與發(fā)達(dá)國家存在著較大差距,其中一個(gè)重要原因就是設(shè)計(jì)手段落后,發(fā)達(dá)國家在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上早巳進(jìn)入分析設(shè)計(jì)階段,他們利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,采用機(jī)械CAD系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建模、分析、仿真、干涉檢查等。本文通過對行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),初步計(jì)算出各零件的設(shè)計(jì)尺寸和裝配尺寸,并對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化分析,為行星齒輪減速器產(chǎn)品的開發(fā)和性能評價(jià),實(shí)現(xiàn)行星齒輪減速器規(guī)模

2、化生產(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。本課題設(shè)計(jì)通過對行星齒輪減速器工作狀況和設(shè)計(jì)要求對其結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行分析,得出總體方案.按總體方案對各零部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行分析得出行星齒輪減速器的整體結(jié)構(gòu)尺寸,然后以各個(gè)系統(tǒng)為模塊分別進(jìn)行具體零部件的設(shè)計(jì)校核計(jì)算,得出各零部件的具體尺寸,再重新調(diào)整整體結(jié)構(gòu),不斷反復(fù)計(jì)算從而使減速器的性能主要使壽命和穩(wěn)定性及潤滑情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。2設(shè)計(jì)與校核2.1設(shè)計(jì)參數(shù)輸入功率:P=10KW輸入轉(zhuǎn)速:n1=750r/min;輸出轉(zhuǎn)速:n2=20r/min;中等沖擊;每天連續(xù)工作14小時(shí);使用期限10年。2.2方案設(shè)計(jì)2.2.1傳動(dòng)形式選擇減速器的總傳動(dòng)比i=750/20=37.5,屬于

3、二級NGW型的傳動(dòng)比范圍。擬用兩級太陽輪輸入、行星架輸出的形式串聯(lián),即i1i2=37.5。兩級行星輪數(shù)都選np=3。高速級行星架不加支承,與低速級太陽輪之間用單齒套聯(lián)接,以實(shí)現(xiàn)高速級行星架與低速級太陽輪浮動(dòng)均載。其中高速級行星輪采用球面軸承,機(jī)構(gòu)鎮(zhèn)定。低速級仍為靜不定。其自由度為: 機(jī)構(gòu)的靜定度為:2.2.2齒形及精度設(shè)計(jì)因?qū)儆诘退賯鲃?dòng),采用齒形角an=20o 的直齒輪傳動(dòng)。精度定為6級。為提高承載能力,兩級均采用變位齒輪傳動(dòng),要求外嚙合aac=24o內(nèi)嚙合acb=20o左右。2.2.3齒輪材料及其性能太陽輪和行星輪采用硬齒面,內(nèi)齒輪采用軟齒面,以提高承載能力,減小尺寸。兩級都采用相同的材料搭

4、配,如表2-1疲勞極限Hlim和Flim選取區(qū)域圖的下部數(shù)值。表2-1 齒輪材料及其性能表齒輪材料熱處理HlimFlim加工精度太陽輪20CrMnTi滲碳淬火HRC586214003506級行星輪245內(nèi)齒輪40Cr調(diào)質(zhì)HB2622936502207級2.2.4傳動(dòng)比分配按照高速級和低速級齒面接觸強(qiáng)度相等的原則分配傳動(dòng)比。取=1.2,取n=3,()=()=0.7,Hlim1=Hlim2其余系數(shù)確定如表2-2。則q值為:表2-2 有關(guān)q值的系數(shù)表代號名稱說明取值KA使用系數(shù)中等沖擊,KA1=KA21.25KHP1行星輪間載荷分配系數(shù)行星架浮動(dòng),6級精度1.20KHP2太陽輪浮動(dòng),6級精度1.05

5、KH1綜合系數(shù)np=3,高精度,硬齒面,靜定結(jié)構(gòu)降低取值1.80KH21.80計(jì)算q3值q3=1.143x1.232以此值和傳動(dòng)比得p1=6.6 可知:i1=1+p1=1+6.6=7.6i2=i/i1 =37.5/7.6=4.933 高速級設(shè)計(jì)計(jì)算3.1配齒數(shù)按變位傳動(dòng)要求選配齒數(shù)。從彎曲強(qiáng)度的高可靠性出發(fā),保證必要的工作平穩(wěn)性,取za= 14。按齒面硬度HRC=60,u=zc/zc =(7.6-2)/2=2.8等zamax=18,故 12 za 18,故可用。由傳動(dòng)比條件知,Y=ibaxza=i1za=7.6+14 =106.4 ,為滿足裝備條件取Y=108 計(jì)算內(nèi)齒輪和行星輪齒數(shù):3.2初

6、步計(jì)算齒輪主要參數(shù)(1)按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算太陽輪分度圓直徑太陽輪傳遞的扭矩:取u=40/14=2.86,Ktd=768,則太陽輪分度圓直徑: (2)按彎曲強(qiáng)度初算模數(shù)式中系數(shù)KA、同前,其余系數(shù)如表3-1表3-1 彎曲強(qiáng)度有關(guān)系數(shù)表代號名稱說明取值Ktm算式系數(shù)直齒輪12.1KFp行星輪間載荷分配系數(shù)KFp= 1+ 1.5(KHp - 1)= 1+ 1.5(1.2 - 1)1.3KF綜合系數(shù)高精度,正變位,靜定結(jié)構(gòu)1.6YFa1齒形系數(shù)按x=0查值3.18YFa22.4所以應(yīng)按行星輪計(jì)算模數(shù):若按模數(shù)m=2.5mm,則太陽輪直徑da=zam=14x2.5=35mm,與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果da=37

7、mm接近,故初定按da=35mm,m=2.5mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算。3.3齒輪變位計(jì)算(1)確定行星輪齒數(shù)zc1)由前面配齒數(shù)結(jié)果知:2)初選a-c副的齒高變動(dòng)系數(shù)和xac根據(jù)3)初算a-c副的齒高變動(dòng)系數(shù)根據(jù)初選的,計(jì)算:按B查D:D= 1.894)確定:?。?)a-c齒合副的計(jì)算1)確定中心距a-c和a-b嚙合副和標(biāo)準(zhǔn)中心距:根據(jù)確定的方法,因zc為小于計(jì)算值的圓整值,取= 68.52)中心距分離系數(shù):3)齒高變動(dòng)系數(shù):4)變位系數(shù)和嚙合角在變位范圍內(nèi),在推薦值范圍內(nèi)。5)變位系數(shù)分配根據(jù)齒數(shù)比得:故:(3)變位系數(shù)分配1)中心距分離系數(shù)2)齒頂高變動(dòng)系數(shù)已知得:3)變位系數(shù)故

8、4)嚙合角在推薦范圍內(nèi)。3.4幾何尺寸計(jì)算將分度圓直徑、節(jié)圓直徑和齒頂圓直徑的計(jì)算值列于表3-2。表3-2 齒輪幾何尺寸表齒輪分度圓直徑節(jié)圓直徑齒頂圓直徑說明太陽輪行星輪外嚙合外嚙合削頂內(nèi)嚙合內(nèi)齒輪已考慮了干涉3.5重合度計(jì)算外嚙合:按嚙合角查得,故:3.6 嚙合效率計(jì)算嚙合效率:機(jī)構(gòu)的效率,查得各嚙合副的效率為,轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)效率為:轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比:則: 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)效率為:0.984 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比為:0.9863.7齒輪疲勞強(qiáng)度校核(1)外嚙合1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度各參數(shù)和系數(shù)取值如表3-3表3-3 外嚙合接觸強(qiáng)度有關(guān)參數(shù)和系數(shù)表代號名稱說明 取值使用系數(shù)按中等沖擊查1.25動(dòng)載荷系數(shù)1.01齒向載

9、荷分布系數(shù)1.12節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)2.21彈性系數(shù)查得重合度系數(shù)0.95螺旋角系數(shù)直齒,得1分度圓上的切向力2425N工作寬度25mm齒數(shù)比2.786壽命系數(shù)1潤滑油系數(shù)1.03 續(xù)表3-3代號名稱說明 取值速度系數(shù)查得0.96粗糙度系數(shù)1.01工作硬化系數(shù)兩齒輪均為硬齒面得1尺寸系數(shù)m5mm1最小安全系數(shù)按高可靠度查得1.25接觸應(yīng)力基本值:接觸應(yīng)力:許用接觸應(yīng)力:故,接觸強(qiáng)度通過。2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度各參數(shù)和系數(shù)列于表3-4表3-4 外嚙合齒根彎曲強(qiáng)度有關(guān)參數(shù)和系數(shù)表代號名稱說明取值齒向載荷分布系數(shù)1.08齒間載荷分布系數(shù)1行星輪間再載荷分配系數(shù)1.3YFAC太陽輪齒形系數(shù),查得2.28YFA

10、C1行星輪齒形系數(shù),查得2.14YSAA太陽輪應(yīng)力修正系數(shù)查得1.84YSAC行星輪應(yīng)力修正系數(shù)查得1.86彎曲壽命系數(shù)1試驗(yàn)齒輪應(yīng)力修正系數(shù)查得2YYBTC太陽輪齒根圓角敏感系數(shù)查得0.98YYBTC行星輪齒根圓角敏感系數(shù)查得1.01齒根表面形狀系數(shù),查得1.045最小安全系數(shù)按高可靠度,查得1.6太陽輪彎曲應(yīng)力基本值:彎曲應(yīng)力:許用彎曲應(yīng)力:行星輪:彎曲應(yīng)力基本值:彎曲應(yīng)力:許用彎曲應(yīng)力:故彎曲應(yīng)力大于許用彎曲彎曲應(yīng)力,彎曲強(qiáng)度通過。(2)內(nèi)嚙合1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度其中與外嚙合取值不同的參數(shù)為:接觸應(yīng)力基本值:接觸應(yīng)力:故,接觸強(qiáng)度通過。2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度其中與外嚙合取值不同的參數(shù)為:。

11、彎曲應(yīng)力基本值:許用彎曲應(yīng)力:故,彎曲強(qiáng)度通過。 以上計(jì)算說明齒輪的承載能力足夠。3.8行星輪軸承計(jì)算考慮到采用直齒輪傳動(dòng),以及為了加工和裝配方便,擬用中空式行星輪,內(nèi)孔中裝一個(gè)球面滾子軸承,心軸固定在行星架上。計(jì)算軸承的動(dòng)負(fù)荷,其中系數(shù)確定如表3-5。表3-5 計(jì)算軸承動(dòng)負(fù)荷有關(guān)系數(shù)表代號名稱說明取值負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)中等沖擊,查得1.25齒輪系數(shù)查得1.06安裝部分系數(shù)對稱,查得1工作情況系數(shù)1.325溫度系數(shù)一般低速傳動(dòng)1壽命系數(shù)更換期1.5年,得2.14續(xù)表3-5代號名稱說明取值速度系數(shù),查得0.557行星架傳遞扭矩當(dāng)量載荷5653N選用雙列向心求面滾子軸承3506,軸承額定動(dòng)負(fù)荷為2790

12、0N。軸承符合要求。3.9行星架設(shè)計(jì)計(jì)算采用雙壁整體式行星架,一端有浮動(dòng)內(nèi)齒圈。按經(jīng)驗(yàn)取壁厚C1=C2=0.26a1=18mm。兩壁之間的扇形斷面連接板如圖1,其慣性中心On所在半徑計(jì)算為:此經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬定的行星架尺寸,不必作強(qiáng)度計(jì)算,只計(jì)算其變形即可。連接板相當(dāng)于固連在兩側(cè)伴之間的雙支點(diǎn)梁,在行星輪軸的作用力Fn作用下,連接板和側(cè)板都產(chǎn)生變形。Fn為側(cè)板的內(nèi)力素。因兩側(cè)板近似相等,相對切向變形的柔度計(jì)算各參數(shù)如表3-6。表3-6 柔度計(jì)算各有關(guān)參數(shù)表代號名稱算法及說明取值周圍上的切向力1872N續(xù)表3-6代號名稱算法及說明取值彈性摸量ZG45鑄鋼連接板長度58mm連接板有效長度46.4mm側(cè)板

13、慣性矩35327mm4側(cè)板斷面積1305mm圓盤形側(cè)板形狀系數(shù)1.08連接板慣性矩連接板斷面積1477.5mm2連接板側(cè)板形狀系數(shù),查得1.04連接板形狀系數(shù)凸四邊形1對連接板變形的影響系數(shù)9.12故:兩側(cè)板相對切向位移引起行星輪嚙合面上的輪齒歪斜角為:在NGW型傳動(dòng)中,由于行星架變形而產(chǎn)生的輪齒歪斜角,可以補(bǔ)償太陽輪扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生的沿齒長方向的載荷集中現(xiàn)象。所以的大小以不超過太陽扭轉(zhuǎn)變形引起的輪齒歪斜角為宜。4低速級設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算方法和步驟與高速級相同,在此從略,僅將部分計(jì)算結(jié)果給出。4.1配齒數(shù)4.2中心距 4.3變位計(jì)算結(jié)果外嚙合:內(nèi)嚙合:4.4嚙合效率5均載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算5.1均載機(jī)構(gòu)

14、位移量計(jì)算(1)高速級行星架浮動(dòng)的位移量高速級各構(gòu)件的制造誤差確定如表5-1表5-1 高速級各構(gòu)件的制造誤差表構(gòu)件的誤差名稱代號組 成誤差值太陽輪偏心機(jī)體上軸孔對基準(zhǔn)圓徑向跳動(dòng)公差之半+齒圈徑向跳動(dòng)公差之半22內(nèi)齒輪偏心齒圈徑向跳動(dòng)公差之半16行星輪偏心齒圈徑向跳動(dòng)公差之半8行星輪軸孔切向誤差行星架上行星輪軸孔由于分度不均等引起的切向誤差15行星架行星架中心線與主軸線不同軸度公差10高速級行星架浮動(dòng)的位移量:(2)低速級行星架浮動(dòng)的位移量低速級各構(gòu)件的制造誤差確定如表5-2表5-2 高速級各構(gòu)件的制造誤差表構(gòu)件的誤差名稱代號組成誤差值太陽輪偏心齒圈徑向跳動(dòng)公差之半+太陽輪軸線對主軸線的不同軸度

15、公差22內(nèi)齒輪偏心齒圈徑向跳動(dòng)公差之半16續(xù)表5-2構(gòu)件的誤差名稱代號組成誤差值行星輪偏心齒圈徑向跳動(dòng)公差之半14行星輪軸孔切向誤差行星架上行星輪軸線分度位置等引起的切向位置誤差24行星架機(jī)體上行星架軸孔對基準(zhǔn)圓徑向跳動(dòng)公差之半17.55.2浮動(dòng)聯(lián)軸器傾斜角及主要參數(shù)確定在最嚴(yán)重的情況下,兩級浮動(dòng)構(gòu)件等效誤差的最大值和分布在過主軸線的一個(gè)平面上,且位于主軸線的兩側(cè)。由于低速級行星輪和高速級都用滾動(dòng)軸承,可設(shè)想低速級太陽輪軸線只作范圍內(nèi)的平動(dòng),高速級行星架軸線繞浮動(dòng)聯(lián)接做傾斜運(yùn)動(dòng)的同時(shí),補(bǔ)償和。確定單齒套長度應(yīng)由浮動(dòng)齒中間平面計(jì)算到滾動(dòng)軸承的中間平面,經(jīng)初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取為,則其最大傾斜角應(yīng)為:為提

16、高均載效果,采用的鼓形齒聯(lián)軸器,考慮到加工工藝問題。取。根據(jù)結(jié)構(gòu)取浮動(dòng)聯(lián)軸器分度圓直徑 。5.3聯(lián)軸器幾何計(jì)算取模數(shù)m=2.5mm,齒數(shù)z=24,齒頂高系數(shù),變位系數(shù)x=0.4;采用側(cè)面定心,則幾何尺寸計(jì)算如表5-3.表5-3 聯(lián)軸器幾何計(jì)算表名 稱計(jì) 算 式結(jié) 果嚙合角節(jié)圓直徑62mm齒頂圓直徑66mm58mm齒根圓直徑55.75mm68.25mm鼓形齒刀具位移圓半徑193.085mm切向鼓形半徑422.118mm法向鼓形半徑464.183mm5.4聯(lián)軸器強(qiáng)度驗(yàn)算鼓形聯(lián)軸器的內(nèi)齒套為高速級行星架的一部分,為鑄鋼調(diào)質(zhì),HB250280,;外齒與低速級太陽輪是一個(gè)構(gòu)件。計(jì)算齒面接觸應(yīng)力。各參數(shù)和

17、系數(shù)確定如表5-4。表5-4 聯(lián)軸器強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)和系數(shù)表代號名稱說明取值傳遞扭矩與高速級行星架扭矩同968Nm使用系數(shù)中等沖擊1.25續(xù)表5-4代號名稱說明取值輪齒間載荷分配不均系數(shù)非柔性構(gòu)件浮動(dòng)1輪齒有效接觸高度系數(shù)1.2壽命系數(shù),日工作14時(shí)1.6載荷分布系數(shù)與聯(lián)軸器傾角有關(guān)0.45接觸應(yīng)力符合要求。6潤滑裝置及散熱計(jì)算采用集中潤滑,潤滑站XYZ-63,供油壓力0.4MPa,流量63L/min。連續(xù)工作產(chǎn)生的熱量Q1=3600(1-)P1 =3600x(1-0.98x0.98)x22=3136.32(kJ/h)箱體表面排出的最大熱量Q2max=4.1868hS(Qymax-Q0) =4.1

18、868x35x0.85x(50-20)=3737 Q1(kJ/h)式中傳動(dòng)效率取0.92, P1輸入軸的傳動(dòng)功率,KWh自然通風(fēng)不好的地方h=3138(KJ/h m2h)自然通風(fēng)良好的地方h=5063(KJ/h m2h) S散熱的計(jì)算面積(m2、),Qymax油溫的最大許用值(5060),取50Q0周圍空氣的溫度取,20;環(huán)境30時(shí)Q2max=2491(kJ/h)考慮安全和潤滑充分,故增加潤滑站。結(jié)論論文在查閱大量文獻(xiàn)和分析、計(jì)算的基礎(chǔ)上,取得如下的研究成果:(1)對行星齒輪減速器的現(xiàn)狀和發(fā)展前景進(jìn)行了探討。(2)通過對現(xiàn)有行星齒輪減速器的研究方法進(jìn)行分析,認(rèn)識到國內(nèi)行星齒輪減速器發(fā)展面臨的主

19、要問題以及相應(yīng)的解決方案。(3)通過對行星齒輪傳動(dòng)各部件的設(shè)計(jì),為行星齒輪減速器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。由于研究時(shí)間短及本人設(shè)計(jì)能力有限,行星齒輪減速器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還不完善,主要還存在以下不足:(1)在整機(jī)設(shè)計(jì)中未充分分析齒輪在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動(dòng),希望能在以后的研究中,完善設(shè)計(jì)。 (2)本文僅對行星齒輪減速器的提升裝置進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究,未能在具體樣機(jī)中進(jìn)行設(shè)計(jì)合理性的校核,希望在以后的研究中,通過生產(chǎn)實(shí)踐,完善設(shè)計(jì)存在的缺陷。致謝值此成文之際,首先我要衷心地感謝我的指導(dǎo)教師劉家倫在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間來對我的教育和培養(yǎng)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、兢兢業(yè)業(yè)的工作精神和求精、求實(shí)的科學(xué)研究理念將

20、對我以后獨(dú)立學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生深刻的影響。每當(dāng)遇到困惑和疑難時(shí),在我仿徨、不知所措時(shí),劉老師總能及時(shí)查明我的心態(tài),幫助我克服學(xué)習(xí)和生活中的困難,給予我充分信任、鼓勵(lì)和支持,并為我提供十分寶貴的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。其辛勞和對學(xué)生的良苦栽培無以言表。論文定稿之前的細(xì)致修改無不銘刻著導(dǎo)師為人師表和嘔心瀝血的烙印,而這種治學(xué)精神將成為學(xué)生終身受用不盡,用之不竭的寶貴財(cái)富。謹(jǐn)向老師致以深深的敬意和最誠摯的謝意。感謝多年來培育我的宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院的老師們和關(guān)心我的同學(xué)們。衷心感謝我的父母,感謝他們對我的理解、關(guān)心、照顧和支持,讓我的生活充滿無比的快樂與幸福。最后,感謝那些默默地關(guān)心和支持我而在此無法一一提及的師長、朋友

21、和親友們。參 考 文 獻(xiàn)1漸開線齒輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造編委會(huì)編.漸開線齒輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20022張國瑞,張展.行星傳動(dòng)技術(shù).上海:上海交通大學(xué)出版社,19893彭書志.一種新型行星齒輪減速器的理論研究.光機(jī)電信息,19984張鎖懷,隋鐵成.三軸式內(nèi)齒行星齒輪減速器傳動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)性能的研究.機(jī)械設(shè)計(jì),19955林將,張學(xué)峰.無自轉(zhuǎn)活齒雙擺線行星齒輪減速器.東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版),19956繞振綱.新式3K傳動(dòng)的設(shè)計(jì)理論研究.傳動(dòng)技術(shù)(上海),19937黃曉劍.雙擺線滾子行星傳動(dòng)原理初探.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,19898繞振剛.火炮行星齒輪減速器反求設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì),19929張蕾,盧玉明.高速、中截圓柱齒輪減速器的穩(wěn)健設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì),199910程自彬.NGW行星齒輪減速器的模糊優(yōu)化設(shè)計(jì).湖南大學(xué)學(xué)報(bào),199111熊銀根,淮良貴一齒差擺線針輪行星傳動(dòng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,1989 26

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