2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、機(jī)械故障診斷理論與方法,第一章 機(jī)械故障診斷緒論,什么是機(jī)械故障?機(jī)械故障怎么表征?用什么技術(shù)手段去尋找故障特征?如何正確有效地診斷出故障?避免和防止故障及其后果的措施是什么?,,第一章 機(jī)械故障診斷緒論,一、機(jī)械故障診斷研究的意義和內(nèi)容 主要內(nèi)容: 設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè); 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別診斷; 設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)的分析預(yù)測(cè)

2、; 歷史情況(停機(jī)時(shí)間、維修工作量) 事后維修: 定期維修; 視情維修;,,,二、主要技術(shù)手段及各自特點(diǎn) 1、振動(dòng)診斷技術(shù) 振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)處理,正常車輛的變速箱垂直方向振動(dòng)譜,異常車輛的變速箱垂直方向振動(dòng)譜,2、油液分析技術(shù) 鐵譜、光譜,正?;瑒?dòng)磨粒(左上)嚴(yán)重滑動(dòng)磨粒(右上)切削磨粒(左下),疲勞

3、剝離磨粒(左上)鋁磨粒(右上)銅合金嚴(yán)重滑動(dòng)磨粒(右下),3、溫度檢測(cè)技術(shù) 紅外技術(shù),紅外熱像儀,測(cè)溫筆,測(cè)溫儀,紅外輻射測(cè)溫儀,4、無(wú)損檢測(cè)技術(shù),材料在塑性變形或損傷破壞過(guò)程中釋放應(yīng)變能/產(chǎn)生應(yīng)力波——聲發(fā)射(AE)AE源信號(hào)包括:裂紋、腐蝕、分層/脫粘、泄漏……傳感器接收AE信號(hào),通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理、分析進(jìn)行缺陷分析和無(wú)損檢測(cè) (from ASTM E610-82),聲發(fā)射檢測(cè)原理,5、工業(yè)內(nèi)窺鏡,齒輪點(diǎn)蝕,

4、軸承狀態(tài),三、故障診斷的科學(xué)問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù),狹義的講,機(jī)械健康時(shí),積累一套模態(tài)數(shù)據(jù),已知故障了,停機(jī),再進(jìn)行一次模態(tài)分析,通過(guò)模態(tài)參數(shù)的變化,推知機(jī)械物理參數(shù)的變化,實(shí)現(xiàn)包括故障的準(zhǔn)確定位、損毀程度的估計(jì),……,指導(dǎo)修復(fù)。 故障診斷領(lǐng)域的研究,多年來(lái)一直把信號(hào)分析、故障模式匹配、遠(yuǎn)程測(cè)量作為主要研究對(duì)象,大大地忽略了振動(dòng)機(jī)理研究和原始參數(shù)獲取的過(guò)程。,對(duì)一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)輸入X、輸出Y和系統(tǒng)H的關(guān)系:,,動(dòng)力學(xué)正問(wèn)題:

5、 已知結(jié)構(gòu)H(設(shè)計(jì))和載荷X(環(huán)境),求響應(yīng)Y(結(jié)果)。 強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算手段,成熟的商用大型有限元分析軟件,高速計(jì)算機(jī)硬件。,第一類反問(wèn)題 已知: 載荷X(環(huán)境) 響應(yīng)Y(結(jié)果)求: 結(jié)構(gòu)H(設(shè)計(jì))即: “模態(tài)分析”,第二類反問(wèn)題 已知: 結(jié)構(gòu)H(設(shè)計(jì)) 響應(yīng)Y(結(jié)果) 求: 載荷X(環(huán)境) 即: “載荷辨識(shí)”

6、,進(jìn)一步擴(kuò)展的復(fù)雜反問(wèn)題: 僅僅已知: 響應(yīng)Y(結(jié)果) 求: 結(jié)構(gòu)H(設(shè)計(jì)) 以及載荷X(環(huán)境) 即: “工況載荷下系統(tǒng)辨識(shí)及載荷識(shí)別”,如果沒(méi)有其他先驗(yàn)知識(shí)、假設(shè)和信息補(bǔ)充,從邏輯上說(shuō),這是不可能的。然而卻是越來(lái)越迫切的故障診斷的實(shí)際要求。,四、機(jī)械故障診斷的發(fā)展趨勢(shì),機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷是一門正在不斷完善和發(fā)展的交叉型學(xué)科是一項(xiàng)與現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)緊密相關(guān)的技術(shù)是

7、機(jī)械學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一故障診斷學(xué)科需解決的重要問(wèn)題故障特征信息提取和故障分類、識(shí)別的新理論、新方法復(fù)雜故障產(chǎn)生機(jī)理及模型的深入研究故障診斷智能系統(tǒng)研究,包括診斷專家系統(tǒng)和 網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng),第二章 機(jī)械故障診斷的基本原理,機(jī)械故障診斷學(xué)包括機(jī)械故障診斷的原理與技術(shù)兩大部分。 本章首先討論幾個(gè)與機(jī)械故障診斷有關(guān)的基本問(wèn)題,主要包括: 機(jī)械故障診斷概述 ;

8、 故障特征參量表征; 故障診斷的一般思維方法。,第一節(jié) 機(jī)械故障診斷概述,一、機(jī)械故障及其分類二、故障診斷及其分類三、機(jī)械故障診斷的基本環(huán)節(jié),一、機(jī)械故障及其分類,定義: 機(jī)械故障(Fault異常/Failure失效), 是指機(jī)械系統(tǒng)(零件、組件、部件或整臺(tái)設(shè)備乃至一系列的設(shè)備組合)因偏離其設(shè)計(jì)狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。例: 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)不起來(lái)、汽車剎車不靈、機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、機(jī)床

9、加工精度超標(biāo)、機(jī)器運(yùn)行時(shí)振動(dòng)噪聲過(guò)大、齒輪輪齒折斷等等現(xiàn)象。,一. 機(jī)械故障及其分類,分類的目的: (1)便于信息交互與交流; (2)便于處理故障時(shí)更有針對(duì)性。分類方法: 機(jī)械故障可以從不同的角度來(lái)進(jìn)行分類 (1)按其發(fā)生的原因分 (2)按其造成的后果分 (3)按其發(fā)生的快慢分 (4)按其發(fā)

10、生的范圍(程度)分 (5)按其發(fā)生的頻次分 (6)其他角度來(lái)進(jìn)行分類(所采用的技術(shù)手段),二、機(jī)械故障診斷及其分類,定義:所謂機(jī)械故障診斷,就是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)所處的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),判斷其是否正常,當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)分析其產(chǎn)生的原因、部位和嚴(yán)重程度,并預(yù)報(bào)其發(fā)展趨勢(shì)。分類的目的: 主要是為了便于信息交流分類方法: 機(jī)械故障診斷可以分類如下: (1)按其目的分; (2)按其方

11、式分 (3)按其提取信息的方式分; (4)按診斷時(shí)所要求的機(jī)械運(yùn)行工況條件分; (5)按功能分。,一. 機(jī)械故障及其分類,1. 按其發(fā)生的原因分磨損性故障:是指機(jī)械系統(tǒng)因使用過(guò)程中的正常磨損而引發(fā)的一類故障,對(duì)這類故障形式,一般只進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。 (2) 錯(cuò)用性故障:是因使用不當(dāng)而引發(fā)的故障。(3) 先天性故障:是由于設(shè)計(jì)或制造不當(dāng)而造成機(jī)械系統(tǒng)中存在某些薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障。,一. 機(jī)械

12、故障及其分類,2.按其造成的后果分(1) 危害性故障:故障發(fā)生后會(huì)對(duì)人身、生產(chǎn)和環(huán)境造成危險(xiǎn)或危害的一類故障,如機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)不能進(jìn)行有效地工作而造成損害工件或操作者的故障、毒氣泄漏、高壓罐爆炸等。(2)安全性故障:故障的發(fā)生不會(huì)對(duì)人身、生產(chǎn)和環(huán)境造成危害的一類故障,如保護(hù)系統(tǒng)在不需保護(hù)時(shí)動(dòng)作的故障等。,一. 機(jī)械故障及其分類,3. 按其發(fā)生的快慢分(1) 突發(fā)性故障:不能靠早期測(cè)試探測(cè)出來(lái)的一類故障。即此類故障是不可預(yù)測(cè)的,對(duì)這類

13、故障只能進(jìn)行預(yù)防,如過(guò)載造成機(jī)件損壞。(2) 漸發(fā)性故障:故障的發(fā)展有一個(gè)過(guò)程,因而可對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和監(jiān)視,如疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。,一. 機(jī)械故障及其分類,4. 按其發(fā)生的范圍分 (1) 部分性故障:設(shè)計(jì)功能部分喪失的一類故障。 (2) 完全性故障:設(shè)計(jì)功能完全喪失的一類故障。5. 按其發(fā)生的頻次分 (1) 偶發(fā)性故障:發(fā)生頻率很低的一類故障,即“意外現(xiàn) 象”,如齒輪斷齒。 (2) 多發(fā)性故障:經(jīng)常

14、發(fā)生的一類故障,如齒輪磨損。 機(jī)械故障還有其它分類方法,如單一故障/復(fù)雜故障等。,二、機(jī)械故障診斷及其分類,1. 按目的分(1) 功能診斷:即對(duì)新安裝或剛維修過(guò)的機(jī)械系統(tǒng)診斷其功能是否正常,也就是投入運(yùn)行前的診斷。(2) 運(yùn)行診斷:即對(duì)服役中的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行的診斷。2. 按方式分(1) 在線監(jiān)測(cè):就是連續(xù)地對(duì)服役中的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),測(cè)試傳感器及二次儀表等安裝在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng),隨機(jī)械系統(tǒng)一起工作。(2) 巡回檢測(cè):就是每隔一定

15、的時(shí)間對(duì)服役中的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行檢查和診斷;,二、機(jī)械故障診斷及其分類,3. 按提取信息的方式分 (1) 直接診斷:診斷對(duì)象與診斷信息來(lái)源直接對(duì)應(yīng)的一種診斷方法,即一次信息診斷。如通過(guò)檢測(cè)齒輪的安裝偏心和運(yùn)動(dòng)偏心等參數(shù)來(lái)判斷齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常即屬此類; (2) 間接診斷:診斷對(duì)象與診斷信息來(lái)源不直接對(duì)應(yīng)的一種診斷方法,即二次、三次等非一次信息的診斷。如通過(guò)測(cè)箱體的振動(dòng)來(lái)判斷齒輪箱中齒輪是否存在偏心等。4. 按診斷時(shí)所要求的

16、機(jī)械運(yùn)行工況條件分 (1)常規(guī)工況診斷:在機(jī)械的正常運(yùn)行條件下進(jìn)行的一種故障診斷方式; (2)特殊工況診斷:對(duì)某些機(jī)械,需為其創(chuàng)造特殊的工作條件才能對(duì)其進(jìn)行診斷。如動(dòng)力機(jī)組的升降速過(guò)程診斷。,二、機(jī)械故障診斷及其分類,5. 按功能分 (1) 簡(jiǎn)易診斷:對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)作出相對(duì)粗略的判斷。一般只回答“正常與否”、“有無(wú)故障”等問(wèn)題,而不分析故障原因、故障部位及故障程度等。又稱“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”。 (2) 精密診斷

17、:是在簡(jiǎn)易診斷基礎(chǔ)上更為細(xì)致的一種診斷過(guò)程,它不僅要回答“正常與否”、“有無(wú)故障”的問(wèn)題,而且還要詳細(xì)地分析出故障原因、故障部位、故障程度及其發(fā)展趨勢(shì)等一系列的問(wèn)題。又稱“故障診斷”。 機(jī)械故障診斷還可根據(jù)所采用的技術(shù)手段不同而分為振動(dòng)診斷、油樣分析、溫度監(jiān)測(cè)、無(wú)損檢測(cè)等,三、機(jī)械故障診斷的基本環(huán)節(jié),一個(gè)完整的診斷過(guò)程一般由以下四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成:1. 確立運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容;2. 建立測(cè)試系統(tǒng);3. 測(cè)試、分析及信

18、息提取;4. 狀態(tài)監(jiān)測(cè)、判斷及預(yù)報(bào),三、機(jī)械故障診斷的基本環(huán)節(jié),基本環(huán)節(jié)1:確立運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容 主要包括確立監(jiān)測(cè)參數(shù)、監(jiān)測(cè)部位及監(jiān)測(cè)方式(在線/巡檢)等方面的內(nèi)容,這主要取決于故障形式,同時(shí)也要考慮被監(jiān)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境等因素以及現(xiàn)有的測(cè)試設(shè)備條件,這是整個(gè)診斷工作的基礎(chǔ)。 狀態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容確立得當(dāng),不僅能極大地提高診斷效率,有時(shí)甚至決定著診斷工作的成敗。如礦用風(fēng)機(jī)軸承的溫度、振動(dòng)監(jiān)測(cè)。,三、機(jī)械故障診斷的

19、基本環(huán)節(jié),基本環(huán)節(jié)2: 建立測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)步驟1的要求選取傳感器及其配套儀器,組成測(cè)試系統(tǒng),用以收集故障診斷所需的信息。在建造測(cè)試系統(tǒng)時(shí),不僅要注意有用信號(hào)的獲?。`敏度和精度等性能),同時(shí)還要考慮測(cè)試系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性以及如何在測(cè)試階段進(jìn)行降噪除噪等,以便簡(jiǎn)化后續(xù)的信號(hào)分析處理過(guò)程。正確、有效信號(hào)的取得是準(zhǔn)確診斷的先決條件,偏離了這個(gè)前提,診斷工作就無(wú)從談起。,三、機(jī)械故障診斷的基本環(huán)節(jié),基本環(huán)節(jié)3: 測(cè)試、分析及信息提取

20、 主要內(nèi)容:對(duì)測(cè)試系統(tǒng)所獲得的信號(hào)進(jìn)行加工,包括濾波、異常數(shù)據(jù)剔除、各種分析算法(如時(shí)域、頻域)等。 主要目的: 從有限的信號(hào)中獲得盡可能多的關(guān)于被診斷對(duì)象狀態(tài)的有用信息,這是機(jī)械故障診斷的核心。 基本環(huán)節(jié)4:狀態(tài)診斷、監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào) 主要內(nèi)容:構(gòu)造或選定判據(jù),確定劃分設(shè)備狀態(tài)的各有關(guān)參量的門檻值等內(nèi)容。 主要目的:判定被診斷對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài),并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。,第二節(jié)

21、 故障特征參量,一、故障特征參量的定義二、故障特征參量的選取原則三、故障特征參量的選定方法,一、故障特征參量的定義,對(duì)于某一具體的故障類型,我們所關(guān)心的問(wèn)題是: (1)這種故障通過(guò)哪些物理參量表現(xiàn)出來(lái)? (2)這種故障與各物理參量間的關(guān)系強(qiáng)弱情況如何? 一般而言,對(duì)于前一個(gè)問(wèn)題,只要機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生了變化,就必定會(huì)影響到與之相聯(lián)系的各個(gè)動(dòng)態(tài)物理參量,牽涉面較廣。而故障類型與物理參量的關(guān)系強(qiáng)弱是我們最感

22、興趣的。因?yàn)橹挥心切┡c某種故障類型之間的關(guān)系密切、對(duì)故障敏感可靠的物理參量才被用于故障的診斷。 故障特征參量的定義:對(duì)故障敏感、穩(wěn)定可靠的物理量(原始/運(yùn)算后)稱為故障特征參量。,一、故障特征參量的定義,說(shuō)明1:機(jī)械系統(tǒng)的故障類型千差萬(wàn)別,與每一種故障類型相對(duì)應(yīng),機(jī)械系統(tǒng)必定會(huì)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)物理參量將其表征出來(lái) (一因多果);每一種故障類型也必須由一種或多種原因所引起 (一果多因)。如齒輪齒面點(diǎn)蝕。 故

23、障表現(xiàn)與其特征參量和故障原因之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系: F = f (α1 ,α2 ,α3 ,…...) F — 某種故障類型; α1 ,α2 ,α3 — 各特征參量或故障原因。 故障診斷就是要確定F與α1 ,α2 ,α3…..之間的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系 f,以便通過(guò)檢測(cè)α1 ,α2 ,α3… 來(lái)判斷故障類型F是否發(fā)生,或在已知F

24、發(fā)生的情況下去查明造成 F 產(chǎn)生的原因α1 ,α2 ,α3… 等。,一、故障特征參量的定義,說(shuō)明2: 對(duì)于同一種故障類型,當(dāng)它們發(fā)生在不同的機(jī)械系統(tǒng)上時(shí),其故障特征參量也不同,因此,在確定某種故障的特征參量時(shí),應(yīng)結(jié)合具體的系統(tǒng)進(jìn)行。 例如:一般機(jī)器的軸承發(fā)生故障時(shí),其溫度會(huì)升高,此時(shí)溫度可選為故障特征參量。然而,對(duì)于礦用通風(fēng)機(jī),其轉(zhuǎn)子軸承處于風(fēng)道內(nèi),受到強(qiáng)風(fēng)冷卻,即使出現(xiàn)故障溫度也未必明顯升高,此時(shí)就不宜選用溫度作為

25、軸承故障的特征參量。,二、故障特征參量的選取原則,1. 高度敏感性:機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)的微弱變化應(yīng)引起故障特征參量較大的變化;2. 高度可靠性:故障特征參量是依賴于機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)變化而變化的,如果把系統(tǒng)狀態(tài)取作自變量,故障特征參量取作因變量,則故障特征參量應(yīng)是系統(tǒng)狀態(tài)這個(gè)自變量的單值函數(shù);3. 實(shí)用性(或可實(shí)現(xiàn)性):故障特征參量應(yīng)便于檢測(cè),如果某個(gè)物理參量雖對(duì)某種故障足夠靈敏,但這個(gè)參量不易獲得(經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面的考慮),那么這個(gè)物理參量也

26、不便用作故障特征參量。如齒面溫度。,三、故障特征參量的選定方法,理論分析 + 實(shí)驗(yàn)原因: (1)故障的復(fù)雜性及多因多果性; (2)故障類型不同,其故障特征不同,其故障特征參量也不同; (3)即使是同一種故障類型,當(dāng)其環(huán)境條件(包括故障主體)發(fā)生變化時(shí),其故障特征參量也不同。,第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法,故障識(shí)別理論與思維科學(xué)以及故障診斷技術(shù)的發(fā)展密不可分。從傳統(tǒng)診斷技術(shù)向現(xiàn)代診斷技術(shù)發(fā)展。傳統(tǒng)診斷技

27、術(shù):識(shí)別理論主要借助形式邏輯進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的推理。現(xiàn)代診斷技術(shù):有故障樹分析、模式識(shí)別、模糊診斷等多種識(shí)別理論。本節(jié)討論形式邏輯推理與故障樹分析的基本原理。,第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法,一、形式邏輯推理,故障診斷過(guò)程是一個(gè)觀察、假設(shè)、驗(yàn)證、修正假設(shè)、再驗(yàn)證……,直至找到故障的真正原因的過(guò)程。故障診斷過(guò)程可分為五個(gè)步驟: (1) 調(diào)研考察,得出故障現(xiàn)象; (2) 假設(shè)原因; (3) 由假設(shè)原因推斷出應(yīng)有的結(jié)果;

28、 (4) 將推斷結(jié)果與考察所得的現(xiàn)象進(jìn)行比較; (5) 得出假設(shè)成立與否的結(jié)論,如果原假設(shè)不成立,則需另立假設(shè)。以上第 3)、4)、5) 是屬于證實(shí)或推翻假設(shè)。在分析故障時(shí),往往進(jìn)行某些試探性的調(diào)整、拆卸,觀察故障癥狀的變化,以查尋或反證故障發(fā)生的部位。,二、故障樹分析法(FTA)概述,故障樹分析法(Fault Tree Analysis)是由美國(guó)貝爾電話研究所沃森(Watson)和默恩斯(Mearns)于1961年首次提出并

29、應(yīng)用于分析民兵式導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的故障診斷。其后,波音公司的哈斯?fàn)枺℉asse)等人研制出故障樹分析法計(jì)算程序,標(biāo)志著故障樹分析法進(jìn)入了以波音公司為中心的宇航領(lǐng)域。1974年后故障樹分析法從宇航、核能進(jìn)入電子、化工和機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。,2.1 故障樹分析法概述,故障樹分析,就是首先選定某一影響最大的系統(tǒng)故障作為頂事件,然后將造成系統(tǒng)故障的原因逐級(jí)分解為中間事件,直至把不能或不需要分解的基本事件作為底事件為止,各事件用邏輯門相聯(lián)系,這樣

30、就得到了一張樹狀邏輯圖,稱為故障樹。如圖1-1所示。,故障樹分析法(FTA)引例:,2.2 故障樹分析法主要步驟,故障樹分析就是以故障樹為基礎(chǔ),分析影響頂事件發(fā)生的底事件種類及其相對(duì)影響程度。故障樹分析的主要步驟: (1)建立故障樹; (2)故障樹的定性分析; (3)故障樹的定量分析。,2.3 故障樹的建立,建樹方法:人工建樹、計(jì)算機(jī)輔助建樹。建樹思路:(1) 確定頂事件; →(2) 建立邊

31、界條件; →(3) 建立原始故障樹; →(4) 故障樹的簡(jiǎn)化; →(5) 定性分析; →(6) 定量計(jì)算,2.4 建樹實(shí)例--減速器的故障,建樹實(shí)例--減速器的故障(續(xù)),在本例中,減速器的故障就是頂事件。假定減速器故障僅包括漏油、振動(dòng)噪聲超標(biāo)和減速器不能工作三種形式,它們可作為故障樹的第二級(jí)。而減速器的振動(dòng)噪聲可能來(lái)自齒輪箱,也可能來(lái)自基座、電機(jī)或工作中的不平穩(wěn)外載荷,它們可作為故障樹的第三級(jí)。齒輪箱由轉(zhuǎn)軸組件和軸承系統(tǒng)組成,它們構(gòu)

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