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1、機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)傳遞動(dòng)力時(shí),傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力時(shí),傳動(dòng)比 i 880用于空間交錯(cuò)軸間的傳動(dòng),通常用于空間交錯(cuò)軸間的傳動(dòng),通常=90蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn):蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊;工作平穩(wěn)、噪聲小工作平穩(wěn)、噪聲小;傳動(dòng)比大傳動(dòng)比大但效率低;制造成本較高但效率低;制造成本較高4- -1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及類(lèi)型蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及類(lèi)型機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)蝸桿蝸桿蝸蝸輪輪普通圓柱蝸桿傳動(dòng):普通圓柱蝸桿傳動(dòng):阿基米德蝸桿傳動(dòng)(阿基米德蝸桿傳動(dòng)(ZA)漸開(kāi)線蝸桿傳動(dòng)(漸開(kāi)線蝸桿傳動(dòng)(ZI)法向直廓蝸桿傳動(dòng)(法向直廓蝸桿傳動(dòng)(ZN)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)圓柱蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型:蝸
2、桿傳動(dòng)的類(lèi)型:環(huán)面蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型的選擇:蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型的選擇: 本章主要討論阿基米德蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)本章主要討論阿基米德蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)4- -2 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算一、主要參數(shù)一、主要參數(shù) 模數(shù)模數(shù) m 和壓力角和壓力角中間平面中間平面 包含蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面包含蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面蝸輪加工蝸輪加工 滾刀滾制,滾刀幾何參數(shù)同相配蝸桿滾刀滾
3、制,滾刀幾何參數(shù)同相配蝸桿正確嚙合條件:正確嚙合條件:在中間平面內(nèi)在中間平面內(nèi)mx1 = mt 2 = mx1 = t 2 = = 20蝸桿軸面蝸桿軸面模數(shù)模數(shù)蝸輪端面蝸輪端面模數(shù)模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)蝸桿軸面蝸桿軸面壓力角壓力角蝸輪端面蝸輪端面壓力角壓力角第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)對(duì)于蝸桿:中間平面是軸面對(duì)于蝸桿:中間平面是軸面對(duì)于蝸輪:中間平面是端面對(duì)于蝸輪:中間平面是端面機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 蝸桿導(dǎo)程角蝸桿導(dǎo)程角與蝸輪螺旋角與蝸輪螺旋角之關(guān)系之關(guān)系=90 時(shí):時(shí): = 且旋向相同且旋向相同 蝸桿分度圓直徑蝸桿分度圓直徑 d1 及直徑系數(shù)及直徑系數(shù) q d1 標(biāo)準(zhǔn)系列值標(biāo)準(zhǔn)系
4、列值 限制蝸輪滾刀數(shù)量,便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化限制蝸輪滾刀數(shù)量,便于刀具標(biāo)準(zhǔn)化 蝸桿直徑系數(shù):蝸桿直徑系數(shù):q = d1 / m d1 = m qq 與導(dǎo)程角與導(dǎo)程角之關(guān)系:之關(guān)系:1tandpz 11x1dpz mqmz 1 qz1 第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿導(dǎo)程蝸桿導(dǎo)程 pz蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)軸向齒距軸向齒距px1 m 而而 d2 = m z2 d1機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)小小大,走刀快大,走刀快大大根據(jù)根據(jù) i 查表查表49 d2 / d1 mz2/(mq) z2/qz1 = 1 6 蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù) z1、蝸輪齒數(shù)、蝸輪齒數(shù) z2 及傳動(dòng)比及傳動(dòng)比 ii = n1/n2 = z2
5、/z1 = d2 / d1 ? z1 少,則少,則小,效率低小,效率低重載時(shí)取重載時(shí)取 z1 1 要求自鎖要求自鎖 z1 = 1 z1 過(guò)多過(guò)多,則則大,制造困難大,制造困難z2 = i z1=28 80常取常取 z2 = 32 63第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)n1起起吊吊裝裝置置要要求求反反行行程程自自鎖鎖機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度 vss/msincos21s vvv 由此可見(jiàn),由此可見(jiàn),vs v1、v2所以蝸桿傳動(dòng)摩擦損失大,所以蝸桿傳動(dòng)摩擦損失大,效率低。效率低。21svvv 第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)嚙
6、合線的方嚙合線的方向不會(huì)改變向不會(huì)改變CC圓圓柱柱齒齒輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)蝸蝸桿桿傳傳動(dòng)動(dòng)二、蝸桿傳動(dòng)的變位二、蝸桿傳動(dòng)的變位目的:湊中心距目的:湊中心距 或或 湊傳動(dòng)比。湊傳動(dòng)比。特點(diǎn):只對(duì)蝸輪進(jìn)行變位,而蝸桿不變位。特點(diǎn):只對(duì)蝸輪進(jìn)行變位,而蝸桿不變位。蝸輪的分度圓仍與節(jié)圓重合,即蝸輪的分度圓仍與節(jié)圓重合,即d2d2=mz2;變位后變位后:若只改變中心距:若只改變中心距:(湊中心距)(湊中心距) 蝸桿的分度圓與節(jié)圓分離,即蝸桿的分度圓與節(jié)圓分離,即d1d1。例:例:maax 2蝸輪變位蝸輪變位系數(shù)系數(shù)變位后的變位后的中心距中心距變位前的變位前的中心距中心距25. 041241252 x若只改變蝸輪
7、齒數(shù):若只改變蝸輪齒數(shù):(湊傳動(dòng)比)(湊傳動(dòng)比) 中心距不變中心距不變2222zzx 變位前的變位前的齒數(shù)齒數(shù)變位后的變位后的齒數(shù)齒數(shù)5 . 0241402 x例:例:第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)變位蝸桿傳動(dòng)變位幾種變位情況幾種變位情況x2可取可取11,故,故 z2 最多只能改變兩個(gè)齒。最多只能改變兩個(gè)齒?;蚧?mz2機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)三、幾何尺寸計(jì)算三、幾何尺寸計(jì)算中心距中心距 a =(d1+d2)/2 + x2m = m(q+z2)/2x2m 其他尺寸計(jì)算見(jiàn)表其他尺寸計(jì)算見(jiàn)表4- -3和和4- -4傳動(dòng)比傳動(dòng)比 i 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng) i = d2 / d1 i d2 / d1 m、
8、 法面為標(biāo)準(zhǔn)值法面為標(biāo)準(zhǔn)值中間平面為標(biāo)準(zhǔn)值中間平面為標(biāo)準(zhǔn)值 1= 2 =, 旋向相同旋向相同 d1 d1= mnz1/cosd1=mq,且為標(biāo)準(zhǔn)值且為標(biāo)準(zhǔn)值 第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)4- -3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料及結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料及結(jié)構(gòu)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)一、失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕 蝸輪材料為鑄錫青銅時(shí),蝸輪材料為鑄錫青銅時(shí),此種材料強(qiáng)度稍低此種材料強(qiáng)度稍低齒面膠合齒面膠合 蝸輪材料為鑄鋁青銅或鑄鐵時(shí)蝸輪材料為鑄鋁青銅或鑄鐵時(shí)齒面磨損齒面磨損 開(kāi)式傳動(dòng)或潤(rùn)滑不良開(kāi)式傳
9、動(dòng)或潤(rùn)滑不良輪齒折斷輪齒折斷 蝸輪齒數(shù)過(guò)多或強(qiáng)烈沖擊載荷蝸輪齒數(shù)過(guò)多或強(qiáng)烈沖擊載荷對(duì)于大多數(shù)閉式蝸桿傳動(dòng),其承載能力主要取決于接觸強(qiáng)度對(duì)于大多數(shù)閉式蝸桿傳動(dòng),其承載能力主要取決于接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: 閉式蝸桿傳動(dòng),按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),閉式蝸桿傳動(dòng),按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),并進(jìn)行熱平衡計(jì)算;并進(jìn)行熱平衡計(jì)算;z2 80或強(qiáng)烈沖擊載荷時(shí)校核彎曲強(qiáng)度或強(qiáng)烈沖擊載荷時(shí)校核彎曲強(qiáng)度機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料要求:減摩性好、耐摩、抗膠合、足夠的強(qiáng)度材料要求:減摩性好、耐摩、抗膠合、足夠的強(qiáng)度碳碳 鋼鋼 45鋼鋼 調(diào)質(zhì)或淬火調(diào)質(zhì)或淬火蝸蝸 桿桿合金鋼合金鋼 20Cr、20CrMnTi、40Cr鑄錫青銅
10、鑄錫青銅 ZCuSn10P1 適合高速適合高速蝸蝸 輪輪鑄鋁青銅鑄鋁青銅 ZCuAl 9Fe3 中速重載中速重載灰鑄鐵灰鑄鐵 HT200 低速輕載低速輕載減摩性好減摩性好蝸桿結(jié)構(gòu)蝸桿結(jié)構(gòu)蝸輪結(jié)構(gòu)蝸輪結(jié)構(gòu)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)滲碳淬火滲碳淬火表面淬火表面淬火二、蝸桿、蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)二、蝸桿、蝸輪的材料及結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)三、許用應(yīng)力三、許用應(yīng)力主要失效形式是點(diǎn)蝕主要失效形式是點(diǎn)蝕 蝸輪為鑄錫青銅時(shí)蝸輪為鑄錫青銅時(shí))MPa300(b NHPHPZ 壽命系數(shù)壽命系數(shù) 87N10NZ 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) tnN26
11、0 主要失效形式是膠合主要失效形式是膠合 蝸輪為鋁青銅或鑄鐵時(shí)蝸輪為鋁青銅或鑄鐵時(shí) )MPa300(b 與材料組合及與材料組合及 有關(guān)有關(guān) HP sv應(yīng)保證蝸輪的抗膠合能力應(yīng)保證蝸輪的抗膠合能力 承載能力取決于承載能力取決于蝸輪的接觸強(qiáng)度蝸輪的接觸強(qiáng)度 3211s45401nPv 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)材料及結(jié)構(gòu)NFPFPY 96N10NY 壽命系數(shù)壽命系數(shù) 若若N 25107,則取則取N 25107齒根彎曲齒根彎曲應(yīng)力視為應(yīng)力視為脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)齒根彎曲齒根彎曲應(yīng)力視為應(yīng)力視為對(duì)稱(chēng)循環(huán)對(duì)稱(chēng)循環(huán)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與蝸蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與蝸桿的軸向力方向
12、相反桿的軸向力方向相反各力關(guān)系:各力關(guān)系:2a1tFF 2t1aFF 各力方向:各力方向:Ft、Fr 同斜齒輪同斜齒輪Fa用主動(dòng)輪左、右用主動(dòng)輪左、右手定則判斷,通常,手定則判斷,通常,蝸桿是主動(dòng)輪。蝸桿是主動(dòng)輪。2r1rFF 各力大?。焊髁Υ笮。?12a1t/2dTFF tan2t2r1rFFF 222t1a/2dTFF coscos/2tnFF 第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)受力分析蝸桿傳動(dòng)受力分析例例14- -4 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算例例2機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算載荷:計(jì)算載荷:12TT1122/9550/9550nPnP 2111nPnP 21nn i 則則 T2 = i T1K
13、T2 = i K T1 K = 1.01.3載荷平穩(wěn)、載荷平穩(wěn)、vs3m/s時(shí)時(shí)取小值取小值特點(diǎn):特點(diǎn):因此,因此, 蝸輪輪齒的強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似,蝸輪輪齒的強(qiáng)度計(jì)算與斜齒輪相似,其強(qiáng)度公式可仿照斜齒輪的計(jì)算方法推導(dǎo)其強(qiáng)度公式可仿照斜齒輪的計(jì)算方法推導(dǎo)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)受力分析蝸桿傳動(dòng)受力分析蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)的效率的效率P1 蝸桿功率蝸桿功率P2 蝸輪功率蝸輪功率機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)蝸輪齒面接觸蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件疲勞強(qiáng)度條件MPa9HP22122EH zdmKTZ設(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式 32HP2E212mm9 zZKTdm說(shuō)明:說(shuō)明:第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)接觸強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)接觸強(qiáng)度計(jì)算ZE
14、彈性系數(shù),青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿彈性系數(shù),青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿 ZE 160MPa如:計(jì)算值如:計(jì)算值 m2d14350;則查得;則查得 m2d15120; 相應(yīng)的相應(yīng)的 m8、d1 80 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)(1) 齒形系數(shù)齒形系數(shù)YFa按按 查表查表47; 32vcoszz 第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度計(jì)算3FaFP2212mm64. 1YYzKTdm MPa64. 1FPFa2122F YYzdmKT齒形系數(shù)齒形系數(shù)螺旋角系數(shù)螺旋角系數(shù)(2) 螺旋角系數(shù)螺旋角系數(shù) ;14010 Y(3)一般情況下,不用計(jì)算蝸輪的彎曲疲勞強(qiáng)度。一般情況下,不用計(jì)算蝸輪的彎曲疲勞強(qiáng)度。機(jī)
15、械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)4- -5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算一、效率一、效率 = 1 2 3 )tan(tanv1 230.950.97)tan(tan)97.095.0(v vvarctan f 當(dāng)量摩擦系數(shù)當(dāng)量摩擦系數(shù)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)效率計(jì)算蝸桿傳動(dòng)效率計(jì)算蝸桿制造困難蝸桿制造困難 )tan(1qz 1z v 故故采用減摩性好的材料,如青銅;采用減摩性好的材料,如青銅;保證良好的潤(rùn)滑狀態(tài),保證良好的潤(rùn)滑狀態(tài),vs 較大時(shí)嚙合齒面間易于形成油膜。較大時(shí)嚙合齒面間易于形成油膜。o28 v 當(dāng)量摩擦角當(dāng)量摩擦角(表(表48)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)之初,設(shè)計(jì)之初,
16、未知未知z1 = 1 時(shí),時(shí), = 0.70.75 z1 = 2 時(shí),時(shí), = 0.750.82 z1 = 3 時(shí),時(shí), = 0.820.87 自鎖蝸桿,自鎖蝸桿, 4 m/s時(shí)蝸桿上置時(shí)蝸桿上置有利于潤(rùn)滑有利于潤(rùn)滑 避免過(guò)大的攪油損失避免過(guò)大的攪油損失 三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算對(duì)象對(duì)象 t1油溫油溫時(shí)間時(shí)間t1 熱平衡時(shí)的油溫?zé)崞胶鈺r(shí)的油溫目的目的 應(yīng)使應(yīng)使 t1 許用油溫許用油溫第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑蝸桿傳動(dòng)潤(rùn)滑機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)通風(fēng)不好通風(fēng)不好 Kt = 8.710.5H1 = P1 P2單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的散熱量:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的散
17、熱量:H2 = Kt A(t1 t 0 )= Kt A t WKt 散熱系數(shù),散熱系數(shù),W/(m2.) 自然方式冷卻時(shí):自然方式冷卻時(shí): A 箱體散熱面積箱體散熱面積 箱體暴露在空氣中的部分箱體暴露在空氣中的部分 近似計(jì)算:近似計(jì)算: 275.1m)100/(33.0aA 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)中心距中心距 t 0 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 常取常取 t 0 = 20 t 溫溫 升升 第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算= P1 P1 (kW)= 1000P1(1 )W通風(fēng)良好通風(fēng)良好 Kt = 1417.5熱平衡時(shí),單位時(shí)間內(nèi):發(fā)熱量熱平衡時(shí),單位時(shí)間內(nèi):發(fā)熱量 = 散熱量散熱量機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械
18、設(shè)計(jì)熱平衡時(shí):熱平衡時(shí):1000P1(1 - - )= Kt A(t1 t 0 )0t11)1(1000tAKPt 則熱平衡計(jì)算式:則熱平衡計(jì)算式:7060p t若若 t1 tp ,則采取措施提高散熱能力:則采取措施提高散熱能力:自然通風(fēng)時(shí)自然通風(fēng)時(shí)豎直布置豎直布置第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)熱平衡計(jì)算 K許用油溫許用油溫機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)第四章第四章 蝸桿傳動(dòng)小結(jié)蝸桿傳動(dòng)小結(jié) 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及其選擇主要討論普通圓柱蝸桿傳動(dòng);與斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)主要討論普通圓柱蝸桿傳動(dòng);與斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系;蝸桿分度圓直徑為標(biāo)準(zhǔn)值,蝸桿、的區(qū)別和聯(lián)系;蝸桿分度圓直徑為標(biāo)準(zhǔn)值,蝸桿、蝸輪螺旋角旋向相同但大小不等;蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)蝸輪螺旋角旋向相同但大小不等;蝸桿頭數(shù)與傳動(dòng)效率的關(guān)系;效率的關(guān)系;變位的目的變位的目的?材料、失效形式材料、失效形式為減小摩擦磨損,鋼蝸桿與青銅蝸輪配對(duì);為減小摩擦磨損,鋼蝸桿與青銅蝸輪配對(duì);失效主要發(fā)生在蝸輪上失效主要發(fā)生在蝸輪上受力分析受力分析各分力的對(duì)應(yīng)關(guān)系及方向的判斷,與斜齒圓柱齒輪各分力的對(duì)應(yīng)關(guān)系及方向的判斷,與斜齒圓柱齒輪的區(qū)別;蝸輪或蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的判斷的區(qū)別;蝸輪或
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