毕业设计(论文)蜗杆加工工艺

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1、继续教育学院 毕 业 论 文目 录前言3一 零件的分析41.1零件的作用41.2零件的结构简介41.2.1蜗杆的分类41.2.2蜗轮及蜗杆机构的特点51.2.3蜗轮蜗杆正确啮合的条件5二 工艺规程的设计62.1确定毛坯的材料62.1.1蜗杆材料的选择求62.2加工定位基面的选择72.2.1粗基准的选择72.2.2精基准的选择82.3拟定工艺路线82.4填写工艺卡片9三 工件安装及余量选择123.1工序尺寸及毛坯尺寸的确定123.2工件的安装12四 机床、刀具、夹具、量具的选择134.1机床的选择134.3量具的选择134.4工时定额与劳动生产率144.4.1工时定额144.4.2提高劳动生产率

2、的途径144.5切削用量的选择154.5.1主轴转速的确定154.5.2进给速度的确定15设计小结16致谢17参考文献18前言 制造业是国民经济的主体,社会财富的6080来自于制造业。在经济全球化的格局下,国际市场竞争异常激烈,中国制造业已向世界制造业基地转变。随着我国制造业的发展,齿轮对原动机与工作机之间动力的传递转换越加清晰。齿轮中的蜗轮蜗杆对其传递与转换的作用也是别的齿轮无法代替的。其对空间中相互成90的传动及大的传动比,平稳的机械性能都让其在机械领域噪声大作。 所以,对于其工艺的设计将至关重要。本设计将根据设计要求,认真详细的确定加工顺序,切削用量,进给量,切削速度,制定工艺线路。在实

3、际生产中,要完成某零件的加工,通常需要铸锻车铣刨磨钳热处理等多工种的配合,而其中最基本的,最广泛的工种就是车工。然而车工在加工中,很多零件是需要配合的,这时就要车蜗杆。在各种机械产品中,带有蜗杆的零件运用广泛,车削是常用的方法。这样就要求我们掌握蜗杆加工的基本原理,组成机构,并能在实际中熟练的运用。通过本次设计,是要我们将所学的理论知识运用于实际加工中。毕业设计是集理论知识与实际技能训练于一体的一次全面性的运用。通过此次设计,应达到如下要求:1.掌握各种蜗杆车削的方法;2.掌握蜗杆的组成机构;3.工作原理;4.能熟练的掌握蜗杆加工过程中的有关计算方法;5.并能正确查阅有关的技术手册的资料;6.

4、能合理的选择零件的定位基准;7.掌握工件的定位;8.夹紧的基本原理和方法;9.能分析零件的加工工艺;10.尽可能采用先进的工艺;一 零件的分析1.1零件的作用 蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条,蜗杆又与蜗杆形状相似。蜗轮与蜗杆机构常被用于两轴交错,传动比大,传动功率不大或间隙工作的场合。1.2零件的结构简介1.2.1蜗杆的分类 普通圆柱蜗杆的齿面(除ZK型蜗杆外)一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。根据车刀安装位置的不同,所加工出的蜗杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。根据不同的齿廓曲线,普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗杆),渐开

5、线蜗杆(ZI蜗杆),法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)和锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)等四种。GB1008588推荐采用ZI蜗杆和ZK 蜗杆两种。现将上述四种普通圆柱蜗杆传动所用的蜗杆及配对的蜗轮齿型分别介绍: 阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)。这种蜗杆在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上,齿廓为阿基米德螺旋线,在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线,其齿形角=20,它可以在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角3时)或双刀(当3时)车削加工。安装刀具时,切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线,这种蜗杆磨削困难,当导程角较大时加工不方便。 法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)。这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线,法面齿廓为直线。ZN蜗杆也

6、是用直线刀刃的单刀刃单刀或双刀在车床上车削加工。渐开线蜗杆(ZI蜗杆)。这种蜗杆的齿廓为渐开线,所以它相当于一个少齿数(齿数等于蜗杆头数),大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。其中蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切,中一把刀具高于蜗杆轴线,另一把刀具则低于蜗杆曲线,刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱相切,其中一把刀具高于蜗杆轴线,另一把刀具则低于蜗杆轴线,刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以在专用机床上磨削。锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)这是一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。加工时,除工件做螺旋运动外,刀具同2时绕其自身的

7、轴线做回转运动。这时,铣刀(或砂轮)回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面。这种蜗杆便于磨削,蜗杆的精度较高,应用日渐广泛。至于与上述各类蜗杆配对的蜗轮齿廓,则完全随蜗杆的齿廓而异。蜗轮一般是在液齿机上用滚刀或飞刀加工的。为了保证蜗杆和蜗轮能够正确啮合,切削蜗轮的滚刀齿廓,应与蜗杆的齿廓一致;深切时的中心距,也应与蜗杆传动的中心距相同。1.2.2蜗轮及蜗杆机构的特点可以得到很大的传动比,比交错轴斜齿轮机构紧凑两轮啮合齿面间为线接触,其承载能力大大高于交错轴斜齿机构。蜗杆传动相当于螺旋传动,为多齿啮合传动,故传动平稳,噪音小。具有自锁性,当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时,机构具有自锁性,可

8、实现反向自锁,即只能由蜗杆带动涡轮,而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构,其反向自锁性可以起安全保护作用。传动效率低,磨损较严重,蜗轮蜗杆啮合传动时,啮合轮齿间的相对滑动速度大,故摩擦损耗大,效率低;另一方面,相对滑动速度大使齿面磨损严重,发热严重,为了散热和减小磨损,常用价格较为昂贵的减磨性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置,因而成本较高。蜗杆轴向力较大。1.2.3蜗轮蜗杆正确啮合的条件 中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角相等,即蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴面模数且为标准值;蜗轮的端面压力角应等于蜗杆的轴面压力角且为标准值,即=m,=当蜗轮蜗杆的交错角为0时,还需保证而且蜗轮

9、与蜗杆螺旋线相同几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同,需要注意的个问题:.蜗杆导程角是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与蜗杆螺旋角的关系为:蜗轮的螺旋角,大则传动效率高,当小于啮合齿间当量摩擦角时,机构自损。.引入蜗杆直径系数9是为了限制蜗轮滚刀的数目,使蜗杆分度圆直径进行了标准化m,一定时,9大则大,蜗杆轴的刚度及强度相应增大;一定时,9小则导程角增大,传动效率相应提高。.蜗杆头数推荐值为1,2,4,6,当取小值时,其传动比大,且具有自锁性;当取大值时,传动效率高。与圆柱齿轮传动不同,蜗杆蜗轮机构传动比不等于,而是,蜗杆蜗轮机构的中心距不等于。.蜗杆蜗轮传动中蜗轮转向的判定方法,可

10、根据啮合点K处方向(平行于螺旋线的切线)及垂直于蜗轮轴线画速度矢量三角形来判定;也可用“右旋蜗杆左手握,左旋蜗杆右手握,四指拇指”来判定。零件的工艺分析 蜗杆加工中,中心孔是定位基准,但由于精度高,易出现直线度,圆柱等加工误差,不易达到图样上的形位精度和表面质量等技术要求,加工时还须增加辅助支承。同样,为了确保定位基准的精度,在工艺过程先后安排了三次研磨中心孔工序。 由于蜗杆螺纹是关键部位,为防止因淬火应力集中所引起的裂纹和避免螺纹在全长上的变形而使磨削余量不均等弊病,螺纹加工采用“全磨”加工方法,即在热处理后直接采用磨削螺纹工艺,以确保螺纹加工精精度。二 工艺规程的设计2.1确定毛坯的材料2

11、.1.1蜗杆材料的选择求具有优良的加工性能,能得到良好的表面光洁度和较小的残余内应力,对刀具磨损作用较小。抗拉极限度一般不低于588MPa。有良好的热处理工艺性,淬透性好,不易淬裂,组织均匀,热处理变形小,能获得较高的硬度,从而保证蜗杆的耐磨性和尺寸的稳定性。材料硬度均匀,金相组织符合标准。常用的材料有:T10A,T12A,45,9Mn2V,CrMn等。其中9Mn2V有较好的工艺性和稳定性,但淬透性差;优点是热处理后变形小,适用于制作高精度零件,但其容易开裂,磨削工艺性差,蜗杆的硬度越高越耐磨,但制造时不易磨削。2.2加工定位基面的选择 蜗杆定位基面:从结构上分,蜗杆有两种形式,套装蜗杆,整体

12、蜗杆。套装蜗杆以内孔加工基面,因此应先精加工内孔,然后以内孔为基面加工外圆及支承轴颈,螺纹的加工同样以内孔为基面,因此需要心轴。一般精密分度蜗杆的内孔精度要求是很高的,有的需要进行研磨老保证精度。一般精度分度蜗杆内孔应不低于1级精度,表面粗糙度不低于0.12,内孔的端面振摆应不小于0.005mm。蜗杆装在心轴上加工时,应首先检查两端轴肩的径向跳动是否在规定允差之内,以后每道工序均应校验,在蜗杆装配时,同样要校验两端轴肩的径向跳动,心轴精度必须等于或高于与套装蜗杆相配的轴精度。 整体蜗杆以中心孔为加工基面,对中心孔的要求很高,应该有保锥,保证光洁度和接触面积,每道工序前要检查和修正中心孔,对支承

13、轴颈应保证与中心孔同轴度和本身的几何精度,在半精加工和精加工工序前,都应检查支承轴颈的径向,跳径和端面的轴向振摆是否在公差以内。2.2.1粗基准的选择 选择粗基准时,考虑的重点是如何保证各加工面有足够的余量,使不加工基面与加工表面间的尺寸,位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求:粗基准的选择应以加工表面为粗基准。这是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度,如果工件上表面上有好几个不需要加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀,外形对称,少装夹等。选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该表

14、面有足够的加工余量。应尽可能选择平整,光洁,面积足够大的表面作为粗精准,以保证定位准确夹紧可靠。有浇口,冒口,飞边,毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。粗基准应避免重复使用,因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的,多次使用难以保证外表面间的位置精度。按照粗基准的选择原则,夹住外圆在一次装夹中把大部分表面加工出来,能保证外圆与内孔同轴度以及端面与轴线的垂直度。2.2.2精基准的选择基准重合原则 即可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位精准选择与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。基准统一原则,应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度,避免基准转换所带来的

15、误差,并且各工序所采用的夹具比较统一,从而减少夹具设计和制造工作。互为基准的原则。选择精基准时,有时两个被加工面,可以互为基准反复加工。自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,可以选择加工表面本身为基准。此外,还应选择工件上精度高,尺寸较大的表面为精基准,以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便,夹具设计简单等按照基准重合的原则。2.3拟定工艺路线不淬硬套装蜗杆备料正火粗车(调制)半精车外圆,粗车螺旋面人工时效精车(精磨)内孔端面插键槽半精车螺旋面钳(休整不完全齿)半精磨外圆精磨螺旋面低温时效研中心孔精磨外圆精磨螺旋面渗碳淬火整体蜗杆锻造退火粗车正火半精车外圆及螺旋面钳(休

16、整不完全齿)渗碳精车外圆(去不需渗碳部分)淬火回火研磨中心孔车紧固螺纹铣槽半精磨外圆半精磨螺旋面低温时效研磨中心孔精磨外圈及端面精磨螺旋面2.4填写工艺卡片序号工种工序内容专用工具备注1锻2热处理退火3粗车粗车各外圆,精留均留余量4mm5mm,总长至498mm,螺纹全不车出Cjk6132数控车床4热处理正火HB1802205半精车平面端面总长至497mm,钻中心孔,半精车各外圆,外圆留余量0.5mm0.6mm,30mm留去碳层4mm5mm,长度为43+0.5mm,M33螺纹外径留去碳层45,长度应超过键槽,车螺杆螺纹低径至尺寸,齿厚留余量0.5mm0.6mm,齿顶两侧倒角R=1.2mmCjk6

17、132数控车床6钳休整螺杆螺纹尾部不完全整牙小于1/3齿厚部分,去平刺7热处理渗碳深度1mm1.2mm,振摆0.15,(不淬硬)8车车平两端面总长至尺寸(余端车去2mm2.5mm)按外圆找正钻中心孔(B型),车去渗碳部分;30mm留余量0.3mm0.4mm,M33外径留余量0.3mm0.4mm,螺纹不车出长度,退刀槽至尺寸Cjk6132数控车床9热处理淬火HRC5862,局部或高频淬火),振摆0.110车研磨中心孔研磨顶尖11磨半精磨螺杆螺纹齿厚留余量0.2mm0.3mm,齿顶两侧倒圆角可以在螺丝磨床,蜗杆磨床或铲齿车床加工12磨半精磨外圆,均留余量0.15mm0.2mm,右端面留余量0.1m

18、m,磨M33外径及52mm外圆至尺寸M2110A外圆磨13精车车M33螺纹至尺寸倒角Cjk6132数控车床14钳划键槽线14钳划键槽线15铣铣键槽至尺寸,槽深应加上外圆余量XK714数控铣床16钳休整槽边角毛刺17热处理低温时效160200,油热24小时18车精研中心孔,精磨各外圆及右端面至尺寸及精度要求,研磨用顶尖研磨用顶尖19磨校正外圆(振摆0.001)精磨蜗杆螺纹侧面(底径不允许磨)至精度要求(与相配分度蜗轮配磨)M2110A外圆磨如蜗杆最后精加工用剃齿或珩齿,则蜗杆应与剃齿刀或珩磨蜗杆一同精磨到相同尺寸三 工件安装及余量选择3.1工序尺寸及毛坯尺寸的确定下料尺寸:85mm500mm粗车

19、尺寸:各外圆均留加工余量4mm5mm半精车尺寸:总长492mm,各外圆留加工余量0.5mm0.6mm,外圆30留去碳层3mm4mm,长到43 ,螺杆齿厚留余量0.5mm0.6mm,齿顶两侧 R=1.2mm.半精车尺寸:30留余量0.3mm0.4mm,M33外径留余量0.3mm0.4mm,螺纹不车出长度,退刀槽至尺寸.半精磨尺寸:半精磨外圆,均留余量0.15mm0.2mm,右端面留余量0.1mm,磨M33外径及52外圆至尺寸,半精磨螺杆螺纹齿厚留余量0.2mm0.3mm,齿顶两侧倒角.精车尺寸:车M33螺纹至尺寸,倒角.精磨尺寸:各部分尺寸至图样.3.2工件的安装在双顶尖间双顶尖间安装:在实心轴

20、两端钻中心孔,在空心轴两端安装带中心孔的锥堵或锥套心轴,用车床主轴和尾座顶尖轴两端中心孔的工件安装方式。使用跟刀架或中心安装在加工长轴类零件时,用跟刀架或中心架与轴外圆表面接触支承,以加强工件刚度,提高加工精度。跟刀架安装在成创大拖把上,切削时随大拖把移动。中心架单独安装在轴的中部。四 机床、刀具、夹具、量具的选择4.1机床的选择车削:车床CA6140键槽铣削;加工中心端面磨削:平面磨床M820外圆磨削:万能外圆磨床M1432A蜗杆磨削:剃齿机机床的主要规格尺寸与加工零件的外轮廓尺寸相适应;机床的精度应与工序要求的加工精度相适应;机床的生产率与加工零件的生产类型相适应;机床选择应结合现场的实际

21、情况。4.2刀具的选择 数控机床上的刀具应满足安装调试方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。根据零件的外形结构,加工需要如下刀具:45硬质合金端面车刀,菱形外圆车刀,外切槽刀,外螺纹刀,中心钻,键槽铣刀,蜗杆车刀。4.3量具的选择单件小批量生产,应尽量选用通用夹具,大批量生产,应采用高生产率的气液传动的专用夹具。夹具的精度应与加工精度相适应。外径、内径千分尺,游标卡尺,螺纹环(塞)规及卡板测量。螺纹量规是综合性检验量具,分为塞规和环规两种。塞规检验内螺纹,环规检验外螺纹,并由通规、止规两件组成一副。螺纹工件只有在通规可通过,止规通不过的情况下为合格,否则零件为不合格。用螺纹千分尺测量螺纹中径。

22、用齿厚游标卡尺测量。三针测量法。 三针测量法测量时,在螺纹凹槽内防止具有同样直径的三根量针,然后用适当的量具(如千分尺等)来测量螺纹中径。 量具的选择,单件小批量生产应选用通量具,大批量生产应采用各种量规和一些高生产率的专用检具,量具的精度应为加工精度相适应。4.4工时定额与劳动生产率4.4.1工时定额 工时定额(To)是指在一定的生产下制订出来的完成单件产品(如一个零件)或某项工作(如一个工序)所必须消耗的时间,包括基本时间(Tb),辅助时间(Ta),技术服务时间(Tc),组织服务时间(Tg),休息和生理需要时间(Tn)。其中:Tc+Tg+Tn=(Tb+Ta)B则工时定额To=(Tb+Ta)

23、(1+B)劳动生产率是指工人在单位时间内制造的合格品数量,或指制造单件产品所消耗的劳动时间。劳动生产率一般通过时间定额来衡量。4.4.2提高劳动生产率的途径 提高劳动生产率的途径可以从工艺技术、产品设计和生产组织与管理三个方面出发。从工艺技术上是采取缩短工时定额的方法来提高劳动生产率。方法有:1.在保证质量的前提下提高机床转速、刀具进给速度、背吃刀量,可缩短To.2.采用多刀或多件加工。3.缩减辅助时间Ta,提高设备机械化和自动化程度或使辅助时间与基本时间重合,如采用先进高效夹具,多工位连续加工,主动检验或数字显示自动测量装置,两个相同夹具交替工作等方法。径尺寸的大小,以验证所加工的螺纹中径是

24、否正确。4.缩减组织服务时间(Tc)。5.缩减组织服务时间(Tg)。6.采用先进工艺方法。如采用粉末冶金,蜡铸,压铸,精密锻等先进毛坯制造方法;采用滚挤扎等多少,无屑新加工工艺;采用特种加工方法及改造加工方法等。4.5切削用量的选择4.5.1主轴转速的确定车外圆是主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件的直径来选择。其计算公式为:=1000v/IId.车螺纹时的主轴转速在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P大小,驱动电机的升降频特性,以及螺纹插补运算速度等多种因素影响,对于不同的数控系统,推荐不同的主轴转速选择范围。公式为:N(120/p)-K式中P-被加工螺纹螺距,K-保险系数,一

25、般取为80.4.5.2进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的主要参数,确定进给速度的原则:当工件的质量要求能得到保障时,为提高生产率,可选择较高的进给速度,一般在100200mm/min范围内选择。再切断,加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在2050mm/min范围内选取。 当加工精度,表面粗糙度要求时,进给量应选小一些,一般在2050mm/min范围内选取。4.5.3被吃刀量的确定 背吃刀量根据机床、工件、刀具的刚度来决定,在刚度允许的条件下应尽可能使背吃刀等于工件的加工余量,这样就可以减少走刀次数,提高生产效率,为了保证加工表面质量,可以留少许加工余量,一般为

26、0.2mm0.5mm。车削用量的具体常规如下:粗车时,首先尽可能大的背吃刀量,其次选择一个较大的进给量,最后确定一个合适的切削速度;精车时,加工表面要求较高,加工余量不大且均匀,因此选择较小的背吃刀量和进给量。设计小结 时至今日,毕业设计的整个过程也已结束,在这个过程中我学到了很多的东西,让我获益匪浅。 在准备设计阶段时,我总结学过的专业知识,到图书馆,上网查找资料,搜集各种能辅助设计的知识,设计过程中,运用综合知识进行考虑,遇到不懂的问题及时向老师请教,或与同学讨论。从开题报告的格式,到加工过程中应正确分析零件的装夹定位,划分加工工序,从选择合理的刀具,到切削用量的确定,从编写加工程序到数控

27、车床上切削加工。曹老师的细心讲解,设计中遇到的每个细节问题都和同学认真讨论。在曹老师及同学的悉心指导下,我从开题报告起,进行零件工艺分析,装夹方案的确定,加工工序划分,进行合理的刀具,确定切削用量,拟定数控加工工序卡片,编写加工程序,加工零件并自检,编写整理设计说明书等过程,并通过小组讨论老师指导,我的毕业设计最终得以顺利完成。通过这次的毕业设计我获得很多。首先,毕业设计是对我三年来所学专业知识是否踏实的检验,让我对三年所学知识进行了综合,也让我对四年所学的知识进行了综合和运用,最重要的是,这次毕业设计让我体会到团体的重要,同时也发现了自己的很多不足,所以在以后的学习中更要努力、细心。 致谢

28、本文是在曹玉君老师的悉心指导下完成的。从论文的选题、理论研究和模型试验的整个过程中,处处渗透着导师的心血和辛劳。导师深厚的造诣,严谨的治学态度,求实的工作作风以及对科学研究的顽强拼搏、创新精神,深深的教育和鼓舞着我,激励着我不断前进,使我的学习进步在科研工作中受益匪浅。首先感谢我的同学三年来对我学习,生活的关心和帮助,最后向我的父母致谢,感谢他们对我的支持和养育,感谢我的室友们,人人都来自不同的地方,是你们和我共同维护着彼此之间兄弟般的感情,维护着寑室那份家生活。四年了,仿佛就在昨天,我们没有红过脸,没有吵过架,没有发生过不开心的事,只是一后大家就很难在一起了。让我们将这些过去的放在自己的记忆

29、里,我们都要奔向自己的未来,希望各位老师同学都照顾好自己,感谢你们。 特此感谢曹玉君老师对我们的指导和关怀。本文同时感谢那些时刻关怀我的老师,同学以及家人,对他们表示最诚挚的感谢!参考文献 1机修手册中国机械工程学会第一机械工业部.主编,北京:机械工业出版社,1981.4北京第一版2金属材料工艺学北京:机械工业出版社,2006.23 机械设计基础刘颖 北京:中央广播电视大学出版社2006.34机械制造技术吴慧媛 北京:西安电子科技大学出版社,2006.115机械设计课程设计巩云鹏、田万禄. 沈阳:东北大学出版社 20006机械制图.大连理工大学工程画教研室编.北京:高等教育出版社 19937数控加工工艺徐宏涛 北京:中央广播电视大学出版社,20078 数控编程技术张超英 北京:中央广播电视大学出版社,20079公差配合与技术测量 薛彦成 机械工业出版社 2005 10机械设计课程设计巩云鹏、田万禄. 沈阳:东北大学出版社 200017

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