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乳化
设计
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乳化液泵的设计(含源文件),乳化,设计,源文件
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1 绪论 国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。它是井下综合采煤工作面支护设备的动力源泉，其工作状态好坏与安全生产密切相关，要实现煤矿井下安全作业，提高采煤工作效率，防止出现重大设备安全事故，保障乳化液泵井下安全运行是十分必要的一个环节。乳化液泵是煤矿井下支护作业和安全生产的重要装备与工具，其传动方式简单可靠，量大面广，具有高效低耗、安全可靠、移动灵活轻便、操作简单，无污染的特点，深受广大煤矿工作者的欢迎 。这些产品填补了国内 ， 有 国 ，其 具有 全 产 ， 国内领 。乳化液泵在其 行业 有广泛的应用， 的 量特 大。井下综合采煤工作面支护设备的动力源泉，煤矿井下支护作业 式单液支 液支的 用移式液设备， 是支护作业的工具。 泵具有量轻、操作简便、移动灵活、工作 可靠和高效、节 、安全的特点，其是在 、 、低煤和 采面，是一大液泵 无的产品，深受广大煤矿工作者的欢迎。乳化液泵是要实现煤矿井下安全运行的十分必要的一个环节。 乳化液泵具有量 、力、运 、高、 低、 用护方便特点， 广泛 用 ” 、工 、 、工 。业中都有广泛的应用，通 力 、液传动、机械 和机械的 设有了一的 ，在实 中到 的 和 泵的一些 工作 的 乳化液泵的设有了 的， 用 的 行 分 力 分和 ， 通 查阅资料与分 相结合行方案的设，根据 校 行时的现优化设，并 很直的反映出乳化液泵的内 结构和工作 。通 设证明方案是可行的。产 领域内，广泛 用着 曲柄连杆机构为传动方式的塞泵。此种传动方式，简单可靠，量大面广。从实验室量泵到超 1 井泵， 田 、裂、固井、输 、输液工况往复泵，几乎被此种传动方式 覆盖，可谓独领风骚、经久应肯， 往 传统往复泵的 研究和实验研究，系统 整，揭示其运动规律与动力特性， 发展生产 将继续发挥重要作用。但与任何其它事物的发展 一样，恰恰在 传统往复泵工作机研究逐步深入并取得极成果的同时， 开始 到传统的曲柄连杆机构 决的运动与动力特性局限了其 身的应用范畴发展。通 分可 领悟出一个”，即在曲柄连杆机构传动的往复泵中，其 要发展三缸泵、四缸泵、五缸泵、六缸泵甚至七缸泵 缸泵，从动力 特性的 质来判断，都仅仅是为了尽可 减叠加加速， 减性损失， 减 改善吸入性 和排液工艺质量，即采用增加结构复杂性的手来改善曲柄连杆传动方式的动力特性与运动特性，这在机械设中是 的事 ，但其 出的 是 大的。在传统的曲柄连杆机构传动的往复泵发展 中，排量、力的波动 吸入系统惯性损失 吸性 的 重 ，始 着泵速的提高。 排出 、吸入 吸入 泵的 用 在一 这些 ，但决 ， ， 出现的 增 、合低泵速、发展中速往复泵的 。这种 的实质，实是 曲柄连杆机构往复泵用范“的， 是，在综合用 、 工业的，曲柄连杆机构的往复泵 应在中速低的泵速下 保其运动的可靠性。果提高泵速，必”加排出减装和吸入 设备。在这种 况下， 提高泵速 的减质量的优点，将被” 设备复杂 的提高、质量的增加 增加得一。 是，在单的设 提高泵速、 来减与质量， 在 中，效果在料 ， 限 了它的一步发展。但任何事物的发展都 在 ，并 任何 生事物 在一的领域内具有 应性， 来，有 下几点 作为 1 传统的往复泵， 将继续在生产 领域内发挥 大作用，一，在中速和低的泵速下，可靠性 高， 增 、合低泵速的 是切合实。排量往复泵， 发展三缸单作用式为，果 增加缸，其效果将与发展 排量泵的 ” ，果无提高泵速， 将 单缸内的化并工况 化，此， 传动的 排量往复泵的 设， 为 、合提高泵速。排量往复泵 田 泵、增 泵、合物泵特 应，具有现实的开发 ，并将 泵 特 是 泵 有特工艺要 的泵的发展 作用。传统往复泵与 排量往复泵，在相的内必将 ，并 特 、工况工艺要 、经济效 来 分其各 占领的领域、各扬其、各得其、互相补充、同发展。2 为机动泵、手动泵、塞泵、隔膜泵、量泵、立式泵、卧式泵、 式泵、轴向 行式泵，这些泵有着密切联系。独立的旋 动机（电动机、柴 机、 机） 动的泵，称为机动泵。用电动机 动的泵又叫电动泵。机动泵通 液力、传动、减速机， 动机其” 设备（润滑、冷却系统） 组成。机动泵的同特点 动 量（泵的量）Q取决 泵的 要结构 n（每分钟往复次）、S 塞的行 、D（塞直径） 与泵的排出力几乎无关，n、S、 时，泵的量是 的。，取决 排出 的特性 与泵的结构 和 动机的功率无关。有一个把 动旋运动化为塞往复运动隔膜周性弹性变形的传动，故一讲，结构复杂，运动 量 ， 昂贵。的几种机动塞泵的 范“要用途（介质）泵 S 30Um 工介质）卧式三联单作用5 6 655. 1. 液机（乳化液）卧式三联单作用 5 5 11 1616 1. 55 塞与动力直接连接的泵，通称为直接作用泵。动力的工作介质可 是蒸， （通 是 ）有液（一是 ）。其中最 用的是蒸，叫蒸直接作用泵。直接作用泵通 液力、动力缸， （ 液）机构其它” 设备 组成。直接作用泵的同特点 动量（泵的量） 取决 n,D, 蒸源的力是 的，此在蒸截时，入缸（动力缸）的蒸量和蒸力将同时发生变化，相应的塞速和 泵的量；另一方面，果泵的排出力增高时， 缸内蒸力 塞速（n）会 行低，泵的量 随减蒸直接作用。取决 特性，此， 直接作用泵来讲，泵的最大排出力取决 它和动力工作介质的差。这样一来，安全阀可设工作介质一侧，既可 保护动力源设备又 操作 安全。备旋运动化为塞往复运动的传动，此，泵身来讲，结构简单，易损 ， 低廉。但 要 备动力源的直接作用泵，泵机组 是为复杂的。调节为方便，要改变工作介质的量可 达到泵的量调节的的。点是蒸直接作用泵，无产生火花的动力装，此 用要 防火的 合。，有双联（缸）双作用，双联（缸）单作用，单联（缸）双作用单联（缸）单作用几种有限的式。 述特点，直接作用泵 用范“没有机动泵那样广泛。前，蒸直接作用泵 要用 输送石 其副产品，石蜡、沥青； 液为工作介质的直接作用泵 要用作产生高超高的增泵。杆机构 动塞做往复运动的泵，称为手动泵。手动泵的特点 和 无植，它取决 人力在单位时内的操作次和操作 。取决 排出 特性和排出力。泵的排出力与泵的结构，液力密封质量人力大动泵 要用 动力无其 动力的 合。例 简易 试验，简易农药喷雾、农村简易深井提 ，食品工业提升液状物 简易消防用泵。复运动副 ，运动 无密封元 的叫塞。相应的泵称为塞泵.塞泵的特点 .塞泵的塞形状简单，塞直径可 得很前 到的塞直径范“大 在D= 15 ,个 的达 。直径 遇到加工工艺 的困难，直径 大，特 是卧式泵，塞 重 大 成 密封的偏磨， 密封的 用寿命。. 结构的 ，塞泵大 成单作用的，几乎双作用泵。.塞密封（填料箱）在结构 易 变形，在材料选择 灵活，故塞泵 用的排出力范“广泛， 成高泵。膜泵及其特点泵的液力借助 隔膜（膜片、波纹 ）来组成工作腔， 隔膜周弹性变形来塞的往复运动的泵，称为隔膜泵。隔膜泵的特点 隔膜的静密封了塞的动密封，此可作到输送介质绝 。此，隔膜泵 输送易燃、易爆、剧 、 具有 性 人有的介质， 用 输送高、 昂贵的物料。 、易挥发、易结 磨 性很的 液，有时 采用隔膜泵， 改善塞密封的工作 其 用寿命。 用寿命，隔膜的弹性变形 通 很 隔膜泵来讲，隔膜工作腔的行 大， 其径向 会很大。另 ，隔膜泵的每分钟的往复次 低。. 结构 的 ，隔膜泵的 大， 在泵的吸入 中 要 隔膜变形的 力，故隔膜泵吸入性 差， 效率 低。 是液力隔膜泵在结构 要 塞泵复杂， 用、护的 要 高。塞中 为 的泵，称为卧式泵。往复泵 为卧式泵，其同特点下 作者 泵的运 况， 、装、 用、方便。向 时，很高的 ；但在、 方向 大时,占面大。.为塞做 往复运动，密封 在工作时 受塞 重， 易产生偏磨，其塞重、 很时，这种现 为明 。分力大， 泵的 受 分力的 力又差，故卧式泵 的和要 高。式泵及其共同特点液缸塞中 是直 的泵，称为立式泵。立式泵的同特点 向 大， 高，但、 方向 占面。，塞密封塞 重，分力直分力大， 泵 有的 受直分力的 力，故 要 ，立式泵的吸排阀、吸排 困难， 装、护 便，特是液力 下侧时明 。但把液力 侧时，有 改善。通 几种式泵的特点的 ， 结合乳化液泵 身的结构特点其用途，此次设选用三联单作用机动卧式塞泵。塞从十 开一直到泵的出 的 ，称为液力，液力是介质 分，通 液缸，活塞和缸 塞其密封（填料箱）、吸入阀和排出阀组 、缸盖和阀箱盖 吸入和排出合 （液 ） 组成，液力结构式的选择应与泵结构式时，应述 . 性好， 力 力损失此，液通”应力 直，尽 “和”应 排出， 成 ，通 ，吸入阀应液缸下 ，排出阀应 液缸 。 ， 阀 和密封，特 况下 可 ”和 。. 应尽可 其是 高行 泵泵输送 量大，易挥发性介质时，应力 减 。命，方便。. 工艺性好甚至相同的泵 有此液力结构式很难统一 分， 泵的吸入阀、排出阀的 式、液通”特性和结构特性可分为 直通式、直式、式。 卧式三联单作用塞泵的液力选用直通式。 动力的 叫传动， 机动泵，传动是从十 一直到轴（曲轴） 出（动力输入）为止的 ，果是泵内减速的，传动 减速机构，果是泵 减速的，传动减速机构，减速机独立，果是直联泵传动没有减速机构， 无减速机。 直接作用泵，传动即动力缸（缸、缸） 。机动泵的传动 要机、曲轴连杆、曲柄、十 润滑冷却助设备 组成，。传动结构式选择 应和泵结构式选择同时行，在选择和设传动时应下 1. 传动 要 必泵最大塞力下是和的要 。2. 传动内各运动副，必是润滑可靠， 和P润滑 升 限 在设要 内，必要时应有冷却设备。要 ，应力 减( l 这样 的 ， 可减惯性 的 ，从 可改善泵阀工作泵的吸入性。的，曲柄，力 机械的惯性力和惯性力得到 ，减轻 的 力载。其是立式泵传动，应性。传动 应设有运时排 ， 时封的排 装， 应设有排 润滑 的 。. 、装、泵的传动 应 的 方式和 。运动副应工作可靠，寿命，方便。 工艺性好。5 5 一 乳化液泵装1 隔腔盖 排液阀 排液阀 5 缸 组 6 塞 7 吸液阀 吸液阀组 1 联轴 11 排液接 1 安全阀 1 轴 1 吸液接 15 轴 16接 轴 17 曲轴 1 滑 1 十 连杆 1 连杆 轴 盖 箱第三章 化液 （ 5乳 的中性液）排出力 P= 5 排量 Q= 个 = 个泵的排出力 仅取决 结构、液力密封 质量 动机的功率 与量无关。 式 )1(240)1(602= 240)1(832 式中 Q 泵的实， 泵的 量， 泵的 效率 24 塞截面， 3塞直径，塞行 ，曲轴（塞的每分钟往复次泵的联（塞）K 系 1（塞杆截面， 2m ）=2)(1 塞杆直径，m）30 塞的 速， 径 式可 ，量s、D、 Z结构 有关，果在设时选了泵和结构式，那Z、此，决结构 是n、s、D和 塞泵有n、s、结构 。选择大泵各运动副 、 的和磨损，特 是 塞其密封这一 运动副的 为 。 mU ， 大和磨损 重，特 是塞其密封一 重磨损， 将增加，量下，排出力 到 。择 得一的Q ， 经， 果 择 必大，这样一来。力径向 增加， 塞力是和2D 成 的，传动受力 随增，从 会 泵的 和重量增大。的一 和方可 泵的有效功率 选取，一讲， 大， 大，反取为 ，塞力 增大，为了减加大s，提高n，其结果都大。速 大与 合成单联单作用泵的有效功率 关 塞 速， 统系 5 . ） 合成单联但作用泵的有效功率，1(612)1(612 )( 12 式中 Q 泵的量， 选取 2P 泵的排出力，2泵的吸入力，2 2P 1P 1事，全力 2P 1P 2泵的联K 系 r1， 单作用泵1 双作用泵，1 K （ ）0(3612 8035)1(612 ，塞的直径可 出 式 30 查 6 泵的n 范“ ， 一的卧式三联单作用机动泵n 范“现有产品（1 1 7 m 通 整取行 4机动泵 8(L 16）S 4010 验 式 1式中 n 曲轴的 S 塞的行 塞的面 2m Z 联 效率 Q 泵的量 率 v 的选择 输送 时 v = . . ，输送石 产品、液化介质时， v = . 。 乳化液泵取 v = . 31 1 4 出塞直径 0S 1选择这个 的选取 要取决 吸入、排出 内介质的速 1v 和 2v 。 1v 、 2v 大； 力 力损失 大，消耗 量 ，泵的吸入性 差， 易产生液缸内 化和 泵的 量现 ； 1v 、 2v 和液力 大。在往复泵中，通 要限 1v 、 2v ，其 1v 限 重要，一取 范“是 11 v v 了 方便 采用相同的 1v 、 2v ，即取 21 ， 04442121 式中 1d 吸入 内径 m 2d 排出 内径 泵的量 吸入 内介质的 速 排出 介质的 速， 式中 P 泵的全力 Q 泵的实， 下 式 式中 P 泵的全力， 2 Q 泵的实， 入功率）e式中 泵的效率，电动泵的效率范“ . 取 e d 泵的传动装效率 d 动机的效率 取d = . 泵的效率 了泵的传动机构的损失， ，泵的传动装效率与泵的减速机构的机械损失有关。采用 传动时， 94.0d . （式）；采用 传动时 d = . . ，三 传动时 d = . . Y 5 M 电动机动机功率储备系 电动机的功率 6 10 20 20储备系 . 5 .1 通 整 取 5 查机械设 设 动机 据可 ，选取Y 5 M 电动机 5 功率 . 4 泵液力通 液缸和缸盖，吸入和排出阀箱、阀盖、缸 塞和填料箱出兰。液缸是塞泵中 要 受液的 一， 它的形状复杂、壁 内有十T交孔、应力中大， 是与输送介质接 ，并 受内交变载，此，它的设合性， 其寿命有大的 。特 是输送高 、高、 性介质时，应 下几点 材料和 方式，既要有高的和抗 力，又要特到材料 应力中的敏感性。 形状简单，壁厚 ，内 ”孔相交 应尽可 减，实践证明；在同，T交孔要 十交孔的液缸寿命一些。.果加工工艺内 ”交孔应予 ，并 加工 面做化 ， 减弱应力中的 。.果在和液力 设时 到把液缸内的高应力中 位和高变载分开来，将会有效提高液缸的 用寿命。液缸的结构式 要是 从 泵的结构式和液力结构选，液缸的结构特点可 泵的分为单作用液缸和双作用液缸。 单作用塞泵 合 整式液缸，此形式的泵的 个工作腔在同一个 ，这种液缸钢性好，工作距加工量，但工 大。整式塞泵液缸除特 ，大 是若个直相交面”孔 组成的一个 工作腔。下是典的液缸剖视。（a）是吸入阀和排出阀组直通式 的液缸; b 是吸入阀和排出阀互相直 的液缸. a b 缸为一 半径为 2r ，内半径为 1壁筒 壁厚相 薄（12 ）时，可薄壁筒 式壁厚 1 壁厚， 焊接系，无焊接=1P 缸内最大工作力， 液缸内径， 的裕量，一取 2800600 )(2)(12液缸一 =1 缸 组 的排出力”孔 形形状 复杂时，可采用铸 液缸，为铸 材料 锻 液缸重量轻，材料消耗，加工量，成 低。灰铸铁毛坯应经退火 ，消除残 应力 得尽可 接近珠光的金相组织，软化 分硬，改善机加工性 和提高材料的机械、耐磨、耐 性 。泵的排出力高但低 2200 质 又低 时，可采用 墨铸铁 5, . 墨铸铁的 化率应大 三级， 组织 要成分应是珠光，尽可 减炭化物。毛坯 应做退火 ，消除残 应力。设计机动往复泵传动 要机、曲轴、连杆、十 要 组成。机是传动 要 一，通 机身、机盖、轴 盖 要 构成。作为传动机构和曲柄连杆机构的支 、位运动 向用；. 受传 泵的作用力和力；支 作用并用天安装某些助设备。泵的机， 其毛坯的形式可分为铸 机和焊接机种。一讲，铸 机具有高的和抗震 力，性好，易 得 的，生产周，成 低， 在塞泵中广为应用。但铸 机壁厚厚，整个机很笨重，通 用 固 安装。焊接机 采用低碳钢组焊 成，重要轻，便 移动。但此种机性差， 周，成 高。通 用 要 往 移动的泵。构设的一 的和，在此前提下，力 重量轻 简单， 形力 美。铸 和机加工工艺性 应良好。在结构设要有便 、加工的 面， 好的保证各加工 面的几何形状、 精和形状位分差。应力 减化工 ， 生产周，低成 柄机构和传动机构的 装，调整和 机内 的 和润滑 的排 和 应有够的 重面，尽可 的低重 ，保证其 载 力和泵运时的性。3. 速机构的设计 从电动机轴输出的速 高，采用泵内减速，即一级 减速。1. 传动 的 查机械设 设 动机 据可 ，选取Y 5 M 电动机 5 功率 . 式中 n 电动机， 电机效率1n 曲轴的， 速机构级、材料 一工作机 ，速选用7级精材料为 调质 硬为 大 材料为 5钢（调质）硬为 选 241 Z ，大 取 622 Z. 面接 设23 1 )()1( 2.1 传 的 51 查机械设 1 7选取 系 1d械设 1 6查得材料的弹性 系 械设1 1d 面的硬查得的接 疲劳极限 ，大 的接 疲劳极限 力环次 1 1 得911 530082(114806060 n 速j 每一圈时，同一 面啮合的次 的工作寿命（单位为h）械设1 1 查得接 疲劳寿命系 接 疲劳用应力取失效概率为1%。安全系S=1 341 951 . 面接 设 .试 分直径 入 H 中极 8)1( 2523 1 周速t 械设 1 7，取 系 8.0d 和 高 高 t 动载系根据 ，7级精，查机械设1 查得动载系 15.1直 ，假设 00 ，查机械设 1 查得 H ，查机械设 1 查得 用安全系 1械设 1 查得7级精，相 支撑非 称 时bK 22 入据 22 1 1 得 . 实校 得的分直径. 根曲设曲的设 式为 3 211 )(2系. 查机械设1 的曲疲劳极限 001 ，大 的曲疲劳极限 802 . 查机械设1 1 查得曲疲劳寿命系 曲疲劳用应力取曲疲劳系 系 = 系查机械设 1 5查得 查取 形系查机械设 1 5查得 大的 并加 Y Y. 根曲设 5 结果， 面接 疲劳 的模 根曲疲劳 的模， 模取决 曲 决的 载 力， 面接 疲劳 决的 载 力，反与 直径（即模和 的乘）有关，可取曲 得的模 . 整为的 ， 接 得的分直径 801 d 出 整 取 231 取 552 传动既了 面接 疲劳，又了 根曲疲劳，并做到结构紧凑，“浪费。 1. 分直径2311 5522 2. 中 距)( 21 3. d 取 52 01 A 验 可 符合要 。曲轴是把 动机的旋运动化为塞往复运动的重要 一。工作时，它为受周性的交变载，产生交变的扭应力和曲应力。1. 曲轴的结构特点和选择乳化液泵采用支 三曲曲轴式，这种式的曲轴具支 ， 曲轴和机的加式量减，传动装 简单。相反的，曲柄为1 支 曲轴化成 面曲轴，故受力状况复杂，和差，在同 得粗笨。曲轴典结构各个 位 与曲轴旋中 同 的轴向 叫轴。曲轴通 有，轴的 叫前。前一与 动机机泵 减速机相连接，并作为扭的输入，故前 叫输入。相 的另一叫 ， 叫尾。 轴颈，支 轴颈和曲柄。轴颈系轴 安装 轴 曲轴支 中轴 的 位。 支 轴颈与轴颈同轴 。曲柄是曲轴 与连杆大 连接的 位（ 叫连杆轴颈），它与 轴颈曲柄，曲柄半径曲轴 连接 轴和曲柄连接相邻曲柄的 位叫做曲柄，前者又称为 ，者又称为 。曲柄与曲柄的组合称为曲，靠近 轴颈的曲又叫。连接曲柄的，又叫。 轴颈中 （亦即旋轴中 ）到任曲柄中 的距离称为曲柄半径。曲 曲柄选曲轴的和曲轴柄 要取决 泵的式，联和作用的选择。曲柄的选择 应减，惯性力和惯性力的 并有 轴颈 曲交形相接近， 三联单作用泵取曲柄为1 o（各）， 若靠近曲轴输入为第一曲柄，并 它为 ，顺旋方向 时，第曲柄与第一曲柄的取为 o，第三曲柄与第一曲柄的取为1 o。这样 有 轴颈 的交形（）接近。特 轴前 轴颈 位有”加力时，是此。曲轴支 和轴 选择支 三曲轴的差， 轴 的 轴颈变形大，故 轴 采用大的向 轴 很采用滑动轴 。轴铸 工艺 够 得为复杂的形状，故轴颈可采用 结构。内孔径 为 直径的 /51/5， 结构可 减轻曲轴重量，低材料应力中， 应力分 ，有 提高曲轴的疲劳（一 实 轴可提高疲劳 5 %）。料 用最合，疲劳高。但 锻 曲轴，曲柄 形 靠模加工成。. 渡泵工作时，轴颈与曲柄连接 最 易形成应力中， 曲轴早破坏，此在此 应取滑 渡的 提高曲轴的疲劳。. 孔曲轴轴颈一采用有润滑 迫润滑和冷却，为此曲轴内应有 孔作为润滑 的通”。曲轴 孔（轴向）直径一取（ . 7 . ）D（其中径）。但最柄 的径向 孔直径 轴孔直径略取 . 5D。其出与轴颈 面相贯 ，应倒、抛光， “此 应力中和低曲轴疲劳。倒的半径 为 孔直径的一半。 的形状是 前 为锥。 为。轴加工方便，但 装困难。面 合一取6HT/洁7。锥轴便 装，但加工麻烦，锥面锥一取1 1 可取1 151 ，光洁7。前为扭输入，故前 有键槽 备安装键来传 扭。 ，为防止润滑 漏，在相应的机 应设轴封，最 用的轴封是橡胶轴封和毛毡轴封。轴1. 曲轴直径的曲柄直径D（五）可 经验 式 步D 式中 P 最大塞力，t 2.1(P 1)（ 1P 塞力）支 三曲轴系应取偏大 通 整 取 . 轴颈 一曲 轴颈变形最大，故 应根据 轴 内径行整，此 ， 轴颈 时， 应到轴颈重叠 应尽可 “ 接近 甚至 的 况（ 六）D+轴颈轴颈 应曲柄 （即液缸中距）2式中 t 曲柄厚， 1t 曲柄侧台肩厚4. 曲柄厚t )式中 D 曲柄直径h )式中 D 曲柄直径02402 . 轴颈重叠相邻曲柄 (0 式中 D 曲柄直径轴颈与曲柄 (0 式中 D 曲柄直径 t t ) 取 取 h )式中 D 曲柄直径缸中 距 式中 L 曲柄 t 曲柄厚式中 1t 曲柄厚 作用在支点三曲轴 的力有 作用在曲柄中点的中力 切向力 作用在 轴颈 的支反力 N , ；作用在输
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