CN104755776A - 用于滚动轴承的密封元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于滚动轴承的密封元件(1)，该密封元件包括具有承载圈(3)的中心的密封圈(5)，其中，在密封圈(7)上构造有第一弹性密封接片(9)，用于构造出相对内轴承圈区段的动态密封装置，并且构造有第二弹性密封接片，用于构造出相对外轴承圈区段的静态密封装置。在此规定，不仅第一弹性密封接片而且第二弹性密封接片都直接从密封圈延伸出去。此外，本发明还涉及一种具有相应的密封装置的滚动轴承。

Description

用于滚动轴承的密封元件
技术领域
本发明涉及一种用于滚动轴承的密封元件，该密封元件包括具有承载圈的中心的密封圈，其中，在密封圈上，在构造出相对内轴承圈区段的动态密封的情况下构造有第一弹性密封接片，而在构造出相对外轴承圈区段的静态密封的情况下构造有第二弹性密封接片。
此外，本发明还涉及一种具有相应的密封元件的滚动轴承。
背景技术
滚动轴承通常使用在机动车中，并且用于可靠地支承能相对彼此运动的构件。滚动轴承通常由两个具有一体式滚道的轴承圈构成。滚动体布置在轴承圈之间，这些滚动体在滚道上滚动。为了保护滚动体或轴承圈之间的轴承内部空间以防污物、喷水和过量的润滑油损耗，通常会使用密封元件。最常见的密封类型是所谓的无接触的静态间隙式密封(特别是迷宫式密封)以及以滑动方式实施的动态唇式密封。
由DE 10 2005 029 936 A1公知了一种具有上文提到类型的密封元件的滚动轴承。在这里公开的密封元件包括具有承载圈的中心的密封圈。中心的密封圈以一个延长的端部紧固在外轴承圈的环绕的槽中。弹性承载部件在密封圈的另一端部上延伸，第一和第二密封接片布置在该弹性承载部件上。第一密封接片作为动态密封滑动地贴靠在滚动轴承的内轴承圈上，而第二密封接片在内轴承圈上构造出动态密封。第一密封接片直接构造为弹性承载部件的一部分。第二密封接片作为承载部件的凸出部延伸出去。
发明内容
本发明的第一任务是，提供一种用于滚动轴承的密封元件，该密封元件可以实现相对于现有技术的进一步改进的密封效果。
本发明的第二任务是，提供一种具有相应的密封元件的滚动轴承。
根据本发明，本发明的第一任务通过用于滚动轴承的密封元件来解决，该密封元件包括具有承载圈的中心的密封圈，其中，在密封圈上，在构造出相对内轴承圈区段的动态密封的情况下构造有第一弹性密封接片，而在构造出相对外轴承圈区段的静态密封的情况下构造有第二弹性密封接片。在此，不仅第一弹性密封接片而且第二弹性密封接片都直接从密封圈延伸出去。
本发明从如下观点出发，即，通过密封元件的连贯的密封接片形成的唇式和间隙式密封尤其在高转速下会不利地互相影响。这对期望的密封效果来说具有不利的后果。
但是当用于构造出相对内轴承圈区段的动态密封的第一弹性密封接片以及用于构造出相对外轴承圈区段的静态密封的第二密封接片都直接从中心的密封圈延伸出去时，可以防止针对动态密封和静态密封设置的密封部件的这种不期望的影响。换而言之，两个弹性密封接片直接布置在通过承载环被稳定的密封圈上，并且可以彼此独立地发挥它们的密封作用。第一密封接片的例如通过在滚动轴承运行中起作用的离心力产生的运动对第二密封接片没有影响。通过第二密封接片构造出的间隙式密封或者说尤其是间隙式密封的径向间隙保持不变。
以这种方式，通过密封接片在中心的密封圈上的所描述的布置，改进了在污物、湿气方面的密封作用以及润滑介质损耗，并且由此提高了滚动轴承的可靠性。
密封元件的承载圈优选构造为金属加固件，并且确保了在运行中对滚动轴承来说所需的密封元件稳定性。密封圈本身以及其另外的组件优选由弹性体材料构成，并且例如在承载圈上被预先硫化。两个弹性体密封接片从包括承载圈的密封圈延伸出去，这些密封接片在装入状态中分别用于与轴承圈的相应的区段一起构造出动态密封或静态密封。
在装入状态中，构成出动态密封的第一密封接片用于密封在两个轴承圈之间形成的轴承内部空间，以防湿气和污物以及不期望的润滑介质溢出。在这里，尤其通过第一密封接片滑动地贴靠在轴承圈的靠内放置的区段上来实现该第一密封接片的密封作用。
静态密封或间隙式密封(也可以是迷宫式密封)通过第二弹性体密封接片来形成。为此，第二密封接片尤其被构造成使其无接触地覆盖在装入状态中构造在靠外放置的轴承圈区段上的凸肩，即所谓的圈保径棱(Ringkaliber)。间隙式密封提供了使从外部侵入的湿气或污物仅能微量地到达内轴承圈区段上的滑动式密封。圈保径棱和密封接片起到迷宫式密封的作用。密封间隙被延长。
按照适宜方式，第一弹性密封接片在端侧构造有密封脚。密封接片和密封脚优选一件式地由弹性体材料制成，其中，密封脚在密封元件的装入状态中轴向向内指向地滑动地贴靠在轴承圈的密封面上。由此，保护了轴承内部空间以防污物和湿气，并且也防止了润滑介质溢出。
在本发明的有利设计方案中，密封脚包括轴向靠内放置地朝向轴承圈区段作用的第一成形部以及沿轴向方向与第一成形部背对构造的第二成形部。这些成形部优选具有相同的直径。轴向靠内放置的第一成形部尤其构造为轴向向内指向的密封唇，并且在密封元件的装入状态中，滑动地贴靠在内轴承圈区段的密封面上，从而在接触区域中或在轴承圈的密封唇与密封面之间的接触点上确保了所需的密封接触。在装入状态中，第二成形部相应地轴向向外延伸。
原则上，显然也能想到仅具有一个成形部的密封脚的设计方案，其中，该成形部按照适宜的方式构造为轴向靠内放置地朝向轴承圈区段作用的成形部，用以通过在轴承圈上的滑动贴靠构造出动态密封。于是，密封脚例如在其沿轴向方向与轴向靠内放置的成形部背对的侧上以削平的方式构造。
优选的是，第一密封接片尤其是由于相应构造的成形部而具有质心S，该质心沿第一成形部的方向以数值a与穿过第一密封接片的中轴线A间隔开。因此，质心S沿轴向布置在第一密封接片的第一成形部的接触区域与中轴线A之间。换而言之，在密封元件的未装入和/或未置入的状态中，质心S因此处在第一密封接片的轴向向内指向的侧中。
此外，在装入状态中，第一密封接片的质心S优选相对中轴线A朝向第二成形部的方向移动了数值a`。换而言之，在密封元件装入时，质心S由于第一密封接片的弹性变形从中轴线A的内侧迁移到中轴线A的相对置的外侧上。当密封元件由于紧固在转动的轴承圈上而转动时，由于离心力，这会导致轴向向内指向的成形部与内轴承圈上的密封面之间的接触点中的按压力减小。密封脚由于离心力被径向向外压。由此，在获得期望的密封功能性的情况下，减少了摩擦和与其相关联的磨损。这导致密封元件使用寿命的提高。
在密封脚构造有仅一个成形部和沿轴向方向背对的削平部的情况下，在装入状态中，第一密封接片的质心S相对中轴线A朝向削平部的方向移动了数值a`。
如果在密封脚的第一密封唇和轴承圈区段的接触面与第一密封接片到密封圈的过渡部之间的径向间距通过高度h2给定，那么在密封元件的松动状态中，高度h2与间距a、也就是说质心S与中轴线A之间的轴向间距优选构造出5<h2/a<100的比例。在这种比例之中，在考虑到轴承圈的密封面上的接触力和在运行中作用到密封元件上的离心力的相互作用的情况下，在降低磨损倾向的情况下得到了足够的密封作用。
如果质心S相对密封脚的第一成形部的轴向靠内放置的侧具有间距c，而相对密封脚的第二成形部的轴向靠外放置的侧具有间距b，那么由b和c构成的比例优选通过0.1<b/c<1给定。如果由b/c构成的比例具有0.1至1之间的值，那么密封元件被设计成即使在最大转速下，第一成形部、也就是说径向向内指向的密封唇仍然贴靠在相对轴承圈的接触面上。
优选的是，第二密封接片在其自由端部上设有具有径向高度e的轴向面区段和具有轴向深度d的径向面区段，其中，陡坎棱边构造在轴向面区段和径向面区段的抵靠棱边上。在此，径向高度e和轴向深度d优选形成2<e/d<0.5的比例。尤其从外部侵入的液体可以在通过径向面区段和轴向面区段的抵靠部形成的陡坎棱边上滴落或被离心分离。
优选的是，第一密封接片的两个成形部到密封脚的过渡部处在共同的高度上。如果这些高度通过h1给定，那么在适宜的设计方案中，到两个成形部的过渡部的半径在此彼此偏差了高度h1的值的至少20％。
此外，按照适宜方式，高度h2与第二密封接片的长度L1的比例通过1<h2/L1<7给定。通过给定的比例尤其在高转速下获得了最优的密封作用。
根据本发明，本发明的第二个任务通过具有内轴承圈、外轴承圈和根据其中一个上述设计方案的密封元件的滚动轴承来解决，其中，密封元件紧固在两个轴承圈中的一个轴承圈的环绕的槽中，并且其中，第一密封接片、尤其是密封脚的第一成形部滑动地贴靠在两个轴承圈中的另一个上。
滚动轴承的密封元件尤其装入内轴承圈与外轴承圈之间。为了紧固，密封元件在此优选布置在沿内周边环绕外轴承圈的槽中。弹性密封接片直接从密封圈延伸出去，以便因此彼此独立地不仅确保了通过第一密封接片形成的动态密封的功能，而且也确保了通过第二密封接片形成的间隙式密封的功能。
通过已经给出的实施方式，在第二密封接片与内轴承圈之间沿轴向方向构造出基本上保持不变的径向间隙。因为第一密封接片和第二密封接片都直接从密封圈延伸出去，所以即使在离心力很高的情况下以及即使在质心S在第一密封接片内移动的情况下，径向间隙沿轴向方向仍然基本保持不变。以这种方式，可以不依赖于第一密封接片的位置并且因此不依赖于动态密封作用地确保间隙密封装置的可靠的功能。
滚动轴承优选构造为深沟球轴承。深沟球轴承是一种能广泛使用的自保持的轴承，其具有坚固的外圈、内圈和球保持架。深沟球轴承由于其很低的摩擦扭矩适合用于高转速，并且因此例如适合用于在高负载的车辆或机器中的广泛的应用领域。
滚动轴承的其他有利设计方案由针对密封元件的从属权利要求得出。对此提到的优点可以合理地转用到滚动轴承上。
附图说明
下面结合附图详细阐述了本发明。其中：
图1以横截面图示出用于滚动轴承的密封元件；
图2以横截面图示出根据图1的密封元件的片段；
图3以横截面图示出根据图1的松动地置入滚动轴承中的密封元件；
图4以横截面图示出根据图1的固定地装入滚动轴承中的密封元件；
图5以横截面图示出另一固定地装入滚动轴承中的密封元件。
具体实施方式
在图1中以横截面图示出用于滚动轴承的密封元件1。密封元件1包括构造为金属加固件的承载圈3。在承载圈3上，由弹性体5构成的中心的密封圈7是预先硫化的。
第一弹性密封接片9和第二弹性密封接片11从中心的密封圈7延伸出去。在此，直接从密封圈7延伸出密封元件1的两个密封接片9、11。通过这种布置可以确保：不仅第一密封接片9而且第二密封接片11都可以彼此独立地发挥密封作用。
在装入状态中，第一密封接片9用于构造出相对于未示出的内轴承圈区段的动态密封。为此，第一密封接片9在其自由端部13上具有密封脚15，该密封脚具有两个沿轴向延伸的具有相同内直径的成形部17、19。轴向靠内的第一成形部17构造为密封唇，并且在装入状态中滑动地贴靠在轴承圈区段的密封面或接触面上。因此，轴承内部空间得到保护以防污物和湿气并且也阻止了润滑介质溢出。第二成形部19沿轴向方向与第一成形部17背对地构造。
在装入状态中，第二密封接片11相对于外轴承圈区段构造出迷宫式或间隙式密封，也就是说静态密封。
第二密封接片11的自由端部21构造有轴向和径向的面区段，在其抵靠棱边上分别构造出陡坎棱边23。外部的液体尤其是可以在陡坎棱边23上滴落，从而可以阻止其进入轴承内部空间中。
为了紧固在轴承圈上，密封元件1附加地具有加厚部形式的环绕的成形部25，该成形部可以固定地布置在轴承圈的槽之中。成形部25构造为密封圈7的径向的延长部。此外，密封元件1构造有附加的密封唇27，该密封唇在装入状态中构造出在内轴承圈区段上的另一间隙式密封。在此，为了说明密封元件1的装入状况参考图3和图4中的图示。
为了阐明密封几何结构，在图2(a)和图2(b)中分别示出根据图1的密封元件1的相应的片段。在图2(a)中，为了清晰起见仅标明了各个组件的附图标记。在图2(b)中详细示出了几何尺寸。
根据图2(a)和图2(b)，可以清楚地识别出密封元件1的各个组件的基本几何结构以及密封接片9、11的给定的布置。第一密封接片9和第二密封接片11都直接从密封圈7延伸出去。由此实现的密封接片9、11彼此间的独立性防止了关于密封作用的不期望的影响。在密封元件1的装入状态中，构造在第一密封接片9上的密封脚15可以用其构造为密封唇的成形部17滑动地贴靠在一个轴承圈区段上，并且在那里发挥所需的密封作用。第二密封接片11可以在不影响动态密封的情况下与另一轴承圈区段构造出间隙式密封。
如由图2(b)可获知的那样，质心S位于第一密封接片9内。在密封元件1的当前示出的未装入状态中，质心沿第一密封接片9的第一成形部17的方向以数值a与中轴线A间隔开，该中轴线沿径向方向穿过第一密封接片9。在此，质心S尤其沿轴向布置在第一密封接片9的密封脚15的接触区域29与中轴线A之间，从而在未装入状态中，使质心处在第一密封接片9的轴向向内指向的侧中。
第一成形部17的接触面29与第一密封接片9到承载圈7的过渡部31之间的径向间距通过高度h2给定。在密封元件1的松动状态中，高度h2和质心S与中轴线A之间的轴向间距a构成5<h2/a<100的比例。由此，在轴承圈的密封面上的接触力与作用到密封元件1上的离心力理想地彼此相协调。
此外，根据图2(b)可以清楚得识别出，不仅第一密封接片9而且第二密封接片11都在高度h2上彼此独立地直接从密封圈7延伸出去。
此外，质心S相对密封脚15的第一成形部17的接触面29具有间距c，而相对密封脚15的第二成形部19的轴向靠外放置的侧具有间距b。在此，两个间距b和c形成0.1<b/c<1的比例。在考虑到这种关系的情况下，密封元件1被设计成在运行状态中，即使在高转速下第一成形部15仍贴靠在轴承圈的接触面上。
第二密封接片的自由端部21上的陡坎棱边23通过径向和轴向的面区段的过渡部形成，其具有轴向深度d或者说径向高度。陡坎棱边23形成在相应的抵靠棱边上。在这里，径向高度e和轴向深度d构成2<e/d<0.5的比例。
此外，示出了从密封脚15到第一密封接片9的过渡部33。在该过渡部33上，密封接片9扩宽成密封脚15或者说扩宽成两个成形部17、19。密封脚15的两个成形部17、19的半径R1和R2的过渡部33两者都处在高度h1上。在此，半径R1和R2彼此偏差了高度h1的值的至少20％。
附加地，给定了高度h2与第二密封接片11的长度L1的比例为1<h2/L1<7。换而言之，在相应的实施方式中，针对h2/l的值应在1与7之间选择。
图3示出根据图1、图2(a)和图2(b)的密封元件1，该密封元件松动地置入构造为深沟球轴承的滚动轴承41中。滚动轴承41具有外轴承圈43和内轴承圈45，在它们之间，构造为深沟球的滚动体47在保持架49中进行引导。为了定位密封元件1，该密封元件在外轴承圈43上以其成形部25置入构造在外轴承圈43的内周边上的槽51中。
第一密封接片9以其密封脚15布置在环绕内轴承圈45的槽53中。在此，密封脚15或密封唇17贴靠在内轴承圈45的构造为凸肩的区段55上。通过将密封元件1松动地置入两个轴承圈43、45之间，第一密封接片9的密封脚15的质心沿轴向仍然布置在第一密封唇17与内圈区段55的接触部29与中轴线A之间。也就是说，质心S处在第一密封接片9的轴向向内指向的侧上。
第二密封接片11构造出具有沿轴向方向延伸的径向间隙59的间隙式密封装置57。在此，第二密封接片11无接触地覆盖构造在内轴承圈45上的第二凸肩61，即所谓的内圈保径棱。另一构造在承载体7上的密封唇27在内轴承圈区段55上构造出具有径向间隙65的附加的间隙式密封装置63。
在此，对密封元件1及其几何结构的详细描述参考图1、图2(a)和图2(b)中的描述。
在图4中，上述密封元件1固定地装入滚动轴承41中。通过固定地装入密封元件1，密封元件1的成形部25在此固定地压入外轴承圈43中的环绕的槽51中。密封唇17同样贴靠在内轴承圈45的凸肩55上。第一密封接片9的质心S沿密封脚15的第二成形部19的方向相对中轴线A移动。
与根据图3的密封元件1的松动置入不同的是，第一密封接片9的质心S迁移到中轴线A的与第一成形部17相对置的侧上。在外轴承圈43转动时，由于离心力的作用，这会导致在密封脚15的第一成形部17的接触面29上的和在内轴承圈45的密封面上的按压力减小。以这种方式，可以降低接触面29上的摩擦。
通过第二密封接片11形成的间隙式密封装置57与根据图3的密封元件的松动置入的状态相比没有改变。通过覆盖内圈保径棱61形成的径向间隙59在轴向方向上保持不变。这说明使在滚动轴承41运行中，密封接片9、11由于它们在承载圈7上的布置也彼此没有影响，并且确保了期望的密封作用。
图5示出另一密封元件71，该密封元件固定地装入滚动轴承73中。密封元件71同样包括承载圈75，该承载圈构造为金属加固件。在承载圈75上，弹性密封圈77是预先硫化的。第一弹性密封接片81和第二弹性接片83直接从密封圈77的弹性体79延伸出去。由此，可以使两个密封接片81、83能够彼此独立地发挥其密封作用。
密封元件71置入外轴承圈85与内轴承圈87之间，并且借助成形部89定位于沿其内周边环绕外轴承圈85的槽91中。
动态密封在此同样通过第一密封接片81来形成。密封接片81构造有密封脚93，该密封脚布置在环绕内密封圈87的槽95中。与根据图1至4的密封元件1的区别在于，密封元件71的密封脚93在此仅具有一个成形部97，该成形部沿轴向靠内放置地朝向内轴承圈87的构造为凸肩的轴承圈区段99作用。密封脚93的与第一成形部97背对的侧构造为削平部101。
另外的区别在于密封接片81、83的几何结构。第一密封接片81在此从承载体79弯曲地延伸出去。第二密封接片83与密封元件1的密封接片11相比具有更小的长度L1。但密封接片83在此也直接从承载体延伸出去。因此，密封元件71的密封接片81、83彼此也没有影响。
第一密封接片81的质心S相对于中轴线A朝向密封脚99的削平部101的方向移动，在外轴承圈85转动时，这会导致在密封脚99上的第一成形部97的接触面103与内轴承圈87的凸肩部99上的密封面105之间的按压力减小。
间隙式密封装置107通过第二密封接片83来形成，该第二密封接片无接触地覆盖在内轴承圈87上的构造为内圈保径棱的轴承圈区段109。即使当密封接片81由于在滚动轴承73运行时作用到其上的离心力而运动时，在此形成的径向间隙111仍然沿轴向方向保持不变。换而言之，通过将密封接片81、83直接布置在承载体上，可以排除对它们的密封作用的影响，并且可靠地确保了密封元件71的密封功能。
附加的间隙式密封装置113通过靠内放置地构造在承载体79上的密封唇115构造在靠内放置的轴承圈区段99上。
附图标记列表
1   密封元件
3   承载圈
5   弹性体
7   密封圈
9   第一密封接片
11  第二密封接片
13  自由端部
15  密封脚
17  第一成形部
19  第二成形部
21  自由端部
23  陡坎棱边
25  成形部
27  密封唇
29  接触区域
31  过渡部
33  过渡部
41  滚动轴承
43  外轴承圈
45  内轴承圈
47  滚动体
49  保持架
51  槽
53  槽
55  轴承圈区段
57  间隙式密封装置
59  径向间隙
61  轴承圈区段
63  间隙式密封装置
65  径向间隙
67  密封面
71  密封元件
73  滚动轴承
75  承载圈
77  密封圈
79  弹性体
81  第一密封接片
83  第二密封接片
85  外轴承圈
87  内轴承圈
89  成形部
91  槽
93  密封脚
95  槽
97  第一成形部
99  轴承圈区段
101 削平部
103 接触面
105 密封面
107 间隙式密封装置
109 轴承圈区段
111 径向间隙
113 间隙式密封装置
115 密封唇

Claims (10)

1.一种用于滚动轴承(41、73)的密封元件(1、71)，所述密封元件包括具有承载圈(3、75)的中心的密封圈(5、77)，其中，在密封圈(7、79)上构造有第一弹性密封接片(9、81)，用于构造出相对内轴承圈区段(55、107)的动态密封装置，并且构造有第二弹性密封接片(11、83)，用于构造出相对外轴承圈区段(61、109)的静态密封装置(57、107)，其特征在于，不仅所述第一弹性密封接片(9、81)而且所述第二弹性密封接片(11、83)都直接从所述密封圈(5、77)延伸出去。
2.根据权利要求1所述的用于滚动轴承(41、73)的密封元件(1、71)，其特征在于，所述第一弹性密封接片(9、81)在端侧构造有密封脚(15、93)。
3.根据权利要求2所述的用于滚动轴承(41、73)的密封元件(1、71)，其特征在于，所述密封脚(15、93)包括向内朝向轴承圈区段(55、61、99、109)作用的第一成形部(17、97)以及沿轴向方向与所述第一成形部(17、97)背对地构造的第二成形部(19)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的用于滚动轴承(41、73)的密封元件(1、71)，其特征在于，所述第一密封接片(9、81)具有质心(S)，所述质心朝向所述第一成形部(17、97)的方向以数值(a)与穿过所述第一密封接片(9、81)的中轴线(A)间隔开。
5.根据权利要求4所述的用于滚动轴承(41、73)的密封元件(1、71)，其特征在于，在装入状态中，所述第一密封接片(9、81)的质心(S)相对于所述中轴线(A)朝向所述第二成形部(19)的方向移动了数值(a`)。
6.根据权利要求4或5所述的用于滚动轴承(41、73)的密封元件(1、71)，其特征在于，所述质心(S)相对于所述密封脚(15、93)的第一成形部(17、97)的轴向靠内放置的侧具有间距c，而相对于所述密封脚(15、93)的第二成形部(19)的轴向靠外放置的侧具有间距b，其中，所述间距b和所述间距c形成如下比例：0.1<b/c<1。
7.根据上述权利要求中任一项所述的用于滚动轴承(41、73)的密封元件(1、71)，其特征在于，所述第二密封接片(11、83)在其自由端部(21)上设有具有径向高度e的轴向面区段和具有轴向深度d的径向面区段，其中，陡坎棱边(23)构造在所述轴向面区段和所述径向面区段的抵靠棱边上，并且其中，所述径向高度e和所述轴向深度d形成如下比例：2<e/d<0.5。
8.一种滚动轴承(41、73)，所述滚动轴承具有内轴承圈(45、87)、外轴承圈(43、85)和根据权利要求1至7中任一项所述的密封元件(1、71)，其中，所述密封元件(1、71)紧固在两个轴承圈(43、45、85、87)中的一个轴承圈上的环绕的槽(51、53、93、101)中，并且其中，第一弹性密封接片(9、81)、尤其是所述密封脚(15、93)的第一成形部(17、97)滑动地贴靠在两个轴承圈(43、45、85、87)中的另一个轴承圈上。
9.根据权利要求12所述的滚动轴承(41、73)，其中，在所述第二密封接片(11、83)与轴承圈(43、45、85、87)之间沿轴向方向构造出保持不变的径向间隙(59、111)。
10.根据权利要求8或9所述的滚动轴承(41、73)，所述滚动轴承构造为深沟球轴承。
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