薄板切割装置总体方案与结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】_第1页
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买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 1 分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院 毕业设计 (论文 ) 薄板切割装置总体方案与结构设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 2 诚 信 承 诺 我谨在此承诺:本人所写的毕业设计(论文) 系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。 承诺 人(签名): 年 月 日 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 3 摘 要 随着科学技术的发展, 薄板切割装置 设计 的应用也显得越来越频繁,先进 切割 技术的发展总是不断地从新科技的成果中获得新的起点。目前, 薄板切割装置 设计 技术在电子科技、计算机技术及机器人的制造中都起着重要的作用。无论在什么情况下, 薄板切割装置 设计 才能提高焊接的水平和质量。我们只有将数控 切割 机技术和焊接跟踪技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展,因此数控 切割 机的设计对于解决这一难题至关重要。 关键词 : 切割 技术 , 机构设计 , 薄板切割装置 设计 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 4 of of is of is of in At an in of In of We NC in to of so NC is 文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 5 目 录 摘 要 . 录 . 1 章 绪论 . 11 板切割装置设计的研究目的及意义 . 薄板切割装置设计背景 . 薄板切割装置设计简介 . 意义 .究现状及发展趋势 .课题研究的内容及方法 . 12 要的研究内容 . 12 计要求 . 13 键的技术问题 . 13 第 2 章 总体方案机构设计 .计概念 . 14 计原理 . 14 案讨论 . 14 第 3 章 火焰切割机传动装置设计 .旋传动 . 15 珠丝杠副的工作原理及特点 . 15 珠丝杠副的设计 . 16 轨 . 26 向导轨设计 . 26 向导轨设计 . 27 第 4 章 薄板切割机伺服系统设计 .文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 6 控系统控制方式及组成原理 . 28 服电机原理及特点 . 28 服电机的选择 . 29 向伺服电机的选择 . 29 向伺服电机的选择 . 30 直方向伺服电机的选择 . 31 第 5 章 机架设计和调压弹簧压紧机构设计 .架的基本尺寸的确定 . 32 子材料的选择确定 . 32 要支承的强度校核 . 32 压弹簧压紧机构设计 . 33 总结与展望 .考文献 . 谢 .文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 7 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 8 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 9 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 10 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 11 第 1 章 绪论 板切割装置 设计 的研究目的及意义 板切割装置 设计 背景 在现代工业中,生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高,现代化加工车间,常配有自动化生产设备, 用来 提高生产效率,完成工人难以完成的或者危险的工作。 当然,也不排除 的焊接加工过程。我们发现焊接 技术 已经渗透到各个领域并且被广泛使用。 根 据资料显示,我国每年钢铁的产量一般在 3 亿吨左右,其中有一半以上的钢 有用到 焊接 技术 加工。我国每年的焊接设备需求量 金额 超过 50 亿元。 既然 焊 接 机 能够这么普遍地应用在各个领域, 它 肯定具备了很大的市场竞争力。 板切割装置 设计 简介 薄板 /薄板切割装置 设计 采用驱动, 即切割头, 运行稳定,配置好,工作效率 很 高,可 以 用于各种异形碳钢、锰钢、不锈钢等金属材料的大、中、小型钢板下料。还可根据用户 的 要求配置多把割炬。 义 用方管 对焊 的 结构,具有刚性好,精度高,自重轻,惯量小的特点。所有 的 焊接件均 采用 振动时效去应力处理,有效的防止了结构变形; 向驱动:横向导轨 则 采用 了 台湾进口的直线 式 导轨,纵向导轨是由精密加工的特质钢轨制成 的 ,保证了切割机的运行平稳,精度高,且经久耐用,清洁美观; 究现状及发展趋势 激光切割机的切割速度快,精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时,又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展,所以要对激光切割有很高的重视程度,这就将激光切割 机的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入,这就带动了国内企业开发、生产激光切割机。 随着现代化的机械加工业的发展,人们对切割的质量、精度要求的不断提高,并对生产效率的提高、生产成本的降低、高智能化地自动切割的功能要求也在不买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 12 断的提升。数控切割机必须要去适应现代化机械加工发展的要求。 从现在几种通用的数控切割及应用情况来看, 薄板切割装置 的功能及性能已经比较完善了,但是对切割材料有局限性(只能切割碳钢板),其切割速度也慢,生产效率低,适用范围逐渐 在缩小,市场不可能有大的增加。 等离子切割机具有切割范围广(可以切割所有的金属材料),切割速度快,工作效率高等特点,未来的发展方向在于等离子的电源技术的提高、数控系统与离子切割配合的问题,比如电源功率的提升就能切割更厚的板材;完善和提高精细等离子技术也能提高切割速度、切面质量和切割精度;通过完善和提高数控系统来实现对等离子切割效率和切割质量的提升。 激光切割机的切割速度快,精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时,又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技 前沿的发展,所以要对激光切割有很高的重视程度,这就将激光切割机的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入,这就带动了国内企业开发、生产激光切割机。 数控管材切割机适用于各种管材上的切割,如切割圆柱正交、斜交、偏心交等相贯线孔、方孔、椭圆孔,并能在管子的端部切割与之相交的相贯线。这种类型的设备已经广泛运用在金属结构件的生产,电力设备、锅炉业、石油业、化工等部门。它是行业内比较高端的产品之一,此类的设备切割功能可以满足焊接工艺众不同的板材开不同 角度的坡口要求。随着造船业地发展,船厂在国内率先引进和使用数控等离子切割机。随着技术的发展,目前国内外的船厂纷纷配备了具有回转坡口功能的等离子切割机,为了满足其高技术、高附加值船的建造要求。 课题研究的内容及方法 要的研究内容 在查阅了国内外大量的有关 薄板切割装置 设计 设计理论及相关知识的资料和文献基础上,综合考虑焊接 薄板切割装置 设计 结构特点、具体作业任务特点以及焊接 薄板切割装置 设计 的推广应用,分析确定使用三自由度关节型焊接 薄板切割装置 设计 配合生产工序,实现自动化焊接的目的。 为了实现上述 目标,本文拟进行的研究内容如下 : 1 根据现场作业的环境要求和数控锡丝点 薄板切割装置 设计 本身的结构特点,确定数控锡丝点 薄板切割装置 设计 整体设计方案。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 13 2 确定数控锡丝点 薄板切割装置 设计 的性能参数,对初步模型进行静力学分析,根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发,完成数控锡丝点 薄板切割装置 设计 各零部件的结构设计; 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 计要求 1 根据所要实现的功能,提出 薄板切割装置 设计 的整体设计方案 ; 2 完成 薄板切割装置 设计 结构的详细设计 ; 3 通过相关设 计计算,完成电机选型; 4 完成 薄板切割装置 设计 结构的三维造型; 绘 制 薄板切割装置 设计 结构总装配图、主要零件图 。 键的技术问题 1 方案选择 2 整体的支撑架设计(龙门结构及悬臂结构的选择) 3 机构设计 4 强度校核 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 14 第 2 章 总体方案 机构设计 计 概念 整体的支撑架采用龙门结构 在工程中我们常用的整体支撑架结构有龙门结构和悬臂梁。所谓的悬臂梁就是 梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座,另一端为自由端(可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力)。 而 龙门结构通俗地说 就 是 一根横梁连接两个支腿与地面紧固组成的像一个门框一样的结构。因为他是双支撑结构区别于单支撑和悬臂结构,所以结构特别简单。 计原理 数控 薄板切割装置 设计 的设计应满足一下几个条件 首先就是必须 保证工件定位可靠 的可靠性, 为了使工件、 焊枪 与 焊接点 保持准确的相对位置,必须根据要求的 焊接点 , 去选择合适的定位机构 。 再者就是要 有足够的强度和刚度 除了受到工件、工具的重量,还要受到本身的重量,还受到焊接 枪 在运动过程中产生的惯性力和振动的影响,没有足够的强度和刚度 可能会 发生折断或 者 弯曲变形, 所以 对于受力较大的进行 强度、刚度计算 是非常必要的 。 最后要 尽可能 做到具有一定的通用性 如果可以 ,应考虑到产品零件变换 的问题 。为适应不同形状和尺寸的 零件 , 为满足这些要求, 可将制成组合式结构,迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。 X 轴采用丝杠加导轨形式 : 横向 电动机 联轴器 横向 滚珠丝杠(导轨) 向电动机 联轴器 纵向滚珠丝杠 大托板 案讨论 悬臂梁 在工程力学受力分析中,比较典型的简化模型。在实际工程分析中,大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。龙门结构制作方便,承受负载大,结构稳定 ,工程上广泛应用。 考虑到上述问题 该课题的整体结构采用龙门结构。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 15 第 3 章 火焰切割机传动装置设计 薄板 切割机的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属机构包括丝杠螺母副、导轨等。 旋传动 螺旋传动主要是用来将旋转运动变为直线运动,或将直线运动转化为旋转运动。 在经济型数控机床的进给系统中,螺旋传动主要用来实现精密进给运动,并广泛采用滚珠丝杠副传动。 珠丝杠副的工作原理及特点 滚珠 丝杠副的 外形如图 4图 4珠丝杠外形 滚珠丝杠 副传动是 在具有螺旋滚道的丝杠和螺母间放入适当数量的滚珠,这些滚珠作为中间传动件,使螺杆和螺母之间的摩擦由滑动磨擦变为滚动磨擦的一种传动装置,其内部结构如 4螺杆转动螺母移动时,滚珠则沿螺杆螺旋轨道面滚动,在螺杆上滚动数圈后滚珠从滚道的一端滚出并沿反向器返回另一端重新进入轨道,从而构成闭合回路。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 3珠丝杠内部结构 滚珠丝杠具有 如下特点: 1) 传动效率高。滚珠 丝杠副的传动效率高达 92% 对机械小型化,减少启动的震动和滞后时间以及节约能源等方面,都有重要的意义 。 2) 运动平稳 。 滚珠丝杠 副在工作过程中摩擦阻力小,灵敏度高,故运动平稳 , 启动无颤动,低速时无爬行现象 。 3) 传动具有可逆性 。 4) 可以预紧 。 通过对螺母施加预紧能消除滚珠丝杠副的间隙,提高轴向接触刚度,但摩擦力矩不增大 。 5) 定位精度和重定位精度高。 6) 同步性好。 7) 使用寿命长,使用可靠,润滑简单,维修方便。 珠丝杠副的设计 1横向滚珠丝杠的传动计算 丝杠载荷: 向摩擦力: 000470N 电机转速(最大): 500r/ 丝杠最大转速(快移): n=150r/ 丝杠导程:工作台最大工作速度 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 17 s100060mm/0 当量转速 : nm=n100+n200=100r/ 当量负荷 : (n1100n2 横向负荷 : 470N 6 初选 滚珠丝杠 a 要求寿命 00(日) 8( h) 机率) 10( a) =14400h 取15000h 由手册查得: b 综合系数: f=111得: 1, 1 , 1 (丝杠精度 1靠性 96%)1.3 c 计算动载荷: 横向动负荷: 470/(21955N 滚珠丝杠副的型号:经查手册选用 内循环浮动返向器螺母垫片预紧滚珠丝杠副,型号为:横向为 定负荷 23700N21955N。 预紧力横向为 F=3700N=6425=1470/3=490N,符合要求 。 丝杠螺纹部分长度: 工作台最大行程 +螺母长度 +两端余程 横向: 1000+60+100=1160( 支撑距离 支撑距离 u, 横向支撑距离: L=1300 临界转速 查手册 得: 9900中 : a 丝杠底径: 横向丝杠底径: 3.9 b 支撑方式系数查得 端固定) 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 18 c 临界转速计算长度 螺母长度 /2+工作台最大行程 +余程 +(支撑长度 : 190/2+1000+100+( 1300: 99001500r/ 符合要求 压杆稳定校核 两端固定支撑,丝杠受压缩,因而不必校核稳定性 。 预拉伸计算 a 温升引起的伸长量:设温升为 式 t =则 : 横向伸长量: 1110b 丝杠全伸长量: 向伸长量: tz(z)= 1110c. 预紧力:按拉伸公式 tu 横向预拉力: 10( /4) 0 025352 2 11011/1 352=1567N 轴承的选择 a. 轴承的型号选择 Y 方向轴承型号为 7602020要尺寸参数:由表 2 8I)查得: 0D=42z=15=14C=19600N,预紧力 300N b. 预紧力的确定 300N y)=y)/2=3782+=4186N 由于 y)/3=4186/3=1395N 符合要求 c. 疲劳寿命计算额定动负荷 由轴承动负荷计算公式校核: C=n 进给方向是可变的,负荷可能是( m/2)和( ) 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 19 两者机会均等,取平均值。 由表 I)查得: 500h,则 定动负荷: 782/837843911N 预紧力纵向为 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 21 8200N=12050=2940/3=980N 符合要求 。 丝杠螺纹部分长度: 工作台最大行程 +螺母长度 +两端余程 纵 向: 2000+100+100=2200( 支撑距离 支撑距离 L 应大于 向支撑距离: 300 临界转速 查手册得: 9900 中 a 丝杠底径: 纵向丝杠底径: 5=36b 支撑方式系数查得 端固定) c 临界转速计算长度 螺母长度 /2+工作台最大行程 +余程 +(支撑长度 : 193/2+2000+100+( 2300: 99001500 r/ 符合要求 压杆稳定校核 两端固定支撑,丝杠受压缩,因而不必校核稳定性 。 预拉伸计算 a 温升引起的伸长量:设温升为 式 t = 则 : 纵向伸长量: 1110b. 丝 杠 全 伸 长 量 : 向 伸 长 量 : 1110c. 预紧力:按拉伸公 式 tu 纵向预拉力: 10( /4) 0 0362 2 11011/1 352=3160N 轴承的选择 a. 轴承的型号选择 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 22 602030要尺寸参数:由表 I)查得: 0D=62mm b. 预紧力的确定 300N x)=x)/2=4721+1250/2=5346N 由于 x)/3=5346/3=1782N 符合要求 c. 疲劳寿命计算额定动负荷 由轴承动负荷计算公式校核: C=n 进给方向是可变的,负荷可能是( m/2)和( ) 两者机会均等,取平均值。 由表 I)查得: 500h,则 定动负荷: 721/2941 预紧力 590N=合要求。 丝杠螺纹部分长度: 工作台最大行程 +螺母长度 +两端余程 200+240+100=380( 支撑距离 支撑距离 u 500临界转速 按式 I): 990099009653r/a. 丝杠底径: b. 支撑方式系数 由表 I)查得 端固定) c. 临界转速计算长度 螺母长度 /2+工作台最大行程 +余程 +(支撑长度 : 100/2+200+40+( 500 符合要求 压杆稳定校核 两端固定支撑,丝杠受压缩,因而不必校核稳定性。 预拉伸计算 a. 温升引起的伸长量:设温升为 式 I) t = 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 25 Z 方向伸长量: 11103m b. 丝杠全伸长量: 方向伸长量: tz(z)= 11109m c. 预紧力:按拉伸公式 tu Z 方向预拉力: 10( /4) 2 11011/0 5=4436N 轴承的选择 a. 轴承的型号选择 Z 方向轴承型号为 7603020要尺寸参数:由表 2 8I)查得: 0D=42z=15=14 144C=24500N,预紧力 900N,平键 9 5520 b. 预紧力的确定 900N Z 方向轴承的最大轴向载 荷为: z)=z)/2=4436+=4473N 由于 z)/3=4436/3=1491N 符合要求 c. 疲劳寿命计算额定动负荷 由轴承动负荷计算公式校核: C=n 进给方向是可变的,负荷可能是( m/2)和( ) 两者机会均等,取平均值。 由表 I)查得: 500h,则 定动负荷: 436/1556NC 满足寿命要求。 定位精度校核 a. 丝杠在拉压载荷下的最大弹性位移:由式 2 8I)得: s l106/4 方向 3 50 510/4(/4) 0 016422 11011=0 2m b. 丝杠与螺母间的接触变形 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 26 c=F/所给资料( 839N/m 636N/m Z 方向: z/36=c. 轴 承的接触变形 接触球轴承的轴向刚度可用式 I)估算: 3.6 Z 方向 : 152 29001/3=,轴承的接触变形为: d. 丝杠系统的总位移 =C+B Z 方向位移: Z=C+B=e. 定位精度 生在螺母属于丝杠中部 处, 以,以上求得的位移均为: /650表 I)与表 I),取丝杠精度等级为一级,任意 300行程公差为: 6 轨 导轨设计的基本要求是:导向精度高、刚度大、耐磨、运动灵活和平稳。 向导轨设计 导轨的作用是导向和承受载荷,为保证导轨副的导向精度、 精度保持性、低速运动平稳性和结构工艺性等要求,该机床的导轨在纵向由于承受工件及工作台的重量,且重量很大故选择了燕尾槽滑动导轨 。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 27 向导轨设计 横梁将影 响其上的导轨等工作部件的相对位置及相对运动的准确性,从而影响加工误差 。 因而,横梁必须满足制造与安装精度高,刚度、强度高,抗振性、热变性能力与耐磨性好及其它要求(结构工艺性、经济性及美观性等) 。 由于横梁的负载不大,所以 横向和垂直方向则选择了经参考 合肥 力宇数控 设备制造有限责任公司 生产的专利导轨产品力远 列数控坐标滑台结合 薄板切割机的实际情况经改进设计出专用导轨 。 初步估计其尺寸设计为外宽度 B=100宽度 b=91高度 H=50高度 h=38 : 材料的抗弯截面系数 w=( /6=19766( 横截面面积约为 542( 横梁的惯性矩 I 为 I=( /12=梁的校核 查资料得,材料的极限强度为 441全系数 n=2 5,许用应力 =梁的许用挠度 过计算的横梁的最大弯矩M=: 最大应力 =M/W=大应力小于许用应力,所设计的横梁满足抗弯曲应力。 此道轨的工作原理, 这种导 轨通过上导轨的两个相对小轮紧扣下导轨的圆柱体起紧固上导轨的作用同时还有保持其运行稳定性及运行精度,同时两个小轮在圆柱体在滚动将平面运动转换成滚动摩擦作用在丝杠副的作用将电机的转动转化成导轨的运动 从而实现横向和垂直的运动 。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 28 第 4 章 薄板 切割机伺服系统设计 控系统控制方式及组成原理 该机床伺服系统采用驱动装置为 伺服电机 的开环伺服系统,下图所示为数控机床中较为简单的开环控制系统,数控装置发出的信号的流程是单向的,因此,不存在稳定性问题。也正是由于信号流程单向,它对机床移动部件的实际位置不检测 ,其加工精度不高,精度主要取决于伺服系统的性能。 在开环控制系统中,输入装置把输入信号给数控装置,经数控装置运算后分配出指令脉冲,通过 伺服电机 驱动工作台移动。 服电机 原理及特点 伺服电机 是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件 , 它实际上是一种单相或多相同步电动机 。 单相 伺服 电动机有单路电脉冲驱动 , 输出功率一般很小 , 其用途为微小功率驱动 。 多相 伺服 电动机有多相方波脉冲驱动 , 用途很广 。 使用多相 伺服 电动机时 , 单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号 , 在经功率放大后分别送入 伺服 电动机各项 绕组 。 每输入一个脉冲到脉冲分配器 , 电动机各相的通电状态就发生变化 , 转子会 转过一定的角度 (称为步距角 )。 正常情况下 , 伺服电机 转过的总角度和输入的脉冲数成正比 , 连续输入一定频率的脉冲时 , 电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系 , 不受电压波动和负载变化的影响 。 由于 伺服 电动机能直接接收数字量的输入 , 所以特别适合于微机控制 。 现以反应式三相 伺服电机 为例说明其工作原理 。 定子铁心上有六个形状相同的大齿 , 相邻两个大齿之间的夹角为 60 度 。 每个大齿上都套有一个线圈 , 径向相对的两个线圈串联起来成为一项绕组 。 各个大齿的内 表面上又有若干个均匀分布的小齿 。 转子是一个圆柱形铁心 , 外表面上圆周方向均匀的布满了小齿 。 转子小齿的齿距是和定子相同的 。 设计时应使转子齿数能被二整除 。 但某一相绕组通电 , 而转子可自由旋转时 , 该相两个大齿下的各个小齿将吸引相近的转子小齿 ,使电动机转动到转子小齿与该相定子小齿对齐的位置 , 而其它两相的各个大齿下的小齿定 和转子的小齿分别错开正负 1/3的齿距 , 形成 齿错位 , 从而形成电磁引力使 电动机连续的转动下去 。 伺服电机 有很多类型。按其工作原理,可分为反应式,永磁式永磁感应式、买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 29 机械谐波式、电磁谐波式等。按励磁相数,有 3相、 4相, 5相、 6相甚至 8相。按其功率,可分为快速 伺服电机 和功率 伺服电机 。在数控机床中,目前广泛采用的是反应式 伺服 电动机。所以在本次设计中,采用反应式 伺服 电动机。 服电机 的选择 向 伺服电机 的选择 根据火焰切割机负载的特点,由于在切割时横向只有横梁、钻头和电机的重量,不承受切削力,仅需要较小的输出转矩 。 横向 伺服 电动机的选择: 加工精度确定脉冲当量以及步距角 由任务书知:脉冲当量 =0 01取步距角 =1 5 的三相 伺服电机 。 伺服 电动机转轴上的启动力矩的计算 用公式 6G+/2 因此工作台运行过程中不进行切削,故运动方向的切削抗力为: ,垂直方向的切削抗力为: ,工作台重量(包括夹具在内)为: G=8280N,摩擦系数 =0 06(滑动导轨),总机械效率 =0 85,则 360 020+0 06( 8280+0) /20 750 85=89 30( N 由表 3 866 伺服电机 最大静转矩为: 866=103 12( N 电机的选择与校核 000=10000 025/0 0

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