CN107164611B - 用于制动器压盘锥窝的淬火感应器及配用尺寸确定方法 - Google Patents
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Abstract
用于制动器压盘锥窝的淬火感应器及配用尺寸确定方法,包括:淬火感应器的加热线圈,左、右方口管,左、右圆管;加热线圈,左、右方口管,左、右圆管为中空管;左方口管进水端与左圆管出水端垂直焊接,左方口管出水端与加热线圈进水管口水平焊接;右方口管出水端与右圆管进水端垂直焊接,右方口管进水端与加热线圈出水管口水平焊接;左、右方口管的一端分别与加热线圈内部贯通设置,左、右方口管的另一端分别和左、右圆管内部贯通设置。增大了有效感应面积,解决了感应加热效率难以提升的问题;感应器加热线圈与锥窝有效吻合,留有间隙;保证加热效率和淬硬层深度,又不至于出现烧熔和打火现象。结构合理,应用可靠,配用方法简单可行,易于实施。
Description
技术领域
本发明属于感应热处理技术领域,涉及一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器及配用尺寸确定方法。
背景技术
众所周知,拖拉机的制动性能是决定生产作业安全的重要影响因素,随着农业机械的快速发展,国内外拖拉机大型化、智能化的趋势日益凸显,大中型拖拉机最高时速已超过30公里/小时,因此,保证拖拉机制动性能处于安全技术状态显得尤为重要。
直接决定拖拉机制动性能好坏的因素是制动时制动器压盘和摩擦片之间摩擦力的大小,而摩擦力的大小取决于两摩擦面间的摩擦系数和摩擦面所承受的压力。摩擦面承受的压力来源于钢球对制动器压盘锥窝的挤压,若制动器压盘锥窝强度太低,在与钢球挤压摩擦的过程中磨损,则压力必然减小,从而使制动器压盘和摩擦片之间的摩擦力降低,削弱制动效果。因此,制动器压盘是制动器的关键零件,其质量好坏直接决定着拖拉机在使用过程中的安全性。
图1为现有技术中的一种拖拉机的制动器压盘示意图。
每个制动器压盘上均匀分布着6个锥窝,锥窝底部深,尾部浅。制动原理为:两个制动器压盘相对而立,锥窝处夹一钢珠,拖拉机正常行驶时钢珠在两个制动器压盘锥窝底部。此时,两个制动器压盘背面与摩擦片之间不产生压力,也就无摩擦力;制动时,通过外力错动制动器压盘,此时钢珠由较深的锥窝底部被挤至较浅的锥窝尾部,两制动器压盘间距变大,背面与摩擦片产生摩擦,从而达到制动的效果。
为提高压盘锥窝的耐磨性,目前所采用的方法如下:
1、火焰加热表面淬火。
火焰加热表面淬火是一种用乙炔-氧火焰将工件表面快速加热,随后喷液冷却的一种表面淬火方法。其主要优点:设备简单、投资少、成本低;不受现场环境与工件大小的限制,适用性广、操作简便;适合小批量生产。
虽然目前此方法为主流方法,但这种方法的不足之处是,火焰加热时间、加热距离、移动速度及距离凭操作者的经验手工操作,加热温度、加热速度、加热精确位置难以控制,不能保证锥窝表面的淬火硬度、淬硬层深度、淬火均匀性等淬火质量的稳定性,操作不当甚至引起锥窝表面局部烧熔,造成制动器压盘的报废;难以实现机械化流水生产;淬火后零件变形量大,不利于后期加工、装配。
2、激光表面淬火
为解决火焰加热表面淬火变形大的问题,国内学者拟采用激光表面淬火的方法对制动器压盘锥窝进行表面强化,以期获得所需的淬火硬度和淬硬层深度。
激光表面淬火是利用激光将材料表面加热至相变点以上,随着材料自身冷却,奥氏体转变为马氏体,从而使材料表面硬化的淬火技术。此技术具有功率密度高、冷速快,不需要水或油等冷却介质;表面硬度高;工件变形小等优点。
但这种方法的不足之处是,淬硬层深度较浅,且不均匀,球窝中线处达1.2 mm,边缘位置只有 0.2~0.6 mm,达不到技术要求;另外,激光表面淬火设备昂贵,成本较高,不利于推广应用。
3、QPQ盐浴复合处理
QPQ盐浴复合处理是基于在渗氮盐浴和氧化盐浴中进行处理的工艺,可同时实现渗氮和氧化的复合处理,渗层组织是具有高强度和高耐蚀性的复合的氮化物和氧化物。
利用此技术可以大幅提高零件表面的耐磨性和抗蚀性,可以很好地解决具有复杂结构零件难以强化的问题,同时该项技术还具有工件畸变小、节能等优点。
但其渗层组织深度极浅,起关键作用的化合物层,其深度只有0.03 mm,在大载荷冲击作用下极易损坏。
4、表面感应淬火
表面感应淬火是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热,继而进行表面淬火的技术,即,把工件放在有足够功率输出的感应线圈,即感应器中,在高频交变磁场作用下,工件表面形成了强大的感应电流,使工件表面迅速升温,继而进行表面淬火。此技术由于加热速率快、热后变形小,被众多学者和技术工作者认为是解决上述不足的理想方法,但是,由于存在以下问题,以致目前虽经多次研究尝试,却至今未能很好地解决所出现的淬火质量问题。所存在问题如下:
1)感应器仿形性差。由于制动器压盘锥窝形状小而不规则,给感应器的制作带来很大困难,目前的感应器多为一字型,窝头一侧涂覆上导磁粉,这种感应器仿形性差,加热效率低,淬硬层分布不均匀。
2)感应间距难以控制。由于加热时感应器置于锥窝中,从上往下看难以看到感应器底部离窝底的距离,如果距离太近窝底易局部烧熔,甚至发生打火烧坏感应器;如果距离太远,加热效果就不理想,不仅淬硬层深度偏浅,而且影响其淬火的均匀性。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器及配用尺寸确定方法,即通过采用圆铜管制作仿形感应加热圈的的方法,解决了目前采用的“一”字型感应器仿形性差、加热效果不理想的问题;通过采用配用尺寸确定方法,不仅使得淬火感应器易于制作和便于配用,而且使得感应淬火质量能够得到更加有效的控制。
为了实现本上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
用于制动器压盘锥窝的淬火感应器,包括:淬火感应器中的加热线圈、左方口管、右方口管、左圆管和右圆管;所述加热线圈、左方口管、右方口管、左圆管和右圆管均为中空管;左方口管的进水端与左圆管出水端垂直焊接,左方口管的出水端与加热线圈的进水管口水平焊接;右方口管的出水端与右圆管的进水端垂直焊接,右方口管的进水端与加热线圈的出水管口水平焊接;左方口管、右方口管的一端分别与加热线圈内部贯通设置,左方口管、右方口管的另一端分别和左圆管、右圆管内部贯通设置。左圆管和右圆管之间的距离为L4,左圆管和右圆管的外径为φ。
所述加热线圈为中空圆管,形状为双匝螺旋形,加热线圈的管壁之间均存在间隙。
所述加热线圈自与左方口管连接处至与右方口管连接处形状依次设置为长条形进水段、有效感应弧段、有效感应加热线圈直线段和长条形出水段;有效感应弧段的有效感应弧面半径为SR2,有效感应加热线圈直线段的有效感应加热线圈直线段长度为L2,有效感应加热线圈的螺旋高度为H2;
所述加热线圈与制动器压盘中的弧面半径为SR1、直线段长度为L1、深度为H1的锥窝相对应,并留有间隙。
所述淬火感应器的左圆管、右圆管与外接电源配用接口插接配合,外接电源配用接口之间的距离为L3,外接电源配用圆接口内径为φ1。
用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的配用尺寸确定方法,具体步骤如下:
【1】、有效感应弧面半径SR2配用尺寸的确定:依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的弧面半径SR1的尺寸情况以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应弧面半径SR2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
SR2 = SR1-t ;
【2】、有效感应加热线圈直线段长度L2配用尺寸确定:系依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的直线段长度L1尺寸以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应加热线圈直线段长度L2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L2 = L1-t;
【3】、有效感应加热线圈的高度配用尺寸确定:依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的深度H1以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应加热线圈的高度H2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
H2 = H1-t;
【4】、左圆管和右圆管之间的距离L4配用尺寸确定:系依据外接电源配用接口之间的距离L3予以确定,即,左圆管和右圆管之间的距离L4配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L4 = L3;
【5】、左圆管和右圆管外径φ配用尺寸确定:系依据外接电源配用圆接口内径φ1予以确定,即,左、右圆管外径φ配用尺寸,应按以下公式予以确定;
φ = φ1;
至此,用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的配用尺寸,全部确定完毕。
由于采用以上所述技术方案,本发明可达到以下有益效果:
1、本发明所述的用于制动器压盘锥窝的淬火感应器,在其感应器的结构设计方面,由于采用圆铜管制作感应器的双匝感应圈的有效感应弧段的方法,增大了有效感应面积,有效地解决了感应加热效率难以提升的问题;
2、本发明所述的用于制动器压盘锥窝的淬火感应器,系依据制动器压盘锥窝内表面情况、外配的感应淬火装置和电源设备的配用情况并结合感应淬火工艺要求予以确定,使感应器与制动器压盘锥窝的仿形性大大提升,保证了淬硬层能够在锥窝内均匀分布;并且由于精准的设计,感应器加热线圈与锥窝能够有效吻合,留有间隙;既保证了加热效率和淬硬层深度,又不至于出现由于加热线圈与零件吻合接触而产生的烧熔和打火的现象。
3、本发明所述的用于制动器压盘锥窝的淬火感应器,构思新颖,结构合理,应用可靠,易于制作,且配用方法简单可行,易于实施,具有很好的使用价值。
附图说明
图1为本发明用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的制动器压盘结构示意图;
图2为图1的A-A剖面视图;
图3为本发明用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的的立体结构示意图;
图4为本发明用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的的主视结构示意图;
图5为图4的左视结构示意图;
图6为图4的俯视结构示意图;
图7为本发明用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的感应器与制动器压盘锥窝和外接电源配用接口的配用示意图;
图8为本发明用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的感应器与制动器压盘锥窝A-A剖面的配用示意图。
图中:
1、制动器压盘;1a、锥窝; SR1、锥窝弧面半径;L1、锥窝的直线段长度;H1、锥窝的深度;
2、淬火感应器; 2a、加热线圈;2b、左方口管;2c、右方口管;2d、左圆管;2e、右圆管;SR2、有效感应弧面半径;L2、有效感应加热线圈直线段长度;H2、有效感应加热线圈的高度;L4、左圆管和右圆管之间的距离;φ、左圆管和右圆管的外径;s、进水方向;w、出水方向;t、球面水平感应间距;
3、外接电源配用接口;L3、外接电源配用接口之间的距离;φ1、外接电源配用圆接口内径。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明,本发明并不局限于下面的实施例,公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。
用于制动器压盘锥窝的淬火感应器,材质为纯铜,组成部分包括:淬火感应器2中的加热线圈2a、左方口管2b、右方口管2c、左圆管2d和右圆管2e五部分,每部分均为中空纯铜管;其中左方口管2b的进水端与左圆管2d出水端垂直焊合连接,出水端与加热线圈2a的进水管口水平焊合连接,右方口管2c的出水端与右圆管2e的进水端垂直焊合连接,进水端与加热线圈2a的出水管口水平焊合连接,具体布局详见图3;焊接的地方不能使管道堵塞,以保证水流能从左圆管2d进入,依次流经左方口管2b、加热线圈2a、右方口管2c,最后从右圆管2e顺利流出;在加热零件时管内需通冷却水用以冷却淬火感应器2,以防止淬火感应器2的加热线圈2a过热烧穿。
加热线圈2a是整个淬火感应器2的核心,由一根中空的纯铜圆管加工而成,形状为双匝螺旋形,详见图3、图4、图5和图6。所述加热线圈2a自左方口管2b连接处至与右方口管2c连接处形状依次设置为长条形进水段、有效感应弧段、有效感应加热线圈直线段和长条形出水段。加热线圈2a在加工制作的过程中不能出现线圈堵塞,以保证工作时冷却水能够在管内循环流动来冷却加热线圈2a;另外,加热线圈2a在绕制的过程中管子间要有一定的缝隙,确保通电时不会因为发生短路而烧坏淬火感应器2。确定加热线圈2a形状的关键尺寸包括有效感应弧面半径SR2、有效感应加热线圈2a的直线段长度L2和有效感应加热线圈2a的的高度H2,这些尺寸主要是根据制动器压盘锥窝1a的尺寸确定。这些关键尺寸保证了加热线圈2a外形尺寸的精准度,按照这些关键尺寸加工制作的加热线圈2a在外形尺寸上能够与制动器压盘1的锥窝1a有效吻合,留有间隙;既保证了加热效率和淬硬层深度,又不至于出现由于加热线圈2a与制动器压盘1碰触而产生的打火,甚至烧熔的现象;另外,由于双匝感应圈的有效感应弧端增大了有效感应面积,从而有效地提升了感应加热效率。
感应器冷却水沿进水方向s进入感应器左圆管2d,依次流经左方口管2b、加热线圈2a、右方口管2c,最终从右圆管2e沿出水方向w流出,起到冷却淬火感应器2中加热线圈2a的作用,避免烧熔,进而提高淬火感应器2的使用寿命。
一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的配用尺寸确定方法,由图1、图2、图3、图4、图5、图6知,所述配用尺寸确定方法,系指淬火感应器2制作时所需的五个尺寸,即淬火感应器2与制动器压盘1的锥窝1a和电源设备的配用尺寸确定,具体为:有效感应弧面半径SR2、有效感应加热线圈2a的直线段长度L2、有效感应加热线圈2a的高度H2、左圆管2d和右圆管2e之间的距离L4及左圆管2d和右圆管2e的外径φ,共五个配用尺寸的确定,这样,不仅使得淬火感应器2可以依需制作和便于配用,而且使得制动器压盘1的锥窝1a的感应淬火质量得到更加有效的控制。
下面,说明一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的配用尺寸确定方法,步骤如下:
【1】、有效感应弧面半径SR2配用尺寸的确定:由图1、图2并结合图3予以说明,该配用尺寸确定,系依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的弧面半径SR1的尺寸情况以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应弧面半径SR2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
SR2 = SR1-t ;
【2】、有效感应加热线圈2a直线段长度L2配用尺寸确定:由图1、图2并结合图3予以说明,该配用尺寸确定,系依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的直线段长度L1尺寸以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应加热线圈2a直线段长度L2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L2 = L1-t;
【3】、有效感应加热线圈2a的高度H2配用尺寸确定: 由图1、图2并结合图4予以说明,该配用尺寸确定,系依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的深度H1以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应加热线圈的高度H2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
H2 = H1-t;
【4】、左圆管2d、右圆管2e之间的距离L4配用尺寸确定:系依据外接电源配用接口之间的距离L3予以确定,即,左圆管2d和右圆管2e之间的距离L4配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L4 = L3;
【4】、左圆管2d、右圆管2e外径φ配用尺寸确定:系依据外接电源配用圆接口内径φ1予以确定,即,左、右圆管外径φ配用尺寸,应按以下公式予以确定:
φ = φ1。
至此,一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的配用尺寸,到此全部确定完毕。
下面,举一实施例,具体说明一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的配用尺寸确定方法,如下:
某企业制动器压盘1,其锥窝1a的耐磨性要求为: 锥窝1a内表面淬火硬度45~50HRC,淬硬层深度不小于1.5mm,且硬化层要求沿锥窝内表面均匀分布;无过烧、裂纹现象发生。
在该实施例中,需实施感应淬火的制动器压盘1的锥窝1a的弧面半径SR1为10mm,锥窝1a的直线段长度L1为29mm,锥窝的深度H1为10mm,外接电源配用接口之间的距离L3为70mm,外接电源配用圆接口内径φ为14mm;另外,按照感应淬火工艺要求,球面水平感应间距t为1mm。
依据上述情况,确定所用淬火感应器的配用尺寸,步骤如下:
1)有效感应弧面半径SR2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
SR2 = SR1-t = 10 -1 = 9mm
2)有效感应加热线圈2a直线段长度L2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L2 = L1-t= 29 -1= 28mm
3)有效感应加热线圈2a的高度H2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
H2 = H1-t= 10-1 = 9 mm;
4)左圆管2d和右圆管2e之间的距离L4配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L4 = L3= 70 mm
5)左圆管2d和右圆管2e外径φ配用尺寸,应按以下公式予以确定:
φ = φ1= 14 mm;
至此,一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器所需的配用尺寸,到此全部确定完毕,随后,方可按此配用尺寸,进一步完善淬火感应器的制作图设计并完成其实物制作。
下面,举一生产现场实施例,具体说明一种用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的现场具体配置和具体应用情况。
在该实施例中,所用电源设备型号为GP100 –C3 型高频感应淬火机,生产厂家为丹东无线电二厂。
在该实施例中,感应淬火所需的技术参数,确定如下:
1、电源设备技术参数:
① 电源频率: 200KHz;
② 电压:灯丝电压:33 V;阳极电压:9.9 KV;槽路电压:8.6 KV;
③ 电流:阳极电流:3.8 A;栅极电流:1.6 A;
④ 输出功率:35 KW;
2、感应淬火工艺技术参数:
三次加热,每次加热间隔2秒,第一次加热时间 4秒,后两次加热时间 5秒,加热到淬火温后喷液冷却6秒。
上述技术参数确定之后,接通电源设备,调节电参数;启动感应器冷却水泵;打开淬火冷却水。
随后,进入本发明所述的具体应用过程,步骤如下:
1)装卡零件,即将制动器压盘1装卡于专用卡具上,使其锥窝1a与感应器加热线圈2a有效吻合,留有间隙;
2)接通感应淬火装置用电源:使感应淬火装置处于可工作状态;
3)调节电源设备技术参数和感应淬火工艺技术参数,选择自动控制模式;
4)启动加热按钮,运用自动模式对制动器压盘1的锥窝1a内表面进行加热;
5)待加热结束;喷液冷却6秒;
6)旋转、调整制动器压盘1,至第二个锥窝1a与感应器加热线圈2a有效吻合,留有间隙;
7)重复步骤4)和步骤5),直至六个锥窝1a淬火结束,换下一个制动器压盘1。
针对上述实施情况,本申请人又依据前述淬火工艺对锥窝的耐磨性的要求,即“锥窝内表面淬火硬度45~50 HRC,淬硬层深度不小于1.5 mm,且硬化层要求沿锥窝内表面均匀分布;无过烧、裂纹现象发生。”的技术要求,随机抽取了5件进行了硬度、金相检测,结果全部符合要求,其中,表面硬度检测,系每件随机检测4个淬火锥窝部位,如下:
上述结果表明,本发明所述的“用于制动器压盘锥窝的淬火感应器及配用尺寸确定方法”,可以满足其淬火工艺的要求,且收到了良好的效果。
为公开本发明的目的而在本文具体实施方式中所选用的上述实施例,当前认为是适宜的,但是应说明的是,本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (2)
1.用于制动器压盘锥窝的淬火感应器,包括:淬火感应器(2)中的加热线圈(2a)、左方口管(2b)、右方口管(2c)、左圆管(2d)和右圆管(2e);其特征在于:加热线圈(2a)、左方口管(2b)、右方口管(2c)、左圆管(2d)和右圆管(2e)均为中空纯铜管;左方口管(2b)的进水端与左圆管(2d)出水端垂直焊接,左方口管(2b)的出水端与加热线圈(2a)的进水管口水平焊接;右方口管(2c)的出水端与右圆管(2e)的进水端垂直焊接,右方口管(2c)的进水端与加热线圈(2a)的出水管口水平焊接;左方口管(2b)、右方口管(2c)的一端分别与加热线圈(2a)内部贯通设置,左方口管(2b)、右方口管(2c)的另一端分别和左圆管(2d)、右圆管(2e)内部贯通设置;左圆管(2d)和右圆管(2e)之间的距离为L4,左圆管(2d)和右圆管(2e)的外径为φ;加热线圈(2a)为中空圆铜管,形状为双匝螺旋形,加热线圈(2a)的管壁之间均存在间隙;加热线圈(2a)自与左方口管(2b)连接处至与右方口管(2c)连接处形状依次设置为长条形进水段、有效感应弧段、有效感应加热线圈直线段和长条形出水段;有效感应弧段的有效感应弧面半径为SR2,有效感应加热线圈直线段的有效感应加热线圈直线段长度为L2,有效感应加热线圈的螺旋高度为H2;所述加热线圈(2a)与制动器压盘1中的弧面半径为SR1、直线段长度为L1、深度为H1的锥窝(1a)相对应吻合,并留有间隙:淬火感应器(2)的左圆管(2d)、右圆管(2e)与外接电源配用接口(3)插接配合,外接电源配用接口之间的距离为L3,外接电源配用圆接口内径为φ1。
2.根据权利要求1所述的用于制动器压盘锥窝的淬火感应器,其特征在于:配用尺寸确定步骤如下:
【1】、有效感应弧面半径SR2配用尺寸的确定:依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的弧面半径SR1的尺寸情况以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应弧面半径SR2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
SR2 = SR1-t ;
【2】、有效感应加热线圈(2a)直线段长度L2配用尺寸确定:系依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝(1a)的直线段长度L1尺寸以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应加热线圈(2a)直线段长度L2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L2 = L1-t;
【3】、有效感应加热线圈(2a)的高度H2配用尺寸确定:依据需实施感应淬火的制动器压盘锥窝的深度H1以及按照感应淬火工艺要求的球面水平感应间距t尺寸予以确定,即,有效感应加热线圈的高度H2配用尺寸,应按以下公式予以确定:
H2 = H1-t;
【4】、左圆管(2d)和右圆管(2e)之间的距离L4配用尺寸确定:系依据外接电源配用接口之间的距离L3予以确定,即,左圆管(2d)和右圆管(2e)之间的距离L4配用尺寸,应按以下公式予以确定:
L4 = L3;
【5】、左圆管(2d)和右圆管(2e)外径φ配用尺寸确定:系依据外接电源配用圆接口内径φ1予以确定,即,左、右圆管外径φ配用尺寸,应按以下公式予以确定;
φ = φ1;
至此,用于制动器压盘锥窝的淬火感应器的配用尺寸,全部确定完毕。
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