第十二章机械传动方案的设计

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1、 第第12章章 机械传动系统的方案设计机械传动系统的方案设计 12.2 原动机、原动机、 传动传动机构和执行机构的类机构和执行机构的类型与选择型与选择12.1 概述概述 12.3 机械运动方案设计机械运动方案设计机械运动方案设计举例机械运动方案设计举例 机机械械是是机机器器和和机机构构的的总总称称,机机器器是是由由单单一一机机构构、多多个个同同一一机机构构或或多多种种机机构构所所组组成成的的,设设计计新新机机器器是是为为了了完完成成某某种种生生产产任任务务。机机械械系系统统运运动动方方案案的的设设计计就就是是实现工艺动作的过程。实现工艺动作的过程。 12.1 概述概述 牛牛头头刨刨床床就就是是

2、一一部部典典型型的的机机器器。在在牛牛头头刨刨床床中中,连连杆杆机机构构用用以以实实现现切切削削运运动动,棘棘轮轮机机构构及及丝丝杠杠传传动动用用以以实实现现工工作作台台的的水水平平进进给给,另另一一丝丝杠杠传传动动用用以以实实现现工工作作台台及及刀刀架架的的垂垂直直进进给给。工工作作台台、刀刀架架与与滑滑枕枕是是执执行行构件。构件。 2 2、充充分分分分析析给给定定的的各各项项已已知知条条件件,明明确确设设计计的的目目标标和和约约束束条条件件等等;( (根根据据题题目目、设设计计要要求求、 原原始始数据及工作原理,将机器进行工艺动作分解)数据及工作原理,将机器进行工艺动作分解)如多轴钻床:如

3、多轴钻床:电机电机减速装置减速装置送料机构送料机构工作台的进给机构工作台的进给机构钻头的切屑机构钻头的切屑机构1 1、确定其所要完成的工作任务;、确定其所要完成的工作任务; 一、运动方案设计的主要步骤一、运动方案设计的主要步骤 5 5、确确定定合合适适的的机机械械运运动动系系统统,即即配配置置若若干干辅辅助助机机构构(如如各各分分运运动动的的传传递递与与变变换换,操操作作控控制制等等)将将上上述述各各分机构联成一个完整的机械系统;分机构联成一个完整的机械系统;4 4、机机构构选选型型及及创创新新性性设设计计,即即分分别别选选择择能能够够满满足足各各执执行构件运动要求的若干相同类型或不同类型的机

4、构。行构件运动要求的若干相同类型或不同类型的机构。 2 2、动力源的选择及减速装置、动力源的选择及减速装置; ;3 3、确确定定执执行行构构件件的的运运动动形形式式和和运运动动参参数数;如如酸酸奶奶包包装装机机中中灌灌奶奶机机构构中中的的执执行行构构件件为为直直线线运运动动,据据原始数据(原始数据(ml/ml/杯)确定直线运动的行程。杯)确定直线运动的行程。 8 8、画运动循环图;、画运动循环图;6 6、画机构运动简图、画机构运动简图 7 7、进进行行机机构构的的运运动动分分析析及及运运动动尺尺寸寸的的确确定定, ,如如关关键键执执行行构构件件的的S S、V V、a a分分析析 ;间间歇歇运运

5、动动机机构构如如槽槽轮机构的尺寸确定;轮机构的尺寸确定;9 9、心得体会、心得体会1010、参考书目、参考书目一、原动机的选择一、原动机的选择原动机的动力源主要有电、液及气三种。原动机的动力源主要有电、液及气三种。 电电动动机机是是最最常常用用的的原原动动机机,其其中中交交流流异异步步电电动动机机应应用用最最广广,它它具具有有结结构构简简单单,价价格格便便宜宜,效效率率高高和和控控制制方方便等优点。其转速有便等优点。其转速有30003000、15001500、10001000、750r/min750r/min。 液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。 气马

6、达及气缸则是主要的气压原动机。气马达及气缸则是主要的气压原动机。 12.2 原动机、传动机构和执行机构的类型与选择原动机、传动机构和执行机构的类型与选择二、传动机构的类型及功用二、传动机构的类型及功用 常用的传动机构有:常用的传动机构有:1 1、齿轮机构、齿轮机构齿齿轮轮机机构构应应用用在在中中心心距距较较小小,传传动动精精度度较较高高,各各种种不不同传递动力范围的场合。同传递动力范围的场合。2 2、螺旋机构、螺旋机构在在许许多多机机械械设设备备中中大大量量应应用用着着螺螺旋旋机机构构(又又称称丝丝杠杠传传动),它主要用于将回转运动转变为直线运动。动),它主要用于将回转运动转变为直线运动。3

7、3、带传动与链传动、带传动与链传动带传动及链传动多用于中心距较大的传动。带传动及链传动多用于中心距较大的传动。4 4、连杆机构、连杆机构连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。5 5、凸轮机构。、凸轮机构。由由于于凸凸轮轮机机构构是是高高副副接接触触,决决定定了了这这种种机机构构主主要要用于传递运动。用于传递运动。根据机械预期实现的功能,考虑选择何种工根据机械预期实现的功能,考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。作原理来实现这一功能要求。 功能原理设计的任务,就是根据机械功能原理设计的任务,就是根据机械预期实现的功能要求,构思出所有可能的功预期实现

8、的功能要求,构思出所有可能的功能原理,加以分析比较并根据使用要求或者能原理,加以分析比较并根据使用要求或者工艺要求,从中选择出既能很好的满足功能工艺要求,从中选择出既能很好的满足功能要求,工艺动作又简单的工作原理。要求,工艺动作又简单的工作原理。 三、三、执行系统的功能原理设计执行系统的功能原理设计举例:举例:自动送料板装置的功能原理设计自动送料板装置的功能原理设计机械推拉原理机械推拉原理摩擦传动原理摩擦传动原理( (摩擦摩擦板板) )摩擦传动原理摩擦传动原理( (摩擦轮摩擦轮) )气吸原理气吸原理( (底吸法底吸法) )气吸原理气吸原理( (顶吸法顶吸法) )总结总结实现某种预期的要求,可以

9、采用多种不同实现某种预期的要求,可以采用多种不同的工作原理;的工作原理;不同的工作原理需要不同的工艺动作,这不同的工作原理需要不同的工艺动作,这样所设计出的机械在工作性能、工作品质样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。和适用场合等方面都会有很大的差别。四、执行机构的运动类型及典型机构四、执行机构的运动类型及典型机构 执执行行机机构构的的运运动动分分为为直直线线运运动动、回回转转运运动动、任任意意轨轨迹迹运运动动、点点到到点点的的运运动动及及位位到到位位的的运运动动等等主主要要五五种运动形式。种运动形式。 曲曲柄柄滑滑块块机机构构:当当曲曲柄柄连连续续回回转转时时

10、,滑滑块块可可做做往往复复直直线线运动。运动。 1 1、实现直线运动的机构、实现直线运动的机构 齿齿轮轮- -齿齿条条机机构构:齿齿轮轮的的正正、反反向向回回转转可可以以使使齿齿条条做做往往复复直线运动直线运动 螺旋机构螺旋机构:丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动:丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动 链链传传动动(直直线线段段部部分分的的运运动动):带带有有翼翼片片的的链链传传动动,可以拖动被作业件在两链轮间的直线段做直线运动。可以拖动被作业件在两链轮间的直线段做直线运动。2 2、实实现现回回转转运运动动的的机机构构 :齿齿轮轮传传动动机机构构 、双双曲曲柄柄机机构构(含含平平行行四四边边

11、形形机机构构)、链链传传动动及及带带传传动可以实现较长距离的回转运动。动可以实现较长距离的回转运动。3 3、实实现现运运动动轨轨迹迹的的机机构构:四四杆杆机机构构(连连杆杆曲曲线线)、开开式式链链机机构构(任任何何开开式式链链机机构构上上的的端端点点都都可可以以实实现现一一定的运动轨迹定的运动轨迹 )。)。4 4、点到点的运动机构:曲柄滑块机构、凸轮机构、点到点的运动机构:曲柄滑块机构、凸轮机构 5 5、位位到到位位的的运运动动机机构构:热热处处理理炉炉炉炉门门开开闭闭机机构构 、飞机起落架机构飞机起落架机构 12.3 机械运动方案设计机械运动方案设计一、一、 机构的选型机构的选型 机构的选型

12、是指按照给定原动机的输入运动、执行构件的运动、机构的选型是指按照给定原动机的输入运动、执行构件的运动、工作要求和其他有关约束条件选择恰当的机构类型,以构成一个符工作要求和其他有关约束条件选择恰当的机构类型,以构成一个符合要求的机构系统。机构选型犹如在原动机和执行构件之间按照约合要求的机构系统。机构选型犹如在原动机和执行构件之间按照约束条件搭建起来的一架桥梁,使之成为一个完整的体系。束条件搭建起来的一架桥梁,使之成为一个完整的体系。运动链简短;运动链简短;优先选基本机构;优先选基本机构;机械效率较高;机械效率较高;传动机构排列顺序合理;传动机构排列顺序合理;合理分配传动比。合理分配传动比。 1、

13、一般原则2 2、机构的变异、机构的变异 3 3、机构的组合、机构的组合5 5、机构的装载式组合、机构的装载式组合 4 4、机构的封闭式组合、机构的封闭式组合 二、二、 机器的运动循环图机器的运动循环图 方案设计时要考虑各执行构件之间的动作协调方案设计时要考虑各执行构件之间的动作协调配合问题,根据机器工作的需要,各执行构件的动作配合问题,根据机器工作的需要,各执行构件的动作必须密切准确地协调配合,不能有任何紊乱,否则机必须密切准确地协调配合,不能有任何紊乱,否则机器便不能完成其预期的生产任务,甚至损坏设备。器便不能完成其预期的生产任务,甚至损坏设备。工工作作循循环环:开开始始加加工工一一个个产产

14、品品到到开开始始加加工工另另一一个个产品所经历的时间间隔。产品所经历的时间间隔。运动循环:对于机器的机构系统则称为运动循环。运动循环:对于机器的机构系统则称为运动循环。运运动动循循环环图图:反反应应机机械械系系统统一一个个运运动动循循环环期期间间各各执执行行构件之间动作的协调关系图。构件之间动作的协调关系图。绘制机械运动循环图的方法:绘制机械运动循环图的方法: 选选定定一一个个主主要要执执行行机机构构( (构构件件)做做为为定定标标件件,用用它它的的运运动动位位置置( (转转角角或或时时间间或或位位移移)作作为为确确定定其其它它执执行行构构件件运运动动先先后后次次序序的的基基准准,所所选选的的

15、定定标标件件最最好好是是其其一一个个运运动动循循环环与与机机器器的的一个运动循环有着严格的一一对应。一个运动循环有着严格的一一对应。以以牛牛头头刨刨床床为为例例:有有两两个个执执行行构构件件 刨刨头头和和工工作作台台,以以牛牛头刨床主体机构头刨床主体机构-曲柄导杆机构中的曲柄为定标件。曲柄导杆机构中的曲柄为定标件。1.1.直线式直线式 以以曲曲柄柄的的转转角角为为横横坐坐标标,曲曲柄柄每每转转一一转为一个工作循环转为一个工作循环曲柄的转角曲柄的转角刨头刨头工作台工作台0 00 090900 01801800 02702700 03603600 0工作行程工作行程空回行程空回行程进给进给2.2.

16、圆盘式圆盘式曲曲 柄柄工工作作台台停停止止送送进进工工作作行行程程头头刨刨刨刨头头行行程程空空回回送送进进工工作作台台3.3.直角坐标直角坐标式式以以上上两两种种循循环环图图只只表表示示了了各各执执行行构构件件先先后后次次序序和和动动作作持持续续时时间间的的长长短短,而而不不能能显显示示出出各各执执行行构构件件在在工工作作时时间间的的运运动动规规律律和和各各执执行行构构件件在在位位置置上上的的协调配合关系。协调配合关系。曲柄的转角曲柄的转角刨头往复刨头往复移动机构移动机构工作台间歇工作台间歇送进机构送进机构0 00 090900 01801800 02702700 03603600 0工作行程

17、工作行程( (进进) )空回行程空回行程( (退)退)进给进给静止静止静止静止1801800 0+1801800 0- 这这种种运运动动循循环环图图不不仅仅能能表表示示出出两两执执行行构构件件动动作作的的先先后后,而而且且能能表表示示出出两两执执行行构构件件的的工工作作行行程程和和空空回回行行程程的的运运动动规规律律以以及及它它们们在在运运动动上上的的配配合合关关系系,是一种较完善的工作循环图。是一种较完善的工作循环图。 机械原理课程设计示例机械原理课程设计示例 题目;题目; 设计要求;设计要求; 方案设计及讨论;方案设计及讨论; 机构设计及分析机构设计及分析冲床冲压机构冲床冲压机构设计设计(

18、冲床冲压机构冲床冲压机构1/13)冲冲床床的的工工艺艺动动作作如如图图所所示示,上上模模先先以以比比较较大大的的速速度度接接近近坯坯料料,然然后后以以匀匀速速进进行行拉拉延延成成型型工工作作,以以后后,下下模模继继续续下下行行将将成成品品推推出出型型腔腔,最最后后快快速速返返回回。上上模模退退出出下下模模以以后后,送送料料机机构构从从侧侧面面将将坯坯料料送送至至待待加加工工位位置置,完完成成一一个个工工作作循环。循环。 题题目目 设设计计冲冲制制薄薄壁壁零零件件冲冲床床的的冲压机构与其配合的送料机构。冲压机构与其配合的送料机构。(冲床冲压机构冲床冲压机构2/13)设计要求设计要求1 1动动力力

19、源源是是电电动动机机,左左转转动动;从从动动件件(执执行行构构件件)为为上上模模,作作上上下下往往复复直直线线运运动动,其其大大致致运运动动规规律律如如图图所所示示,具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性;具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性;2 2机机构构应应具具有有较较好好的的传传力力性性能能,特特别别是是工工作作段段的的压压力力角角应尽可能小;传动角应尽可能小;传动角大于或等于许用传动角大于或等于许用传动角 ;3 3上上模模到到达达工工作作段段之之前前,送送料料机机构构以以将将坯坯料料送送至至待待加加工工位置(下模上方);位置(下模上方);4 4生产率约每分钟生产率约每分钟70

20、70件;件;5 5执执行行构构件件(上上模模)的的工工作作段段长长度度l l=30-100mm=30-100mm,对对应应曲曲柄柄转转角角= =(1/3-1/21/3-1/2);上上模模行行程程长长度度必必须须大大于工作段长度的两倍以上;于工作段长度的两倍以上;6 6行程速比系数行程速比系数K K1.51.5;7 7许用传动角许用传动角=40=40o o;8 8送料距离送料距离H H=60-250mm=60-250mm;(冲床冲压机构冲床冲压机构3/13)方案设计及讨论方案设计及讨论 方案二:方案二:导杆导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构 方案三:方案三: 六连杆

21、冲压机构和凸轮六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构连杆送料机构 方案四:方案四: 凸轮凸轮连杆冲压机构和齿轮连杆冲压机构和齿轮连杆送料机构连杆送料机构 方案一:齿轮方案一:齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构连杆送料机构(冲床冲压机构冲床冲压机构4/13)方案一:齿轮方案一:齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构连杆送料机构 冲冲压压机机构构采采用用了了有有两两个个自自由由度度的的双双曲曲柄柄七七杆杆机机构构,用用齿齿轮轮副副将将其其封封闭闭为为一一个个自自由由度度。恰恰当当地地选选择择点点C C的的轨轨迹迹和和确确定定构构件件尺尺寸寸,可可保保证证机机构构具具有有急

22、急回回运运动动和和工工作作段段近近于于匀匀速速的的特特性性,并并使使压压力力角角尽尽可可能小。能小。 送送料料机机构构是是由由凸凸轮轮机机构构和和连连杆杆机机构构串串联联组组成成的的,按按机机构构运运动动循循环环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律。图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律。(冲床冲压机构冲床冲压机构5/13)方案二:方案二:导杆导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构 冲冲压压机机构构是是在在导导杆杆机机构构的的基基础础上上,串串联联一一个个摇摇杆杆滑滑块块机机构构组组合合而而成成的的。导导杆杆机机构构按按给给定定的的行行程程速速比比系系数数设设计

23、计,它它和和摇摇杆杆滑滑块块机机构构组组合合可可达达到到工工作作段段近近于于匀匀速速的的要要求求。适适当当选选择择导导路路位位置置,可使工作段压力角可使工作段压力角较小。较小。 送送料料机机构构的的凸凸轮轮轴轴通通过过齿齿轮轮机机构构与与曲曲柄柄轴轴相相连连。按按机机构构运运动动循循环环图图可可确确定定凸凸轮轮推推程程运运动动角角和和从从动动件件的的运运动动规规律律,则则机机构构可可在在预预定定时时间间将将工工件件送送至待加工位置。至待加工位置。 (冲床冲压机构冲床冲压机构6/13)方案三方案三 :六连杆冲压机构和凸轮六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构连杆送料机构 冲冲压压机机构构是是由由铰铰链

24、链四四杆杆机机构构和和摇摇杆杆滑滑块块机机构构串串联联组组合合而而成成的的。四四杆杆机机构构可可按按行行程程速速比比系系数数用用图图解解法法设设计计,然然后后选选择择连连杆杆长长l lEFEF及及导导路路位位置置,按按工工作作段段近近于于匀匀速速的的要要求求确确定定铰铰链链点点E E的的位位置置。若若尺尺寸寸选选择择适适当当,可可使使执执行行构构件在工作段中运动时机构的传动角件在工作段中运动时机构的传动角满足要求,满足要求,压力角压力角较小。凸轮送较小。凸轮送料机构的凸轮轴通过齿料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连,轮机构与曲柄轴相连,若按机构运动循环图确若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从

25、动件定凸轮转角及其从动件的运动规律,则机构可的运动规律,则机构可在预定时间将工件送至在预定时间将工件送至待加工位置。待加工位置。 (冲床冲压机构冲床冲压机构7/13)方案四:方案四:凸轮凸轮连杆冲压机构和齿轮连杆冲压机构和齿轮连杆送料机构连杆送料机构 冲冲压压机机构构是是由由凸凸轮轮连连杆杆机机构构组组合合,依依据据滑滑块块D D的的运运动动要要求求,确确定定固固定定凸凸轮轮的的轮轮廓廓曲曲线。线。 送送料料机机构构是是由由曲曲柄柄摇摇杆杆、扇扇形形齿齿轮轮与与齿齿条条机机构构串串联联而而成成,若若按按机机构构运运动动循循环环图图确确定定曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构的的尺尺寸寸,则则机机构构可可在

26、在预预定定时时间间将将工工件件送送至待加工位置。至待加工位置。 (冲床冲压机构冲床冲压机构8/13)选择方案一:选择方案一:齿齿轮轮连连杆杆冲冲压压机机构构和和凸凸轮轮连连杆送料机构杆送料机构机构设计及分析机构设计及分析冲压机构的设计冲压机构的设计七杆机构的设计七杆机构的设计、运动和动力分析运动和动力分析 齿轮机构的设计齿轮机构的设计;四杆机构的设计;四杆机构的设计;凸轮机构的设计凸轮机构的设计 送料机构的设计送料机构的设计运动循环图运动循环图(冲床冲压机构冲床冲压机构9/13)设计七杆机构可用设计七杆机构可用解析法解析法、实验法实验法。七杆机构的设计七杆机构的设计首首先先根根据据对对执执行行

27、构构件件(滑滑块块F F)提提出出的的运运动动特特性性和和动动力力特特性性要要求求选选定定与与滑滑块块相相连连的的连连杆杆长长度度CFCF,并并选选定定能能实实现现上上述述要要求求的的点点C C的的轨轨迹迹,然然后后按按导导向向两两杆杆组组法法设设计计五五连连杆机构杆机构ABCDEABCDE的尺寸。的尺寸。l lABAB= =l lDEDE=100mm=100mm, l lAEAE=200mm=200mm, l lBCBC= = l lDCDC=283mm=283mm, l lCFCF=430mm=430mm,A A点点与与导导路路的的垂垂直直距距离离为为162mm162mm,E E点与导路的

28、垂直距离为点与导路的垂直距离为223mm223mm。 (冲床冲压机构冲床冲压机构10/13)七杆机构的运动、动力分析七杆机构的运动、动力分析 分分析析滑滑块块F F的的速速度度和和加加速速度度,并并画画出出速速度度线线图,以分析是否满足设计要求。图,以分析是否满足设计要求。 在在进进行行机机构构动动力力分分析析时时,先先依依据据机机加加工工手手册册,估估计计生生产产阻阻力力P P=1.5KN=1.5KN,并并认认为为在在工工作作段段内内为为常常数数,然然后后求求得得加加于于曲曲柄柄ABAB的的平平衡衡力力矩矩M Mb b,用用其其平平均均值值并并计计入入各各传传动动的的效效率率,确确定定电电动

29、动机机的的型型号号为为Y112MY112M4 4,额定功率为,额定功率为4KW4KW。 (冲床冲压机构冲床冲压机构11/13)齿轮机构设计齿轮机构设计齿齿轮轮机机构构的的中中心心距距a=200mma=200mm,模模数数m=10mmm=10mm,采采用用标准直齿圆柱齿轮传动,标准直齿圆柱齿轮传动,Z Z1 1=Z=Z2 2=20=20,h ha a* *=1.0=1.0。 (冲床冲压机构冲床冲压机构12/13)运动循环图运动循环图主主动动件件ABAB由由初初始始位位置置(冲冲头头位位于于上上极极限限点点)转转过过9090o o时时, ,冲冲头头快速接近坯料;快速接近坯料;曲曲柄柄转转到到210

30、210o o时时,冲冲头头近近似似等等速向下冲压坯料;速向下冲压坯料;曲曲柄柄转转到到240240o o时时,冲冲头头继继续续向向下运动,将工件推出型腔;下运动,将工件推出型腔;曲曲柄柄转转到到285285o o时时,冲冲头头恰恰好好退退出出下下模模,最最后后回回到到初初始始位位置置,完成一个循环。完成一个循环。送送料料机机构构的的送送料料动动作作,只只能能在在冲冲头头退退出出下下模模到到冲冲头头又又一一次次接接触触工工件件的的范范围围内内进进行行。故故送送料料凸凸轮轮在在曲曲柄柄ABAB由由300300o o转转到到390390o o完完成成升升程程,而而曲曲柄柄ABAB由由390390o

31、o转到转到480480o o完成回程。完成回程。 (冲床冲压机构冲床冲压机构13/13)送料机构设计送料机构设计1 1四杆机构设计四杆机构设计依依据据滑滑块块的的行行程程要要求求以以及及冲冲压压机机构构的的尺尺寸寸限限制制,选选取取此机构尺寸如下:此机构尺寸如下:L LRHRH=100mm=100mm,L LOHOH=240mm=240mm,O O点点到到滑滑块块RKRK导导路路的的垂垂直直距距离离=300mm=300mm,滑块行程为,滑块行程为250mm250mm时,摇杆摆角应为时,摇杆摆角应为45.2445.24o o。2 2凸轮机构设计凸轮机构设计为为了了缩缩小小凸凸轮轮尺尺寸寸,摆摆杆杆的的行行程程应应小小ABAB,故故取取最最大大摆摆角角为为22.6222.62o o。因因凸凸轮轮速速度度不不高高,故故升升程程和和回回程程皆皆选选等等速速运运动动规规律律。因因凸凸轮轮与与齿齿轮轮2 2固固联联,故故其其等等速速转转动动。用用作作图图法法设设计计凸凸轮轮轮轮廓廓,取取基基圆圆半半径径r r0 0=50mm=50mm,滚滚子子半径半径r rT T=15mm=15mm。谢谢 谢谢 ! !

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