CN109312741A - 螺杆压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供提高压缩机主体的性能和电动机的性能的螺杆压缩机。螺杆压缩机具有向压缩室(9)注入油来压缩空气的供油式的压缩机主体(1)和驱动压缩机主体(1)的轴向间隙式的电动机(2),压缩机主体(1)的阳转子(7)的吸入侧轴部(17)与电动机(2)的旋转轴(3)同轴连接。另外,螺杆压缩机具有将阳转子(7)的吸入侧轴部(17)以可旋转的方式支承的吸入侧轴承(20)。吸入侧轴承(20)限制吸入侧轴部(17)的轴向的移动,并且支承径向负载和两个方向的轴向负载。
Description
技术领域
本发明涉及具有供液式的压缩机主体和驱动该压缩机主体的轴向间隙式的电动机的螺杆压缩机,特别是涉及将压缩机主体的螺杆转子与电动机的旋转轴进行了同轴连接的螺杆压缩机。
背景技术
专利文献1公开了具有供液式的压缩机主体和驱动该压缩机主体的径向间隙式的电动机的螺杆压缩机。以下说明其详情。
径向间隙式的电动机具有旋转轴、安装于旋转轴的转子、与转子在径方向上分开的定子,旋转轴通过定子与转子的磁作用进行旋转。
压缩机主体具有相互啮合的阴阳一对螺杆转子,一对螺杆转子中的一个螺杆转子与电动机的旋转轴同轴连接。而且,通过电动机的旋转轴的旋转,一个螺杆转子进行旋转,且与一个螺杆转子啮合的另一螺杆转子也进行旋转。随着一对螺杆转子的旋转,由螺杆转子的齿槽和壳体的内壁形成的压缩室在轴向上移动。压缩室经由轴向一侧的吸入端口(开口)吸入气体,压缩气体,且经由轴向另一侧的排出端口(开口)排出压缩气体。
供液式的压缩机主体向压缩室注入液体。注入于压缩室中的液体密封压缩室的间隙(详细而言,螺杆转子彼此之间的间隙以及螺杆转子与壳体之间的间隙),并且冷却压缩气体。
各螺杆转子利用具有多个螺旋状的齿的齿部、与齿部的轴向一侧(吸入侧,换句话说是电动机侧)连接的吸入侧轴部(电动机侧轴部)、与齿部的轴向另一侧(排出侧,换句话说是与电动机相反的一侧)连接的排出侧轴部(相反侧轴部)构成。一个螺杆转子的吸入侧轴部如上所述与电动机的旋转轴进行同轴连接。
各螺杆转子的吸入侧轴部由多个吸入侧轴承可旋转地支承,各螺杆转子的排出侧轴部由多个排出侧轴承可旋转地支承。多个排出侧轴承是在壳体内保持于固定位置的多个径向止推滚珠轴承(angular ball bearing),限制螺杆转子的排出侧轴部的轴向移动,并且支承径向负载及两个方向(详细而言,从排出侧朝向吸入侧的正方向和从吸入侧朝向排出侧的相反方向)的轴向负载。多个吸入侧轴承是在壳体内沿着轴向可移动地保持的多个径向止推滚珠轴承,允许螺杆转子的吸入侧轴部的轴向移动,并且支承径向负载及正方向的轴向负载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-150412号公报(参照图1-3)
发明内容
发明所要解决的课题
但是,由于小型化等的原因,研究了代替上述的径向间隙式的电动机,而采用轴向间隙式的电动机。轴向间隙式的电动机具有旋转轴、安装于旋转轴的至少一个转子、与转子在轴向上分开的至少一个定子,通过定子与转子的磁作用,旋转轴进行旋转。
而且,与专利文献1同样,考虑将一个螺杆转子的吸入侧轴部与轴向间隙式的电动机的旋转轴进行同轴连接。另外,与专利文献1同样,考虑利用排出侧轴承来限制螺杆转子的排出侧轴部(相反侧轴部)的轴向移动,且利用吸入侧轴承来允许螺杆转子的吸入侧轴部(电动机侧轴部)的轴向移动。但是,在该情况下,产生下面那样的技术问题。
螺杆转子通过压缩热进行热膨胀,电动机的旋转轴通过电动机的发热进行热膨胀。如果限制螺杆转子的排出侧轴部的轴向移动,则可显著抑制螺杆转子的齿部的排出侧端面与壳体的壁面之间的间隙的变化。由此,可提高压缩机主体的性能。另一方面,电动机的转子与定子之间的间隙不仅受到电动机的旋转轴的热膨胀的影响,而且还受到螺杆转子的热膨胀的影响,所以其变化变大。因此,电动机的性能降低。
本发明是鉴于所述情况而研发的,其技术问题之一在于,抑制螺杆转子的齿部的排出侧端面与壳体的壁面之间的间隙的变化、和电动机的转子与定子之间的间隙的变化,并提高压缩机主体的性能和电动机的性能。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述问题,应用权利要求书所记载的结构。本发明包含多个用于解决上述问题的技术方案,举出其一例,提供一种螺杆压缩机,其包括:供液式的压缩机主体,其具有螺杆转子,通过向由上述螺杆转子的齿槽形成的压缩室中注入液体来压缩气体;和驱动上述压缩机主体的轴向间隙式的电动机,上述螺杆转子的电动机侧轴部与上述电动机的旋转轴同轴连接,上述螺杆压缩机还具有将上述螺杆转子的电动机侧轴部以可旋转的方式支承的轴承,上述轴承限制上述电动机侧轴部的轴向的移动,并且支承径向负载和两个方向的轴向负载。
发明效果
根据本发明,能够抑制螺杆转子的齿部的排出侧端面与壳体的壁面之间的间隙的变化、和电动机的转子与定子之间的间隙的变化,并提高压缩机主体的性能和电动机的性能。
此外,上述以外的技术问题、结构及效果通过以下的说明变得清晰。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的螺杆压缩机的结构的铅垂剖面图,表示压缩机的额定运行状态。
图2是表示本发明的第一实施方式的螺杆压缩机的结构的铅垂剖面图,表示压缩机的停止状态。
图3是表示本发明的第一变形例的螺杆压缩机的结构的铅垂剖面图,表示压缩机的停止状态。
图4是表示本发明的第二变形例的螺杆压缩机的结构的铅垂剖面图,表示压缩机的停止状态。
图5是表示本发明的第二实施方式的螺杆压缩机的结构的铅垂剖面图,表示压缩机的额定运行状态。
具体实施方式
使用图1及图2说明本发明的第一实施方式。图1及图2是表示本实施方式的螺杆压缩机的结构的铅垂剖面图。图1表示压缩机的额定运行状态(高温状态),图2表示压缩机的停止状态(常温状态)。
本实施方式的螺杆压缩机具有供油式的压缩机主体1、驱动压缩机主体1的径向间隙式的电动机2,这些压缩机主体1及电动机2形成为一体。具体而言,以后述的压缩机主体1的螺杆转子及电动机2的旋转轴在铅垂方向延伸的方式,将压缩机主体1及电动机2进行纵向设置。另外,在压缩机主体1的上侧配置电动机2。
电动机2具有:旋转轴(轴)3;安装于旋转轴3的输出侧(压缩机主体1侧)的转子4A;安装于旋转轴3的与输出侧相反的一侧(压缩机主体1的相反侧)的转子4B;以与转子4A、4B在轴向(图1中上下方向)上分开的方式配置于转子4A、4B之间的定子5;收纳转子4A、4B及定子5并且支承定子5的电动机壳体6。
电动机壳体6,如图示,利用电动机主壳体和可装卸地安装于该电动机主壳体的上端开口的端盖构成。转子4A、4B为例如永磁型转子,定子5为例如绕组型定子。而且,通过转子4A、4B与定子5的磁作用,旋转轴3进行旋转。
压缩机主体1具有相互啮合的阴阳一对螺杆转子(即,阳转子7及未图示的阴转子)和收纳螺杆转子的压缩机主体壳体8,由螺杆转子的齿槽和压缩机主体壳体8的内壁形成压缩室9。压缩机主体壳体8由主壳体10和与主壳体10的上侧(吸入侧)连结的吸入侧壳体11构成。吸入侧壳体11与电动机主壳体连结。
阳转子7与电动机2的旋转轴3进行同轴连接。而且,通过电动机2的旋转轴3的旋转,阳转子7进行旋转,与阳转子7啮合的阴转子也进行旋转。随着阳转子7和阴转子的旋转,压缩室9在轴向上移动。压缩室9经由轴向一侧(电动机侧)的吸入端口12(开口)从吸入流路13吸入空气(气体),将空气压缩,并经由轴向另一侧(电动机的相反侧)的排出端口14(开口)向排出流路15排出压缩空气(压缩气体)。
供油式(供液式)的压缩机主体1向吸入过程的压缩室9注入油(液体)。注入于压缩室9的油密封压缩室9的间隙(详细而言,阳转子7与阴转子之间的间隙,以及阳转子7和阴转子与壳体8之间的间隙),并且将压缩空气冷却。
阳转子7由具有多个螺旋状的齿的齿部16、与齿部16的轴向一侧连接的吸入侧轴部(电动机侧轴部)17、与齿部16的轴向另一侧连接的排出侧轴部(相反侧轴部)18构成。同样,阴转子由齿部、吸入侧轴部和排出侧轴部构成。阳转子7的吸入侧轴部17与电动机2的旋转轴3一体成形,由此,如上述那样与电动机2的旋转轴3进行同轴连接。
阳转子7的齿部16及阴转子的齿部收纳于主壳体10的齿部收纳室19中。阳转子7的排出侧轴部18及阴转子的排出侧轴部收纳于主壳体10中。阳转子7的吸入侧轴部17及阴转子的吸入侧轴部收纳于吸入侧壳体11中。
阳转子7的吸入侧轴部17由多个吸入侧轴承20可旋转地支承,阳转子7的排出侧轴部18由一个排出侧轴承21可旋转地支承。多个吸入侧轴承20是多个径向止推滚珠轴承(angular ball bearing)(详细而言,正面对齐式或背面对齐式的组合径向止推滚珠轴承),它们的外轮在吸入侧壳体11内保持于固定位置,它们的内轮固定于阳转子7的吸入侧轴部17的固定位置。而且,限制阳转子7的吸入侧轴部17的轴向移动,并且支承径向负载及两个方向(详细而言,从排出侧朝向吸入侧的正方向和从吸入侧朝向排出侧的相反方向)的轴向负载。
排出侧轴承21是圆筒滚子轴承(详细而言,在外轮或内轮没有凸缘,外轮和内轮沿着轴向可相对性地移动的圆筒滚子轴承),其外轮在主壳体10内保持于固定位置,其内轮固定于阳转子7的排出侧轴部18的固定位置。而且,允许排出侧轴部18随着阳转子7的热膨胀进行轴向移动,并且支承径向负载。
同样,阴转子的吸入侧轴部由多个吸入侧轴承20可旋转地支承,阴转子的排出侧轴部由一个排出侧轴承21可旋转地支承。
接着,说明本实施方式的作用效果。
本实施方式中,用吸入侧轴承20来限制阳转子7的吸入侧轴部17(电动机侧轴部)的轴向移动,且排出侧轴承21允许阳转子7的排出侧轴部18(相反侧轴部)的轴向移动。因此,阳转子7的齿部16的排出侧端面与壳体8的壁面之间的间隙受到阳转子7的热膨胀的影响,但不会受到电动机2的旋转轴3的热膨胀的影响。由此,能够抑制阳转子7的齿部16的排出侧端面与壳体8的壁面之间的间隙的变化。同样,也能够抑制阴转子的齿部的排出侧端面与壳体8的壁面之间的间隙的变化。因此,能够缩小上述间隙的尺寸并抑制压缩空气的泄漏,并且能够提高压缩机主体1的性能。
另外,转子4A与定子5之间的间隙和转子4B与定子5之间的间隙受到电动机2的旋转轴3的热膨胀的影响,但不会受到阳转子7的热膨胀的影响。由此,能够抑制转子4A与定子5之间的间隙的变化和转子4B与定子5之间的间隙的变化。因此,能够将上述间隙的尺寸设为适当值而提高电动机效率,能够提高电动机2的性能。
作为比较例,假定由多个径向止推滚珠轴承限制阳转子的排出侧轴部或阴转子的排出侧轴部的轴向移动,且一个圆筒滚子轴承允许阳转子的吸入侧轴部或阴转子的吸入侧轴部的轴向移动的情况。本实施方式与这种比较例相比,能够缩短阳转子7的排出侧轴部18及阴转子的排出侧轴部。因此,能够将压缩机主体1小型化。此外,由于排出流路15的设计自由度增加,因此能够提高压缩机主体1的性能。
接着,对本实施方式的间隙尺寸进行说明。
压缩机的额定运行时(高温时)的阳转子7的齿部16的排出侧端面与壳体8的壁面之间的间隙尺寸D以下述的式(1)表示。Do是压缩机的停止时(常温时)的阳转子7的齿部16的排出侧端面与壳体8的壁面之间的间隙尺寸(其中,Do>D)。ΔLs为齿部16的热膨胀量,ΔLb为齿部收纳室19的热膨胀量(其中,ΔLs>ΔLb)。
D=Do-(ΔLs-ΔLb)……(1)
进一步,由于D>0,因此压缩机的停止时的阳转子7的齿部16的排出侧端面与壳体8的壁面之间的间隙尺寸Do以下述的式(2)表示。
Do>ΔLs-ΔLb……(2)
压缩机的额定运行时(高温时)的转子4A与定子5之间的间隙尺寸Ma以下述的式(3)表示。Mao是压缩机的停止时(常温时)的转子4A与定子5之间的间隙尺寸,ΔMa是转子4A与定子5之间的间隙尺寸的变化量(其中,ΔMa>0)。
Ma=Mao-ΔMa……(3)
压缩机的额定运行时(高温时)的转子4B与定子5之间的间隙尺寸Mb以下述的式(4)表示。Mbo是压缩机的停止时(常温时)的转子4B与定子5之间的间隙尺寸,ΔMb是转子4B与定子5之间的间隙尺寸的变化量(其中,ΔMb>0,ΔMb≒ΔMa)。
Mb=Mbo+ΔMb……(4)
而且,从优选成为Ma≒Mb来看,优选以成为下述的式(5)的关系的方式构成。
Mao>Mbo……(5)
此外,第一实施方式中,以轴向间隙式的电动机2具有两个转子4A、4B和配置于转子4A、4B之间的一个定子5的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。即,轴向间隙式的电动机只要具有至少一个转子和以与转子在轴向上分开的方式配置的至少一个定子即可。
具体而言,例如图3中所示的第一变形例那样,轴向间隙式的电动机2A也可以具有:安装于旋转轴的一个转子4、相对于转子4配置于输出侧(压缩机主体1侧)的定子5A、相对于转子4配置于与输出侧相反的一侧(压缩机主体1的相反侧)的定子5B。即使是这种变形例,也能够得到与第一实施方式同样的效果。
对本变形例的间隙尺寸进行说明。压缩机的额定运行时(高温时)的转子4与定子5A之间的间隙尺寸Mc以下述的式(6)表示。Mco是压缩机的停止时(常温时)的转子4与定子5A之间的间隙尺寸,ΔMc是转子4与定子5A之间的间隙尺寸的变化量(其中,ΔMc>0)。
Mc=Mco+ΔMc……(6)
压缩机的额定运行时(高温时)的转子4与定子5B之间的间隙尺寸Md以下述的式(7)表示。Mdo是压缩机的停止时(常温时)的转子4与定子5B之间的间隙尺寸,ΔMd是转子4与定子5B之间的间隙尺寸的变化量(其中,ΔMd>0,ΔMc≒ΔMd)。
Md=Mdo-ΔMd……(7)
而且,从优选成为Mc≒Md来看,优选以成为下述的式(8)的关系的方式构成。
Mco<Mdo……(8)
此外,第一实施方式中,以压缩机主体壳体8由主壳体10和与主壳体10的上侧(吸入侧)连结的吸入侧壳体11构成的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。
具体而言,例如图4中所示的第二变形例,压缩机主体壳体8也可以由主壳体10A、与主壳体10A的上侧(吸入侧)连结的吸入侧壳体11、和与主壳体10A的下侧(排出侧)连结的排出侧壳体22构成。而且,主壳体10A也可以收纳螺杆转子的齿部,且排出侧壳体22收纳螺杆转子的排出侧轴部及排出侧轴承。这种变形例中,与第一实施方式相比,能够提高排出流路15的加工精度。
另外,第一实施方式中,以压缩机主体1为供油式,且向压缩室9注入油并压缩空气的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。具体而言,压缩机主体也可以是例如供水式(供液式),且向压缩室9注入水(液体)并将空气(气体)压缩。在该情况下,也能够得到上述同样的效果。
另外,第一实施方式中,将螺杆压缩机以压缩机主体1的螺杆转子及电动机2的旋转轴3在铅垂方向延伸的方式构成的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。具体而言,螺杆压缩机也能够以压缩机主体的螺杆转子及电动机的旋转轴在水平方向延伸的方式构成。在该情况下,也能够得到上述同样的效果。
使用图5说明本发明的第二实施方式。图5是表示本实施方式的螺杆压缩机的结构的铅垂剖面图,表示压缩机的额定运行状态(高温状态)。此外,本实施方式中,与第一实施方式相同的部分标注相同的符号,并适宜省略说明。
本实施方式的螺杆压缩机具有:供油式的压缩机主体1;驱动压缩机主体1的轴向间隙式的电动机2;将油(液体)与从压缩机主体1排出的压缩空气(压缩气体)分离的油分离器23(气液分离器),这些压缩机主体1、电动机2及油分离器23形成为一体。具体而言,以压缩机主体1的螺杆转子及电动机2的旋转轴3在铅垂方向延伸的方式,将压缩机主体1及电动机2纵向设置。另外,在压缩机主体1的上侧(吸入侧)配置电动机2,在压缩机主体1的下侧(排出侧)配置油分离器23。
油分离器23具有:设置于压缩机主体1的下侧的内筒24;和与压缩机主体壳体8一体成形且在与压缩机主体1的下部及内筒24之间形成回旋流路25的外筒壳体26。回旋流路25与压缩机主体1的排出流路15连接。
而且,从压缩机主体1排出的压缩空气在回旋流路25中回旋(参照图5中箭头),压缩空气所包含的油进行离心分离。分离的油沿着外筒壳体26落下,并存留于形成在外筒壳体26的下侧的油存留部27。油存留部27中存留的油经由未图示的流路向吸气过程的压缩室9供给。另一方面,分离的压缩空气流入内筒24的内侧,并经由未图示的流路流出。
本实施方式中,与第一实施方式同样,用吸入侧轴承20来限制螺杆转子的吸入侧轴部(电动机侧轴部)的轴向移动,且排出侧轴承21允许螺杆转子的排出侧轴部(相反侧轴部)的轴向移动。因此,能够抑制螺杆转子的齿部的排出侧端面与壳体的壁面之间的间隙的变化、和电动机的转子与定子之间的间隙的变化,并提高压缩机主体1的性能和电动机2的性能。
另外,与第一实施方式同样,能够缩短螺杆转子的排出侧轴部。因此,排出流路15及回旋流路25的设计自由度增加,所以能够提高压缩机主体1的性能和油分离器23的性能。
此外,第二实施方式中,以螺杆压缩机具有向压缩室9注入油并将空气压缩的供油式的压缩机主体1、将油与从压缩机主体1排出的压缩空气分离的油分离器23的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。具体而言,螺杆压缩机也可以具有向压缩室9中注入水(液体)并将空气(气体)压缩的供水式(供液式)的压缩机主体和将水与从该压缩机主体排出的压缩空气(压缩气体)进行分离的水分离器(气液分离器)。在该情况下,也能够得到上述同样的效果。
另外,第一及第二实施方式中,以作为可旋转地支承各螺杆转子的吸入侧轴部的多个吸入侧轴承20,设置多个径向止推滚珠轴承(详细而言,正面对齐式或背面对齐式的组合径向止推滚珠轴承)的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。即,只要能够限制螺杆转子的吸入侧轴部的轴向的移动,并且支承径向负载及两个方向的轴向负载,则也可以设置其它的滚动轴承。
具体而言,作为可旋转地支承各螺杆转子的吸入侧轴部的一个吸入侧轴承,也可以设置正面对齐式或背面对齐式的多列径向止推滚珠轴承,或深沟滚珠轴承。另外,作为可旋转地支承各螺杆转子的吸入侧轴部的多个吸入侧轴承,也可以设置多个圆锥滚子轴承(详细而言,正面对齐式或背面对齐式的组合圆锥滚子轴承)。另外,作为可旋转地支承各螺杆转子的吸入侧轴部的一个吸入侧轴承,也可以设置正面对齐式或背面对齐式的多列圆锥滚子轴承。
另外,第一及第二实施方式中,以作为可旋转地支承各螺杆转子的排出侧轴部的一个排出侧轴承,设置圆筒滚子轴承的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。即,只要允许螺杆转子的排出侧轴部的轴向移动,则也可以设置其它的滚动轴承。具体而言,也可以在壳体内设置可在轴向上移动地保持的滚动轴承。
另外,第一及第二实施方式中,以电动机2的旋转轴3与阳转子7的吸入侧轴部17一体成形并进行了同轴连接的情况为例进行了说明,但不限于此,可在不脱离本发明的宗旨及技术思想的范围内进行变形。具体而言,电动机2的旋转轴3也可以使用联轴器与阳转子7的吸入侧轴部17进行同轴连接。另外,电动机2的旋转轴3也可以与阴转子的吸入侧轴部进行同轴连接。在这些情况下,也能够得到上述同样的效果。
符号说明
1……压缩机主体,2、2A……电动机,3……旋转轴,4、4A、4B……转子,5、5A、5B……定子,7……阳转子(螺杆转子),8……压缩机主体壳体,9……压缩室,11……吸入侧壳体,12……吸入端口,14……排出端口,17……吸入侧轴部(电动机侧轴部),20……吸入侧轴承,23……油分离器(气液分离器)。
Claims (6)
1.一种螺杆压缩机,其特征在于,具有:
供液式的压缩机主体,其具有螺杆转子,通过向由所述螺杆转子的齿槽形成的压缩室中注入液体来压缩气体;和
驱动所述压缩机主体的轴向间隙式的电动机,
所述螺杆转子的电动机侧轴部与所述电动机的旋转轴同轴连接,
所述螺杆压缩机还具有将所述螺杆转子的电动机侧轴部以可旋转的方式支承的轴承,
所述轴承限制所述电动机侧轴部的轴向的移动,并且支承径向负载和两个方向的轴向负载。
2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机,其特征在于:
所述压缩机主体的压缩室经由电动机侧的吸入端口吸入气体,且经由与电动机相反的一侧的排出端口排出压缩气体,
所述电动机侧轴部为吸入侧轴部。
3.根据权利要求2所述的螺杆压缩机,其特征在于:
具有气液分离器,其配置于所述压缩机主体的排出侧,将液体从所述压缩机主体所排出的压缩气体中分离出来。
4.根据权利要求1所述的螺杆压缩机,其特征在于:
所述电动机具有:安装于所述旋转轴的输出侧的第一转子;安装于所述旋转轴的与输出侧相反的一侧的第二转子;和配置于所述第一转子与所述第二转子之间的定子,
所述电动机以在常温时所述第一转子与所述定子之间的间隙尺寸比所述第二转子与所述定子之间的间隙尺寸大的方式构成。
5.根据权利要求1所述的螺杆压缩机,其特征在于:
所述电动机具有:安装于所述旋转轴的转子;配置于所述转子的输出侧的第一定子;和配置于所述转子的与输出侧相反的一侧的第二定子,
所述电动机以在常温时所述转子与所述第一定子之间的间隙尺寸比所述转子与所述第二定子之间的间隙尺寸小的方式构成。
6.根据权利要求1所述的螺杆压缩机,其特征在于:
所述轴承是正面对齐式或背面对齐式的组合径向止推滚珠轴承,在壳体内保持于固定位置。
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