CN112771281A - 轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滚动轴承(3)的轴承套圈(5)与轴(1)以及壳体(2)亦即对象部件间隙配合而得的轴承装置,进一步抑制该轴承套圈(5)的蠕动。轴承套圈(5)与对象部件(2)中的轴承套圈(5)具有遍及整个宽度将该嵌合面(5b)断开的退让面(5c),退让面(5c)在轴承套圈(5)与壳体(2)间形成径向间隙(g),在留有径向间隙(g)的载荷承载区域中,不存在轴承套圈(5)的波状变形部与壳体(2)的嵌合面(2a)的接触,轴承套圈(5)的波状变形不作为使轴承套圈(5)蠕动的行波发挥作用。

Description

轴承装置
技术领域
本发明涉及在轴与壳体之间夹装有滚动轴承的轴承装置。
背景技术
承受作用于轴与壳体之间的径向载荷的滚动轴承的轴承套圈与轴的外周或者壳体的内周嵌合。分别形成于轴承套圈、轴、壳体的嵌合面通常是圆筒面状。考虑载荷条件、装置的组装性等,从过盈配合、普通配合、间隙配合中选择形成于轴承套圈的内周或者外周的嵌合面与形成于轴或者壳体的嵌合面之间的嵌合。间隙配合的轴承套圈存在蠕动、即相对其嵌合的对象部件亦即轴或者壳体在圆周方向引起位置偏移的情况。
例如,在经由滚动轴承将汽车的变速器的轴支承于壳体的轴承装置中,为了使向壳体的组装容易,将滚动轴承的外侧的轴承套圈与壳体间隙配合。因此,存在因载荷承载时、高速旋转时的轴的不平衡载荷等而导致外侧的轴承套圈蠕动的情况。
作为该蠕动的机理,公知有在轴承套圈的表面产生行波,该行波使轴承套圈本身转移。即,若滚动体载荷作用于轴承套圈的滚道面,则在其正下方轴承套圈的表面突出并起伏。若轴承旋转,则滚动体也公转,因此其表面的起伏成为行波。产生于轴承套圈的表面的行波在滚动轴承的承载圏取得向圆周方向以及径向的蠕动运动的举动。该行波成为欲将对象部件向与滚动体的公转方向相反的方向转移、但因对象部件(轴或者壳体)的阻力反而变为被推回的形态,结果是,引起轴承套圈向滚动体的公转方向即与轴承旋转相同的方向旋转的蠕动。
以往,为了抑制滚动轴承所具备的内外的轴承套圈中的与壳体间隙配合的外侧的轴承套圈的蠕动,提出在对象部件亦即壳体形成在圆周方向上延伸的周槽。该周槽形成为:将在圆周方向整周上连续的对象部件的嵌合面中的位于径向载荷的承载圏的圆周方向一部分在轴向上分成两部分。这样的周槽在承受径向载荷的轴承套圈的承载圏作为退让槽发挥作用,抑制蠕动的产生。
专利文献1:日本特开2017-137896号公报
然而,在专利文献1中,形成于对象部件(壳体)的周槽的槽宽度设定为与轴承套圈的滚道面等宽的程度。另外,该周槽的最大深度设定为因加载于滚动轴承的径向载荷而在轴承套圈产生的最大的弹性变形量以下。在这样的周槽中,当在轴与壳体之间对滚动轴承加载最大的径向载荷、并在载荷承载圏的圆周方向中央部在滚道面正下方在起伏的轴承套圈的嵌合面产生了最大的弹性变形量时,该嵌合面在最大的弹性变形部位(波状的峰)与对象部件的周槽的槽底接触,另外,与周槽的两侧的槽缘比较强烈地接触。对象部件通过这些接触部而某种程度地承受上述的行波,因此存在允许轴承套圈的蠕动的担心。
发明内容
鉴于上述的背景,本发明欲解决的课题在于在将滚动轴承的轴承套圈与轴或者壳体亦即对象部件间隙配合而得的轴承装置中进一步抑制该轴承套圈的蠕动。
为了实现上述的课题,本发明采用了以下结构,即轴承装置具备轴、包围上述轴的壳体、以及夹装于上述轴与上述壳体之间的滚动轴承,上述滚动轴承具有与上述轴和上述壳体中的任一方亦即对象部件间隙配合的轴承套圈,上述轴承套圈和上述对象部件具有在圆周方向上延伸的嵌合面,其中,上述轴承套圈与上述对象部件中的至少一个具有遍及整个宽度将该轴承套圈或者该对象部件的上述嵌合面断开的退让面,上述至少一个退让面形成为在被加载了可加载于上述滚动轴承的径向载荷的范围内最大的径向载荷的情况下的载荷承载圏使上述轴承套圈与上述对象部件之间留有径向间隙。
根据上述结构,轴承套圈和与其间隙配合的轴或者壳体亦即对象部件中的至少一个具有遍及整个宽度将该轴承套圈或者对象部件的嵌合面断开的退让面,因此能够使该轴承套圈与对象部件之间产生遍及相互嵌合的整个宽度的径向间隙。于在轴与壳体间被加载了可加载于滚动轴承的径向载荷的范围内最大的径向载荷的情况下的载荷承载圏也留有该径向间隙。因此,在留有该径向间隙的区域,即使轴承套圈的嵌合面变形为波状,也不会与对象部件接触,该波状变形不会作为使轴承套圈蠕动的行波发挥作用。由此,与如专利文献1那样通过在圆周方向上延伸的周槽抑制蠕动的情况相比,能够进一步抑制轴承套圈的蠕动。
具体而言,优选仅上述轴承套圈具有上述退让面。当在对象部件形成退让面的情况下,在该退让面未配置于载荷承载区域时,无法发挥蠕动抑制效果。另一方面,若仅在轴承套圈形成退让面来确保上述的径向间隙,则即使在该退让面位于与载荷方向不同的区域的情况下,只要轴承套圈发生一定的蠕动,退让面就进入载荷承载区域而形成上述的径向间隙,因此此后能够抑制轴承套圈的蠕动。
这里,更优选上述对象部件由上述壳体构成。这样一来,在壳体与轴承套圈间隙配合而得的轴承装置中,能够避免壳体形状的复杂化,通过将轴承套圈的外周切削为非正圆形的简单的加工就能够形成退让面。
上述退让面可以是相对于上述断开的嵌合面的径向尺寸在该退让面的圆周方向长度的中央部具有最大的径向深度、且越是在圆周方向上远离该中央部的位置越缩小该径向深度的形状。这样一来,轴承套圈的波状变形在载荷承载区域的圆周方向中央部最大,在圆周方向上越远离该中央部越小。因此,若使退让面与断开的嵌合面间的径向深度在退让面的圆周方向长度的中央部最大,越是在圆周方向上远离该中央部的位置越小,则能够抑制形成退让面的轴承套圈或者对象部件的壁厚减薄。
上述退让面可以是与上述断开的嵌合面平滑地连续的形状。这样一来,退让面与嵌合面的边界不成为角(边),能够缓和在该边界上接触的轴承套圈与对象部件之间的面压力。
如上述那样,本发明通过上述结构的采用,在滚动轴承的轴承套圈与轴或者壳体亦即对象部件间隙配合而得的轴承装置中,能够进一步抑制该轴承套圈的轴承旋转方向的蠕动。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的轴承装置的主视图。
图2是图1的II-II线的剖视图。
图3是表示第一实施方式所涉及的外侧的轴承套圈的主视图。
图4是图3所示的外侧的轴承套圈的剖视图。
图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的退让面的主视图。
图6是表示本发明的第三实施方式所涉及的退让面的主视图。
图7是表示本发明的第四实施方式所涉及的退让面的端部附近的局部主视图。
具体实施方式
基于附图对本发明所涉及的作为一个例子的第一实施方式进行说明。
如图1、图2所示,第一实施方式所涉及的轴承装置具备轴1、包围轴1的壳体2、以及夹装于轴1与壳体2之间的滚动轴承3。
以下,在滚动轴承3的设计上的旋转中心线与轴1的旋转中心线一致的理想的状态下,将沿着其旋转中心的方向称为“轴向”。另外,将沿着绕其旋转中心线旋转一周的圆周的方向称为“圆周方向”。另外,将与其旋转中心线正交的方向称为“径向”。
轴1相对于壳体2相对地旋转。轴1例如是汽车的变速器所具备的传动轴。
轴1具有在圆周方向上延伸的嵌合面1a。该嵌合面1a形成为与轴1的旋转中心线同心的圆筒面状。
壳体2相对于轴1静止,在径向上支承滚动轴承3。壳体2例如是形成为汽车的变速器箱体的一部分的隔壁。
壳体2具有在圆周方向上延伸的嵌合面2a。该嵌合面2a形成为从外侧包围轴1的嵌合面1a的圆筒面状。嵌合面2a的中心线设定为与轴1的旋转中心同心。
滚动轴承3相对于壳体2旋转自如地支承轴1,承受作用在轴1与壳体2之间的径向载荷。在该轴承装置中,假定径向载荷的载荷方向为一个方向。在该轴承装置的运转中,在轴1的嵌合面1a与壳体2的嵌合面2a之间对滚动轴承3加载径向载荷。
滚动轴承3具备安装于轴1的内侧的轴承套圈4、安装于壳体2的外侧的轴承套圈5、夹装于上述两个轴承套圈4、5间的多个滚动体6、以及保证这些滚动体6间的圆周方向的间隔的保持器7。作为滚动轴承3,例示了深沟球轴承。
内侧的轴承套圈4是在外周侧具有在圆周方向上延伸的滚道面4a、在内周侧具有在圆周方向上延伸的嵌合面4b的环状的轴承部件。滚道面4a在圆周方向整周上能够以公称接触角0°与滚动体6接触。该嵌合面4b形成为与轴1的嵌合面1a同心的圆筒面状。该嵌合面4b的宽度(轴向长度)在圆周方向整周上恒定。
内侧的轴承套圈4的嵌合面4b与轴1的嵌合面1a间的嵌合设定为具有过盈量的过盈配合。内侧的轴承套圈4通过该过盈配合而被固定为与轴1一体地旋转。
外侧的轴承套圈5是在内周侧具有在圆周方向上延伸的滚道面5a、在外周侧具有在圆周方向上延伸的嵌合面5b的环状的轴承部件。滚道面5a在圆周方向整周上能够以公称接触角0°与滚动体6接触。
外侧的轴承套圈5与作为轴1和壳体2中的任一方亦即对象部件的壳体2间隙配合。
在图3、图4中示出未对外侧的轴承套圈5加载载荷的自然状态下的轴承套圈5的形状。外侧的轴承套圈5的嵌合面5b形成为圆弧面状。该嵌合面5b规定外侧的轴承套圈5的外径。该嵌合面5b的径向尺寸相当于与嵌合面5b外切的假想圆C的直径。该嵌合面5b中的圆弧面状被设定为与图1、图2所示的内侧的轴承套圈4的嵌合面4b同心。该嵌合面5b的宽度(轴向长度)在圆周方向整周上恒定。
外侧的轴承套圈5的嵌合面5b的径向尺寸比壳体2的嵌合面2a的直径小径。通过从轴1加载于滚动轴承3的径向载荷使外侧的轴承套圈5的嵌合面5b与壳体2的嵌合面2a接触。
仅外侧的轴承套圈5与壳体2中的外侧的轴承套圈5具有遍及整个宽度将该轴承套圈5的嵌合面5b断开的退让面5c。该退让面5c遍及该嵌合面5b的整个宽度,因此在圆周方向上将嵌合面5b完全分成两部分。
如图3所示,退让面5c是相对于断开的嵌合面5b的径向尺寸在退让面5c的圆周方向长度的中央部具有最大的径向深度δ、且越是在圆周方向上远离该中央部的位置越缩小该径向深度的形状。最大的径向深度δ相当于假想圆C与退让面5c之间的径向距离。
在图示例中,退让面5c以形成沿着轴向的大致圆弧面状的方式在断开的嵌合面5b的圆周方向两端e、e之间连续。该大致圆弧面状的曲率半径大于嵌合面5b,该圆弧面状的中心线(曲率中心)设定为从嵌合面5b的中心线向径向的一个方向偏移的位置(在图3中为下方向)。
退让面5c的圆周方向长度能够用绕轴1的旋转中心线的角度α来规定。这里,在将图1所示的滚动体6间的间距角度设为θ时,图3所示的与退让面5c的圆周方向长度对应的角度α例如能够设定为0<α≤2θ。为了形成为抑制因径向载荷引起的外侧的轴承套圈5的挠曲、应力的形状,优选设定为0.5θ≤α≤θ。
如图4所示,在将在外侧的轴承套圈5的滚道面5a与嵌合面5b之间径向上最小的壁厚设为外圈壁厚H时,图3所示的退让面5c的最大的径向深度δ例如能够设定为0.005H≤δ≤0.1H。为了形成为抑制因径向载荷引起的外侧的轴承套圈5的挠曲、应力的形状,优选退让面5c的最大的径向深度δ设定为0.01H≤δ≤0.05H。
如图1、图2所示,退让面5c使外侧的轴承套圈5的外周与壳体2的嵌合面2a之间产生径向间隙g。该径向间隙g通过将规定外侧的轴承套圈5的外径的嵌合面5b的整个宽度断开的退让面5c形成,因此成为在外侧的轴承套圈5的外周与壳体2的内周的嵌合的整个宽度(相当于嵌合面5b的整个宽度)、在轴向上贯通外侧的轴承套圈5的外周与壳体2的嵌合面2a间的空间。
退让面5c形成为利用对滚动轴承3加载了最大的径向载荷F的情况下的载荷承载圏在外侧的轴承套圈5的外周与壳体2的嵌合面2a之间留有径向间隙g。这里,最大的径向载荷F是在该轴承装置的运转中加载于滚动轴承3的径向载荷的变动范围内最大的径向载荷。
滚动轴承3中的承受径向载荷的载荷承载圏达到滚动轴承3的大致半周。该载荷承载圏的圆周方向中央部成为与其径向载荷的载荷方向对应的位置(在图1中相当于径向载荷F的箭头方向延长线上的位置)。外侧的轴承套圈5在该载荷承载圏经由滚动体6由滚道面5a承受径向载荷,因此产生弹性变形。此时,在滚动轴承3的载荷承载圏,外侧的轴承套圈5的嵌合面5b、退让面5c(特别是滚道面5a的正下方的部位)变形为波状。该波状的径向高度在该载荷承载圏的圆周方向中央部最大,越远离该圆周方向中央部越小。
图3所示的退让面5c的最大的径向深度δ被设定为比在被加载了最大的径向载荷F的情况下的滚动轴承3的载荷承载圏中上述的波状的最大的径向高度大。另外,退让面5c的径向深度以不超过与上述的圆周方向位置对应的波状的径向高度减少量从退让面5c的圆周方向长度的中央部朝向嵌合面5b的端e逐渐变小。
此外,图1的径向间隙g、图3的最大的径向深度δ夸张地描述了其大小。在实际产生的轴承套圈5的波状变形中,波状相对于嵌合面5b的比高最大也只是几μm的量级。
外侧的轴承套圈5在嵌合面5b中的位于图1所示的滚动轴承3的载荷承载圏内的部分与壳体2的嵌合面2a的接触部被在径向上支承。在该接触部,嵌合面5b的少量的波状变形部与嵌合面2a接触。即使在最大的径向载荷F加载于滚动轴承3的情况下,在位于该载荷承载圏的上述的接触部,来自承受少量的波状变形的嵌合面2a的反作用力也不成为使轴承套圈5蠕动的程度的力。
通过这样的退让面5c形成了图1、图2所示的径向间隙g,因此在被加载了最大的径向载荷F的情况下的滚动轴承3的载荷承载圏,即使外侧的轴承套圈5的外周(嵌合面5b、退让面5c)变形为波状,也留有径向间隙g,在留有该径向间隙g的圆周方向区域,外侧的轴承套圈5的波状变形部与壳体2的嵌合面2a无法接触。即,在该轴承装置的运转中,在留有径向间隙g的圆周方向区域,不发生在外侧的轴承套圈5的外周产生的波状变形部与壳体2的嵌合面2a的接触。因此,在滚动轴承3的载荷承载圏产生于外侧的轴承套圈5的外周的波状变形不会作为使轴承套圈5蠕动的行波发挥作用。因此,与如专利文献1那样轴承套圈的最大的弹性变形部(波状变形部)可能与蠕动抑制用周槽的槽底、槽缘接触的情况相比,该轴承装置能够进一步抑制轴承套圈5的蠕动。
另外,对于该轴承装置而言,仅外侧的轴承套圈5与作为其间隙配合的对象部件亦即壳体2中的轴承套圈5具有退让面5c,因此即使在该退让面5c位于与变动的载荷方向不同的区域的情况下,只要轴承套圈5发生一定的蠕动(最大为一周),退让面5c就进入载荷承载区域而形成上述的径向间隙g,因而此后能够抑制轴承套圈5的蠕动。
此外,在为加载于滚动轴承的径向载荷的载荷方向在圆周方向上不变动的静止载荷的情况下,还能够仅在对象部件形成退让面来确保上述那样的径向间隙,或在对象部件与轴承套圈双方形成退让面来在两个退让面同样地确保径向间隙。在静止载荷的情况下,若以在符合对应的滚动轴承的载荷承载区域的位置产生上述的径向间隙的方式将轴承套圈与对象部件嵌合,则能够获得规定的蠕动抑制效果。但是,当在对象部件亦即壳体2形成退让面的情况下,在误未将对象部件的退让面配置于载荷承载区域时,存在无法发挥蠕动抑制效果的担忧。为了避免该情况,优选仅在轴承套圈5形成退让面5c来形成径向间隙g。
另外,对于该轴承装置而言,被间隙配合的部件是外侧的轴承套圈5和壳体2,仅在该轴承套圈5形成有退让面5c,因此能够避免壳体2的形状的复杂化,通过将轴承套圈5的外周切削为非正圆形的简单的加工就能够形成退让面5c。例如,在将壳体形成为变速器箱体的一部分的情况下,可通过模具来成型壳体。在将专利文献1那样的蠕动抑制用周槽形成于壳体的情况下,该周槽成为沉割,壳体的制造变得困难,但当仅在外侧的轴承套圈5形成退让面5c的情况下,壳体2的嵌合面2a不需要沉割形状,因此壳体2的制造不会变得困难。
另外,该轴承装置是退让面5c相对于断开的嵌合面5b的径向尺寸在退让面5c的圆周方向长度的中央部具有最大的径向深度δ、且越是在圆周方向上远离该中央部的位置越缩小该径向深度的形状,因此能够抑制形成退让面5c的轴承套圈5的壁厚减薄。
进行该轴承装置的试制,确认了其蠕动抑制效果。该试制件的滚动轴承3以本申请人采用的公称型号相当于6208。规定图3所示的退让面5c的圆周方向长度的角度α设定为35°,最大的径向深度δ设定为0.5mm。试验条件将图1所示的最大的径向载荷F设定为P/C=0.4的单向载荷。这里,P是径向载荷,C是基本动额定载荷。另外,润滑滚动轴承3的油为CVTF,设为浸渍滚动轴承3的最下部的滚动体的程度的油浴润滑。将温度条件设为常温。在该试制件的试验条件进行运转时,目视观察外侧的轴承套圈5的蠕动的有无,能够确认蠕动的防止。另一方面,在同等的试验条件下运转了仅在不具有退让面5c这点上不同的比较例,发生了外侧的轴承套圈的蠕动。
在该轴承装置中,仅在外侧的轴承套圈5形成了退让面5c,但退让面的形状、配置考虑轴承装置的载荷条件例如是静止载荷还是旋转载荷、最大的径向载荷F的大小、在载荷承载圏通过轴承套圈的嵌合面与对象部件的嵌合面的接触而施加于轴承套圈的旋转力来适当地决定即可。例如,在将轴与内侧的轴承套圈间隙配合的情况下,内侧的轴承套圈与轴的至少一个具有退让面即可。在静止载荷的情况下,退让面可以仅形成于对象部件,也可以形成于轴承套圈与对象部件双方,也可以在双方的对置的退让面之间确保所需要的径向间隙。
另外,在该轴承装置中,通过使退让面5c为大致圆弧状来抑制轴承套圈5的壁厚减薄,但用于抑制壁厚减薄的退让面形状并不限定于大致圆弧状。作为其一个例子的第二实施方式如图5所示。此外,以下,仅描述与第一实施方式的不同点。
第二实施方式所涉及的轴承装置具有在轴承套圈8的嵌合面8a的圆周方向两端e、e间连续的平面状的退让面8b。越是接近圆周方向两端e、e的位置,退让面8b的径向深度越浅,因此通过第二实施方式,也能够抑制轴承套圈8的壁厚减薄。
在抑制形成退让面时的壁厚减薄的必要性欠缺的情况下,也可以遍及退让面的圆周方向长度的大致全长使径向深度大体恒定。作为其一个例子的第三实施方式如图6所示。
第三实施方式所涉及的轴承装置具有从轴承套圈9的嵌合面9a的圆周方向两端e、e向径向凹陷为阶差状的退让面9b。退让面9b的圆周方向长度的大致全长为在与嵌合面9a平行的方向上延伸的圆弧面状。退让面9b的圆周方向的两端部为朝向对应侧的嵌合面9a的圆周方向端e在径向上延伸的阶梯状。第三实施方式的退让面9b遍及其圆周方向长度的全长具有最大的径向深度,因此能够使微小的异物难以积存于上述的径向间隙。
在上述的各实施方式中,若在退让面与断开的嵌合面的圆周方向端的边界产生线状的角,则在该边界上与对象部件亦即嵌合面接触的面压力过大,不优选。因此,为了在该边界上缓和上述的面压力,优选使退让面与断开的嵌合面平滑地连续。这里,平滑地连续是指在边界上没有棱线状的角。作为其一个例子的第四实施方式如图7所示。
第四实施方式所涉及的退让面由将第一实施方式的退让面的圆周方向长度稍微缩短的圆弧面状部10a和在圆弧面状部10a与嵌合面5b的圆周方向端e之间连续的端部10b构成。退让面的端部10b是使每个圆周方向的径向深度的变化率小于圆弧面状部10a的形状,与嵌合面5b的圆周方向端e平滑地连续。这样,第四实施方式所涉及的退让面的端部10b是与断开的嵌合面5b平滑地连续的形状,因此能够缓和轴承套圈的嵌合面5b的边界上(圆周方向端e的位置)与对象部件接触的面压力。
此外,例示了退让面的端部10b为曲率特别小的单一的圆弧面状的结构,但并不限定于此,还能够采用由多个曲面或由对数函数规定的曲面构成的凸起形状。另外,作为第一实施方式的变更例,示出了退让面的端部10b,但在上述的第二、第三实施方式中也可以变更退让面的端部的形状来使之与嵌合面平滑地连续。例如,在如第三实施方式那样退让面的端部呈阶差状的情况下,若使退让面的端部为R倒角状,则能够使之与嵌合面的圆周方向端平滑地连续。
应该认为本次所公开的实施方式在全部的点上是例示,并非是限制性的。因此,本发明的范围并非由上述的说明示出,而是由权利要求书示出,意在包括与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。
附图标记说明:
1…轴;2…壳体;2a…嵌合面;3…滚动轴承;4…内侧的轴承套圈;5…外侧的轴承套圈;5b、8a、9a…嵌合面;5c、8b、9b…退让面。

Claims (5)

1.一种轴承装置,具备轴、包围所述轴的壳体、以及夹装于所述轴与所述壳体之间的滚动轴承,
所述滚动轴承具有与所述轴和所述壳体中的任一方亦即对象部件间隙配合的轴承套圈,所述轴承套圈和所述对象部件具有在圆周方向上延伸的嵌合面,
所述轴承装置的特征在于,
所述轴承套圈与所述对象部件中的至少一个具有遍及整个宽度将该轴承套圈或者该对象部件的所述嵌合面断开的退让面,
所述至少一个退让面形成为在被加载了可加载于所述滚动轴承的径向载荷的范围内最大的径向载荷的情况下的载荷承载圏使所述轴承套圈与所述对象部件之间留有径向间隙。
2.根据权利要求1所述的轴承装置,其特征在于,
仅所述轴承套圈具有所述退让面。
3.根据权利要求2所述的轴承装置,其特征在于,
所述对象部件由所述壳体构成。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的轴承装置,其特征在于,
所述退让面是如下形状,即相对于所述断开的嵌合面的径向尺寸在该退让面的圆周方向长度的中央部具有最大的径向深度、且越是在圆周方向上远离该中央部的位置越缩小该径向深度的形状。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的轴承装置,其特征在于,
所述退让面是与所述断开的嵌合面平滑地连续的形状。
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