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BWD型摆线针轮减速器设计及虚拟装配研究【说明书+CAD+PROE】

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195 BWD型摆线针轮减速器设计及虚拟装配研究【说明书+CAD+PROE】
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内容简介:
机械系统与信号处理 25( 2011) 485评 滚动轴承诊断教程 亚切克 要巴尼克, 杰罗姆安东尼 , 托马斯 巴斯塞克斯 阿格科技大学,波兰, 30w 振动和声学实验室,里昂 里昂大学,法国维勒班 章历史 : 2011 年 3 月 7 日在收到经修订的形式 2011 年 11 月 29 日接受 2011 年 12 月 旋转机械振动信号产生调制携带了大量的有关健康状况的有用信息。本文提出了一种技术检测调制,调制强度分布( 这可能被视为谱相关密度的推广。它适用于大多数常见的类型,感谢机械系统中的调制到一个开放的 模块可以根据相应的用户。这将导致特定版本的 于 ,谱相关或峭度,适用于检测或离散或随机载波振幅调制。算法计算的 述和模拟信号和实验测试振动。 滚动轴承的诊断工具证明是一个窄带包络分析的自然延伸。 2012 年爱思唯尔有限公司保留所有权利。 关键词: 调制强度分布 谱相关循环平稳调制 目录 1 简介 486 承诊断的历史很短 488 2 轴承故障模式和循环平 稳 489 地化故障 498 展剥落 490 3 轴承离散频率噪声信号分离 491 性预测 493 适应噪声抵消 493 适应噪声消除 495 散 /随机分离( 496 间同步( 平均 497 4 加强轴承的信号 498 小熵反褶积 499 峭度和的 库尔直方图 501 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 谱峭度的定义和计算 501 为 一个过滤器使用的 502 尔直方图 503 速 库尔直方图 504 波变换去噪处理 505 5 包络分析 506 6 一个半自动化的轴承诊断程序 508 历 1 直升机变速箱 509 历 2 高速轴承 511 历 3 雷达塔轴承 512 附录 A 循环平稳,谱相关 514 谱相关 515 相关和包络谱 516 格纳谱 517 附录 B 订 单跟踪 518 参考文献 519 机械系统所产生的振动信号处理已连续多年被内执行两个基本组的方法。第一组的包 括 ,其中大部分当作定期调查信号的频率分析。这方法产生了良好的效果,并已在数以千计的使用,如果不是数百万 世界各地的应用。第二组 明确认为随机 1,2的研究信号。这也是一个非常富有成效的做法,因为机器显示在许多方面固有的随机行为。一是必须申请随机序列分析的方法,甚至简 单地比较两个振动信号的记录后,对方只需几秒钟。近年来也有研究的一个新领域 循环平稳 3其能量流 6,表现出一些隐藏的周期性信号。这种现象的原因是因为许多机械系统 - 例如,往复机制,齿轮,风扇,电马达等 - 维持其组成部分的周期运动,这反过来,定期调整的振动或噪音辐射。 对基于调制考试的振动分析是旋转机械的知名和流行的做法诊断。它已被证明,这是合适的组件,如:滚动元件轴承 7以及齿轮箱 8。在相对简单的情况下,使用类似的视觉的基本方法,可以检测存在故障调制考试时间信号,其功率谱密度 93。可以研究更复杂的信号使用联合时间频率或时间尺度分析 10。虽然所需的故障检测是可行的,识别是更难执行,这使得该方法的不足,尤其是在现实生活中的工业应用 调制脉冲的能量是比较低的,包络分析似乎是一个合适的工具,寻找特征成分 11。然而,定期正确识别调制元件,循环平稳的做法似乎是最有前途的 12。这是特别有用。分析信号中包含了各种不同的组件时, 13,这是典型的复杂的机械。 循环平稳分析的一个重要特点是能够揭示在目前的调制振动信号 2,4,6,10。这些信息是有价值的 ,有以下几个原因。首先,调制频率(通常记为循环频率),指向断层签名,在一般情况下的一个错误的轴承套圈。二, 载波频率取决于结构或换句话说源和传感器之间的传输路径 7,8,12,13。此信息可用于结构故障检测。还有一个有趣的问题,即不同的故障转移路径不尽相同,如果是这样,那么如何呢?对这个问题的答案可能是调查揭示循环频率和载波频率之间的依赖关系。这样做的主要目标本文是提出了提交本信息的方法,作者创造调制强度分布( 机械系统与信号处理 25( 2011) 485图。 有很多是现实生活的例子,其中的诊断检测和分析的结构为基础调制。在真正的机器,这 种调制的数量可以是非常高的,因为每个轴承组件可以是一个调制源。其中一些将有不同的传输路径。此外,高噪音水平作出 这 分析甚至难以执行。然而,如果我们知道现有的调制有关的信息,我们可以直接找到识别机械故障产生。监测的 图可以是一个非常成功的诊断工具,它甚至可以使用的情况下,很少有关于知识的特征频率(虽然在这样一个案件的方法只能检测出故障)。如果本机的设计被称为先验特征频率是已知的增加在一定面积的 以快速链接到一个特定的故障。 建议的方法依赖于“穷举搜索”,因为它的计算能力了更多的需求,比上该算法。一个特殊的过滤器,它扫过的循环频率 a 和载波频率 f 的空间。单一被解释为“调制的力量”( A, F)对 地图点。有几个可能的方法定义这样一个调制强度因子。特别强调,提出并讨论了其中的几个,两个他们。第一个是基于谱相关和包络谱峭度的第二个滤波后的信号。其实,它表明,在一些假设,建议 回类似地图谱相关密度,3中提出的。 纸张组织如下:首先,介绍了两种类型的调制,对不同类型的载体。当是离散的载波频率,调制被称为一阶调制。当它是随机的,作为二阶调制。本文介绍了从数学的角度来看,这两种类型,并显示差异在相应 的信号处理。在 中的算法解释上离散承运人的情况下。那么它是表明,该技术适用于随机载波的情况下保持不变。在 调制强度指标进行了讨论。谱相关密度( 关系 - 这恰好是特殊情况中期 - 建立。最后,第 4 节对实际信号的应用实例。 建议纸的创意,是在一个新的调制检测技术在信号的建议, 制光强分布)。该技术是对 推广,并能提供额外的洞察力表现在机器故障签名(不同的故障组件可能有不同的传递函数,结果)在激动人心的不同共振。结果清楚地绘制上 2D 规模。 2。机械系统中的调制类型 在 信号处理的调制类型有一个大的品种。然而,由于振动的性质主要是旋转或往复式机器 - 机械系统生成的,它是合理的限制数量最常见的调制类型。因此,为进一步的考虑,建议先区分二阶调制。 先 调制 一个典型的周期性调幅频率成分可以描述为: 其中 波信号 是 直流分量调制。这种与它的光谱信号的例子说明图。 1a。 这样一个信号频谱包含两个边带 有一个离散的载波频率 是一个调幅,从电信领域知名的典型案例。另一个是常见的例子信号 类型的振动是由变速箱产生了良好的条件,经营固定负载下,其中面向网载波频率调制的频率可以被视为由轴旋转的频率。因为有只有一个离散的载波频率,组件是一阶循环平稳型和调制简称为“一阶调制”。 振幅 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 1。不同类型的调制和其相应的傅立叶光谱:(一)正弦波另一个正弦(离散频率的载波)调制 ;(二)由正弦调制指数脉冲周期(离散频率的载波)的列车 ;(三)窄带随机载波频率调制列车定期指数脉冲(窄带高频载波)和( D)白噪声的正弦曲线(宽带高频载波) 另一种类型的调制,通常发生在是定期间隔的脉冲调制。机械激励可 以代表这样的类型,是典型的滚动元件轴承故障。何时滚动体的滚动本地化故障轴承的比赛,他们产生的影响,激发共振频率的结构。如果假定载波信号只包含一个离散频率产生的信号产生方式可以表述为 机械系统与信号处理 25( 2011) 485中 B( t)是一个周期性的调幅信号(图 1b)。 二阶调制 然而,在损坏轴承的情况下,相应的信号肯定包含几个离散的载波频率, 由于多个固有频率的激发 3。事实上,在这种情况下,载波信号覆盖的频带 甚至几个频段。兴奋的故障轴承的共振,产生冲动,是依赖于信号传输路径,这是由多种因素如形成:脉冲源和传感器之间的距 离,年轻的模量,阻尼因子的结构,因此,真正的故障轴承振动造成更实事求是地描述之间的激励信号和传感器的传递函数的卷积。也就是说,在频域传递函数 P( F),乙( F)的傅立叶变换瞬态激振力, 1/( F)狄拉克脉冲周期为 1/ T 从图可能不是很不同所产生的时间信号。 1B,但其频谱将证据模糊谱线由于多重运载,这可能会导致在重大困难 解释(图 1c)。 最后一种情况下,将要讨论的是频率调制,这是不离散。这是一个很常见的情况实行结构共振,形成一个统一体,而不是一组离散的频率其实。在这种情况下,在第二种情况下,频谱是远远 不同,但类似的波形。人们还应该提到在调制过程中可以得到类似的频谱,调制脉冲时不均匀分布,但有一个小的抖动 9。然而,这是一个不同的现象,并不会被调查本文。 解决上述的例子描述了一个本地化的轴承故障。但是,延长的特征成分在滚动元件轴承的故障,也可以是在目前测得的振动信号。据文献。 7,9,振动产生这种情况下,可以模拟一个周期函数的一个带限噪声调制,这主要反映了旋转的承载区和出故障(图1d)。 故障轴承产生的信号是二阶循环平稳的典型例子,因此,调制非离散的载波频率将被称为“二阶调制”。 3。调制强度分布 的提案 在本节中,原来的算法,介绍了恢复的有关资料,以第一和第二阶在信号的调制。 先 调制 正如上述审查,一阶调制在频域表示载波频率组件傩,其中 O 是调制中心频率的对称边带分离频率, n 是谐波分量的数量。共同为机械振动,它是为数不多的一次谐波组件包含最所选组件的能量。来提取调制信号的载波频率谐波成分的有关信息,先过滤连同其相应的边带。这种“边过滤器”,可以用两个变量描述: F 和,其中 f 滤波器的中心频率和单边带频率。由于拟议的过滤器是非常有选择性的频域,重要的是要定义另一个变量的 说明其带宽。在这种 方式过滤包含一个时间信号(在理想的情况下)只有指定的组件,没有额外的信号和高度降低了噪音水平。它可以理解为一套三要素 T, F) X( T)在一个狭窄的频率波段过滤版本 F 2, F 2。三集对称滤波的波段是一个有用的工具,用于检测存在的一阶 议过滤器的一个重要特征是有足够的选择性,所以不需要的组件正确地过滤掉从信号。然而,在实际应用中是有选择性的限制,由于 数。如果一个值比 ,它会导致过滤不当的形状和重叠的部分频段产生的三个对称分量。因此,正确的假设 是 机械系统与信号处理 25( 2011) 485极限情况下,当 ,带过滤器成为一个常规的带通滤波器。此外,自拟方法不遭受的不确定性原理 3, 数可能是比较小的,是独立信号的频率内容。 (图 2) 为了 不 盲目检测的 F 值和 1“带过滤器”,作者提出了一个应用程序“穷举搜索”算法,即试图 f 的所有可能的组合和频率的组合。主该方法的原理是对称边带过滤的概念。关于进一步统计业务导致三个过滤组件设置取决于提取调制模式的相关性。图 3 列出了提出的方法与选定的统计功能,开放功能模块图,而作者建议参考调制强度因子。这样的功能,必须转变三个过滤信号第十一集 作者故意没有提及实际滤波器的实现方法,为了不混淆读者。然而,在实践中三频段应分别以创建“带过滤器”输出筛选。它建议使用基于 滤波器方法简化和加快计算 图 2。例如建议“带过滤器”的高频增益。 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 3。调制强度分布( 地图计算的算法。 成一个单一的值。在最后的程序,结果选定的调制强度分布的完整地图 F 和一个域的频率范围。 可以注意到,因为对称的过滤取决于三个参数,有一个最小之间的依赖 和最大 F 和一个连同 和 其中 f s 是分析信号的采样频率。 如前所述,第一阶调 制的特点是由离散的载波频率与分立,锋利的边带。因此,大部分的能量可能集中在三个频率线。正因为如此,产品的根平均平方值的每个过滤频段的选择相关的指标作为一阶调制( 8)。表示用来计算调制强度的操作类型,建议使用符号的 建议估计达到最高值,只有当所有的三个组成部分含有谐波信号。在案件时,其中至少有一个具有能量的噪音水平接近,估计值也小。 (图 4) 该方法只有 3 波频率由调制组成的模拟信号测试 150 赫兹正弦波偏移。增加了额外的白噪声可以忽略不计能源,以防止零值傅立叶频谱。 图 5 礼 物作为调制强度分布灰度位图,其中横轴代表分析载波频率范围和垂直轴的调制频率。 计算 图返回在 3 制载波频率和 150 最高值 频率。此外,低附加价值点可以看出对称在 2850 赫兹和 3150 赫兹。这种现象发生时,两三个分离过滤器带达到频段包含谐波成分。图 6 说明了情况,对称干扰时,体现自己调制强度分布。 正如图所示。 6 时,左侧的过滤器窗口覆盖的频段,其中包含不带,中间窗口达到了载波分量,本来应符合在右侧窗口的左侧边。因此, 产品单独计算每个窄带滤波后的信号,迫使以双“和”逻辑条件打开任何重大的成果。请注意,这样的结果时,会出现有一些非零噪声信号,在实践中是很常见的。 它可能看起来 地图包含标准的傅立叶频谱相同的信息。然而,当分析信号包含多个通常混合调制与其他谐波成分,视觉检查频谱未必对所有运营商共同的调制信号的识别准确。这种情况往往发生在多级齿轮箱所产生的振动信号,在每个阶段产生自己的信号特征 组件,比如由于啮合过程和轴不平衡。 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 4。实验所用的模拟信号 图 5。 地图显示,在 150 赫兹第一阶调制(频率)和 3 波(频率 f)。 图 6。不需要对称的过滤器的位置。 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 7。宽带运营商通过定期的冲动与随机变化的幅度调制 阶调制 也适合分析二阶调制的调制强度分布。为了检测这些,在开放的功能模块,二阶统计操作应作为调制强度因子算法。使用已知的属性 5,由间隔的频率组件应该返回非零只要是调制频率的相关性,这似乎是一个可行的统计结合的 用。号可以找到更多关于这个属性。 3。在这种情况下,符号的 谱相关性的产品 被使用。 / T, F)式定义。 ( 10)。调制强度将达到高值时,都对组件 T; ; T, F) 和 镁 T, F) ; T; f) 将返回非零的相关性,这是签名二阶调制。 这里说明了这个定义的有效性上的带限噪声组成的模拟信号同样间隔的指数衰减,如图所示的脉冲调制。 7。 模拟信号被设计成类似于由滚动轴承外圈产生振动本地故障。激发脉冲的重复率是80 赫兹,振幅随机调制。承运人信号是平稳高斯分布在 4 千赫。为了实现明确的结果没有脉冲间隔抖动或增加了额外的噪声。 图 8 显示中所描述的情况下地图。由 80 赫兹间距的水平线代表的重复率激发冲动。可以注意到,完美的方法检测二阶调制频率分量连同及其谐波,由于承运人的随机性质的标准频谱分析会失败信号。检测出的调制元件周围的 4 载波频率最强的幅度。然而,清楚地认识到周围其他频率的调制是可能的。此外,本底水平显着提高载波频率范围。 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 8。模拟信号的 地图。线平行于 X 轴代表的前四个谐波成分调制二阶由大约 4 千赫的宽带噪声。 为 特定情况下的谱 相关密度 在上述特定情况下,中期,实际上显示了谱相关密度的封闭环节定义为 然而,在返回的谱相关密度只有两个频率间隔组件之间的关系由该方法在三个不同频段,应更致力于检测感兴趣的调制模式。事实上,考虑的谱相关密度是一个事实,即两个频谱分量,其中一个可考虑作为载波频率 2 和其他相关调制边带之一一 A / 2,中期可描述如下: 现在很清楚,执行 2 和 F 频率计算的光谱相关的产品呢? a / 2 的结果调制一个固定带宽 度分布 的优势,从三个光谱成分调制检测证明方程( 11)( ),其中两个光谱相 关产品被用作调制强度因子。通过使用两个值,而不是总和的产品,所以代替或逻辑条件,它允许以避免误导性分析结果中可能出现的情况下,像一个显示图。 6。因此,笔者想提出的 其中,力晶代表两个调制强度因子谱相关的产品。这种做法可能返回只有当载波频率信号不存在误导的结果。但是,它是作者的信念,在实际上,这种情况是没有问题的,因为大部分旋转机械载体所产生的振动信号两个第一(如齿轮)和第二(例如滚动元件轴承)为了调制信号。 在 一些实际应用中的振动信号作为调制强度因子谱相关可能没有足够的效率,由于 大的差异,在不同频段的信号能量。在这种情况下 地图的解释可能更有效的调制强度的措施时,只有 0 和 1 之间变化。为了这个目的,建议 可以很容易地扩展到利用光谱一致性调制强度因子 机械系统与信号处理 25( 2011) 485成的 期,选择调制强度的因素是载波频率 f 和调制频率的功能。然而,在某些特定情况下,用户可能不会有兴趣在寻找特定的载波频率范围,但只在评估的一般影响被测信号的具体调制组件。此外,三维陈述可能引起解释的一些重大困难和自动决定在工业状态监测系统。 基于这句话,它可能会更方便代表的 不是作为一个 图像,但作为一个函数调制频率后,通过选择频段的集成。这种表示将揭示造成个别来源和总的调制强度的信息将被称为的 在集成的 图 9 集成了载波频率。 整合选定的载波频段结果 从 波频率范围计算所选择的统计值。例如,让我们考虑再例如,第 。 显示图。 8 所示,在一个狭窄的频率波段强调制大约 350 千赫。从3 5 载波频率范围高达 400 调制分析频率。可以看到所有四个谐波调制组件。在这种情况下被用作谱相关调制强度因子 由于这种情况相对简单,被 测信号只包含一个调制组件结果集成了载波频率应给予有关隐藏周期性的明确信息。上图所示的结果。 9 说明二阶调制措施 - 循环频率的函数 - 即对循环平稳。 值得一提的,在特定情况下的调制强度因子是根均方根滤波后的信号,在 映二阶组件的总能量,在选定的频段,目前在分析信号 制包络谱峭强度因子 如前面提到的各种统计可以用于调制强度指标。但是,只统计考虑到目前为止过滤的时间信号业务 14这是笔者的建议计算直接在频域调制的水平。类似的想法 17提出,它是用于检测在工具调制。 一般 原则,假定每个过滤后产生的信号将只包含一个载频一起先左,右边。机械系统与信号处理 25( 2011) 485此,信封过滤信号的傅立叶频谱将包含只有一个峰值对应的调制频率。此峰的幅度将是平等的调制组件的能量。它是那么明显,更强大和更清晰的高峰期,较高的调制。作为一个结果,可以作为过滤信号的包络谱峭度指标调制强度 拟议的指标将被记为 形容为 图 10 显示的 算上的第 的信号。之间的比率定义为信号噪声比纯循环平稳分量和噪声分量的功率的功率为 10A 显示由图 而提出的国际管理发展研究所( 返回结果。 10B 提出的 输出 ( 结果很明显,较中旬( 准确。背景水平相对高峰表示的调制更加模糊。然而,相同的算法应用于信号信噪比约 示显着的优势。正如图。 11,算法是无法检测到隐藏周期性,而 然设法指出信号中的调制。 图 10。 计算公式为:(一)与包络谱峭度调制强度因子( 及( b)谱相关的 制强度因子( ) 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 11。 为:(一)(二)( 。非 常低信噪比的信号进行分析。 图 12。在实验中使用的试验台。 由于高噪音水平的 着的随机性干扰。然而,图。 11B 包含明确二阶调制的指标。第一次和二次谐波调制信号明显辨认。 ( 法是有用的检测第一和第二阶的调制。相比的 面介绍它的特点是在相对较低的频率选择性。然而,其探测能力循环平稳信号包含随机噪声水平高是显着。 机械系统与信号处理 25( 2011) 485于高噪音水平的 着的随机性干扰。然而,图。 11B 包含明确二阶调制的指标。第一次和二次谐波调制信号明显辨认。 方法是有用的检测第一和第二阶的调制 。相比的 面介绍它的特点是在相对较低的频率选择性。然而,其探测能力循环平稳信号包含随机噪声水平高是显着。 图 13。在实验中使用:(一)第一阶段的故障和(二)昨(四)故障阶段的轴承损坏 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 14。 算故障发展的每个阶段的信号:(一)无过错 ;(二)最小的故障及( e)最大的故障。 4。实验室实验 首次测试实验室测试台 滚动轴承故障检测的效率。图 12 列出实验中所用的试验台。 该实验的目的是衡量轴承故障发展的五个阶段所产生的振动。一个额外的测量是为了保存完好轴承试验台的信号 。的位置传感器的距离内被特意选择与意图从一个错误的轴承来延长传输为了激发更多的共振频率,在故障签名的源和传感器之间的路径结构。 在试验台上的滚动元件轴承 中之一是故意损坏的测试。另一种是留在其原始状态。缺陷有一个本地化的字符,它是介绍了钻轴承外圈沟。最大的树林的宽度和深度约 1 毫米,其他尺寸按比例递减,虽然这是不可能的作者来衡量,它准确地在测试。图 13A 显示,在比赛的第一阶段和图缺陷。 13B 的最后阶段。特征机械系统与信号处理 25( 2011) 485率的外比赛缺陷轴的转速,这是 流电机的转速约为 (齿轮比为 在实验过程中,发动机不断加载由电力生产 瓦的发电机。 “转速设置为 45赫兹的恒定值。对于每个故障级别, 10 个信号 S 被记录在 25 地图,计算从 1 12 频率范围。最高频率成立 300 赫兹(外圈故障特征频率为 83 赫兹)和 数设置为 10 赫兹。作为一个调制的强度因子的衡量信封频谱的峰度,即 下一步,结果与 将提交进行比较。 图 14,从完好无损轴承故障开始发展的每个阶段的 图。 图 15。 ( “信号故障发展的每个 阶段:(一) - 无故障 ;(二)最小的断层和( E)最大的故障。 基本介绍了故障的特征频率是 83 赫兹的频率轴位于左右。期间损害的增长不仅调制幅度越来越强,但也可以注意到载波频率的数量越来越大。作为这种现象的结果,能源总量研究二阶调制增加。此外,因为有没有其他来源结构激发被测物体上,中旬地图不包含任何额外的组件。 此外,拟议的分析延伸到 地块。上图显示的结果。 15,计算为整个载波频率范围。 机械系统与信号处理 25( 2011) 485了比较不同类型的分析,为 计,在同一数据上的额外计算用不同的调制强度的因素。图 16 礼物所取得的成果应用 的 同国际管理发展研究所(图 17)图上相同的参数计算。 15。 乎在欠发达阶段的故障检测。的 结果( 比较清晰二阶调制的存在的证据。此外, 含一些的干扰大约 3 和 10 载波频率轴。这些都是由于电气干扰造成的第一阶调制 从变频器和不相关的机械故障。这些组件不包含任何有价值的信息 不应该被正在审议之中。 乎对这种干涉强劲,其中的情况下轴承的诊断是一个显着的优势。此外,由于其使用双逻辑条件(见第 地图是载波频率轴 f 选择性比基于峭度的方法。 图 16。计算故障发展的每个阶段的信号:(一)无故障 ;(二)最小的故障及( e)最大的故障 机械系统与信号处理 25( 2011) 485 17 故障发展的每个阶段的信号计算:(一)无故障 ;(二)最小的故障及( e)最大的故障。 5。结束语。 本文提出的调制强度分布可以被看作是首次探测到一个通用的工具和二阶调制。它的特点是一个开放的模块,它接受各类量身定制的估计是选择或设计研究调制的性质而定。结果表明,估计使用逻辑“和”经营者可以正确检测调制。在实践中,存在第一或第二阶调制组件是未知的用户。没有任何关于检查信号的知识,建议随后使用 效值)( 8)和 14)为了获得有关
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本文标题:BWD型摆线针轮减速器设计及虚拟装配研究【说明书+CAD+PROE】
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