傳動軸知識

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1、一、概述汽車通過傳動系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動,其行駛牽引力,即地面對車輪的反作用力,用來克服滾動阻力、空氣阻力、加速阻力、上坡阻力。PKP=G附* 汽車十字軸式傳動軸是傳動系統(tǒng)中的動力傳遞裝置,即傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)運動。具有以下特點:1、輸入、輸出軸線不在同一軸線上,相交或平行;2、能傳遞動力、運動;3、輸入、輸出轉(zhuǎn)速相等,但瞬時轉(zhuǎn)速不均、不等;4、可具有伸縮性。汽車十字軸式傳動軸使用場合:1、后驅(qū);2、四驅(qū);3、重型汽車的離合器與變速器之間;4、轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋;5、擺動半軸驅(qū)動橋。二、傳動軸系統(tǒng)介紹汽車傳動軸系統(tǒng)一般由中間傳動軸及支承總成、傳動軸帶滑動叉總成組成,將來自發(fā)動機、變速箱的輸出扭矩和旋轉(zhuǎn)運動傳遞到驅(qū)

2、動橋,驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。并能適應(yīng)因路面不平和車輪上下跳動引起的傳遞距離和角度的變化。中間傳動軸的前端與變速箱的輸出法蘭盤相連接,中間支承懸掛在車架的橫梁下(用“U”形托架固定),中間支承軸承可以軸向微量滑動,以此來補償軸向位置安裝誤差和允許汽車在運行時軸承前后微量竄動,減少軸承的軸向受力。軸承座在蜂窩形橡膠墊環(huán)內(nèi),橡膠墊環(huán)能夠吸收傳動軸的部分振動,降低噪音,并能適應(yīng)傳動軸安裝的誤差,減少軸承的附加載荷。三、傳動軸結(jié)構(gòu)形式、特性及主要技術(shù)參數(shù)1結(jié)構(gòu)形式傳動軸帶滑動叉總成有內(nèi)滑式和外滑式兩種。由于汽車在運行中后橋與車架相對位置發(fā)生變化,這樣要求傳動軸的安裝角度和長度相應(yīng)改變,萬向節(jié)和滑動花鍵的結(jié)構(gòu)就能

3、夠滿足這要求。2特性傳動軸總成出廠時必須100進行動平衡校驗,并在合適的部位焊接平衡片,以滿足傳動軸總成的平衡要求。經(jīng)驗收合格的傳動軸在出廠前為保證動平衡,后傳動軸的原始裝配位置,在后傳動軸的軸管與花鍵滑動叉外表面上噴涂兩個相對應(yīng)的白色油漆箭頭。所有經(jīng)過拆卸的傳動軸在重新恢復(fù)時,必須保證裝配箭頭在一條直線上。傳動軸帶滑動叉總成在整車上布置安裝時,確?;瑒踊ㄦI接口處向下布置,防止傳動軸在使用中雨水泥沙進入配合花鍵處,影響傳動軸的使用壽命。3主要技術(shù)參數(shù)傳動軸在設(shè)計布置裝車時必須考慮下列技術(shù)參數(shù):1) 傳動軸最大工作扭矩(N/m);2) 傳動軸萬向節(jié)擺角();3) 滑動花鍵副的最大滑動量(mm);

4、4) 傳動軸最高工作轉(zhuǎn)速(r/min);5) 傳動軸的長度(mm);6) 剩余不平衡量(g.cm);7) 傳動軸兩端、中間支承的連接參數(shù)及傳動軸的長度參數(shù);8) 傳動軸系統(tǒng)當量夾角()。4設(shè)計基本要求 萬向傳動軸設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求: a.保證所連接的兩根軸相對位置在預(yù)計范圍內(nèi)變動時,能可靠地傳遞動力。 b.保證所連接兩軸盡可能等速運轉(zhuǎn)。c.由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 d.傳動效率高,使用壽命長,結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,維修容易等。 (附:傳動軸設(shè)計計算書)1) 扭轉(zhuǎn)強度靜扭強度安全系數(shù):OS=MS/M額定1.52.5在系列化設(shè)計時,靜扭強度通常取傳動軸破壞扭矩的

5、1/3。其中M額定的確定取以下二者的小值:a, 發(fā)動機變速后的最大扭矩計算值 Mg=Memax*imin=P*imin/=9549.3*P*imin/nb, 最大附著力計算扭矩值 Mmax = G附* RK*/i0 =0.8 G附計算為車重的70%(牛頓)其中傳動軸軸管的許用扭矩M可通過以下公式計算:=M/Wn=16*M/(D3-d3)2)臨界轉(zhuǎn)速一階臨界轉(zhuǎn)速 nK=1.2*108*(D2+d2)0.5/L02nmax /0.7nmax傳動軸最高轉(zhuǎn)速取以下最小值:nmax= nemax /imin 或nmax =1000*Vmax* i0/(120* RK)Vmax最高車速 Km/h3)工作夾

6、角傳動軸在整車上設(shè)計布置時,保證傳動軸萬向節(jié)工作夾角與傳動軸轉(zhuǎn)速的乘積小于18000,且滿載時工作夾角應(yīng)3-4。4)萬向節(jié)傳動時的當量夾角 ( 附:傳動系裝車圖.dwg) 多萬向節(jié)傳動的從動叉相對主動叉的轉(zhuǎn)角差 的計算公式與單萬向節(jié)相似,可寫成 式中,e為多萬向節(jié)傳動的當量夾角; 為主動叉的初相位角;1 為主動軸轉(zhuǎn)角。 式(44)表明,多萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的運動關(guān)系,如同具有夾角 e 而主動叉具有初相位 的單萬向節(jié)傳動。 假如多萬向節(jié)傳動的各軸軸線均在同一平面,且各傳動軸兩端萬向節(jié)叉平面之間的夾角為 0 或 2,則當量夾角 e 為 式中,1、2、3為各萬向節(jié)的夾角。 式中的正負號這樣確定

7、:當?shù)谝蝗f向節(jié)的主動叉處在各軸軸線所在的平面內(nèi),在其余的萬向節(jié)中,如果其主動叉平面與此平面重合定義為正,與此平面垂直定義為負。 為使多萬向節(jié)傳動的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn),應(yīng)使e =0,且1應(yīng)盡量地小(當1=0時,相當于減少了第一個萬向節(jié))。對于三個萬向節(jié)的傳動,如果要4=1;應(yīng)使:tg4/tg1=cos3/(cos2*cos1)=1;即cos3=cos2*cos1 萬向節(jié)傳動輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)角差會引起動力總成支承和懸架彈性元件的振動,還能引起與輸出軸相連齒輪的沖擊和噪聲及駕駛室內(nèi)的諧振噪聲。因此,在設(shè)計多萬向節(jié)傳動時,總是希望其當量夾角 e 盡可能小,一般設(shè)計時應(yīng)使空載和滿載兩種工況下的 e

8、 不大于3另外,對多萬向節(jié)傳動輸出軸的角加速度幅值小加以限制。對于轎車,350rads2;對于貨車,600rads2。5)多節(jié)傳動軸的設(shè)計布置長度設(shè)計與布置方式:各節(jié)傳動軸兩端萬向節(jié)中心間距應(yīng)盡可能不相同,且相差越大越好,各節(jié)臨界轉(zhuǎn)速不僅均應(yīng)滿足要求,而且應(yīng)做到:相鄰節(jié)的中心距差異要大,即長、短軸間隔布置;每節(jié)長度不得大于1.5米。如實在難于布置時,可采取軸管粗細不一致的辦法。四節(jié)傳動軸布置:6)萬向節(jié)的設(shè)計計算以QC190.60萬向節(jié)扭矩設(shè)計計算為例1、靜扭強度和許用扭矩計算:滿足十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力時,計算靜扭強度和許用扭矩= F= 其中d1=49.761 S=26.49 d2=12

9、r=107.35 十字軸極限彎曲應(yīng)力s830N/mm2計算靜扭強度:Ms=81059.49N.m十字軸許用彎曲應(yīng)力=450N/mm2經(jīng)計算得許用扭矩:M1=43947.92N.m2、滿足十字軸軸頸上的平均單位壓力,計算許用扭矩p= F=其中:dx=49.761mm,L=44mm,r=107.35mm軸頸的允許單位壓力為p=40N/mm2,計算得:M2=37606.57N.m3、滿足滾針軸承的接觸應(yīng)力,計算許用扭矩 =272 Q= F=其中:dx=49.761mm,d=11.19mm,L=22mm,Z=17,i=2,r=107.35mm,滾針的許用應(yīng)力=30003200N/mm2 計算得:M3=

10、38798.85 N.m(=3000N/mm2時 )根據(jù)以上計算,額定扭矩為37606.57N.m(取M1、M2、M3的最小值)??紤]到應(yīng)力集中因素,該萬向節(jié)的實際靜扭強度為0.8*81059.49=64847N.m。7)傳動軸的壽命設(shè)計計算(略)1、 萬向節(jié)的壽命計算2、 支架軸承的壽命計算 一、單十字軸萬向節(jié)傳動 當十字軸萬向節(jié)的主動軸與從動軸存在一定夾角 時,主動軸的角速度1與從動軸的角速度2之間存在如下關(guān)系 (4-1)式中,1為主動軸轉(zhuǎn)角,定義為萬向節(jié)主動叉所在平面與萬向節(jié)主、從動軸所在平面的夾角。 由于cos是周期為 2 的周期函數(shù),所以21,也為同周期的周期函數(shù)。當1為0、時,2達

11、最大值2max。且為1cos; 當1為 2、32時, 2有最小值2min。且為1 cos。因此,當主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動時,從動軸時快時慢,此即為普通十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性。 十字軸萬向節(jié)傳動的不等速性可用轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù) k 來表示 = cos-1- cos (4-2) 如不計萬向節(jié)的摩擦損失,主動軸轉(zhuǎn)矩T1和從動軸轉(zhuǎn)矩T2與各自相應(yīng)的角速度有關(guān)系式T11= T22,這樣有 (4-3) 顯然,當21最小時,從動軸上的轉(zhuǎn)矩為最大T2max=T1cos;當21最大時,從動軸上的轉(zhuǎn)矩為最小T2min=T1cos。當Tl與一定時,T2在其最大值與最小值之間每一轉(zhuǎn)變化兩次; 具有夾角 的十字軸萬向節(jié),

12、僅在主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和從動軸反轉(zhuǎn)矩的作用下是不能平衡的。這是因為這兩個轉(zhuǎn)矩作用在不同的平面內(nèi),在不計萬向節(jié)慣性力矩時,它們的矢量互成一角度而不能自行封閉,此時在萬向節(jié)上必然還作用有另外的力偶矩。從萬向節(jié)叉與十字軸之間的約束關(guān)系分析可知,主動叉對十字軸的作用力偶矩,除主動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Tl,之外,還有作用在主動叉平面的彎曲力偶矩Tl。同理,從動叉對十字軸也作用有從動軸反轉(zhuǎn)矩T2和作用在從動叉平面的彎曲力偶矩T2。在這四個力矩作用下,使十字軸萬向節(jié)得以平衡。 下面僅討論主動叉在兩特殊位置時,附加彎曲力偶矩的大小及變化特點。 當主動叉 l 處于 0 和 位置時(圖49a), 由于 Tl 作用在十字軸平面,

13、Tl必為零;而 T2 的作用平面與十字軸不共平面,必有 T2 存在,且矢量 T2 垂直于矢量T2;合矢量T2+ T2 指向十字軸平面的法線方向,與 Tl 大小相等、方向相反。這樣,從動叉上的附加彎矩T2= Tl sina。當主動叉 l 處于2和32位置時(圖49b),同理可知T2 =0,主動叉上的附加彎矩Tl= Tl tana。分析可知,附加彎矩的大小是在零與上述兩最大值之間變化,其變化周期為 ,即每一轉(zhuǎn)變化兩次。附加彎矩可引起與萬向節(jié)相連零部件的彎曲振動,可在萬向節(jié)主、從動軸支承上引起周期性變化的徑向載荷,從而激起支承處的振動。因此,為了控制附加彎矩,應(yīng)避免兩軸之間的夾角過大。傳動軸在輸入轉(zhuǎn)

14、速勻速時,仍然受到慣性力矩的作用;Mj=J*。在汽車加速或減速時,由于力矩方向發(fā)生改變,也會產(chǎn)生較大慣性力矩的作用。 二、雙十字軸萬向節(jié)傳動 當輸入軸與輸出軸之間存在夾角 時,單個十字軸萬向節(jié)的輸出軸相對于輸入軸是不等速旋轉(zhuǎn)的。為使處于同一平面的輸出軸與輸入軸等速旋轉(zhuǎn),可采用雙萬向節(jié)傳動,但必須保證同傳動軸相連的兩萬向節(jié)叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi),且使兩萬向節(jié)夾角 1 與2相等(圖4一10)。在雙萬向節(jié)傳動中,直接與輸入軸和輸出軸相連的萬向節(jié)叉所受的附加彎矩分別由相應(yīng)軸的支承反力平衡。當輸入軸與輸出軸平行時(圖410a),直接連接傳動軸的兩萬向節(jié)叉所受的附加彎矩彼此平衡,傳動軸發(fā)生如圖410b中雙點

15、劃線所示的彈性彎曲,從而引起傳動軸的彎曲振動。當輸入軸與輸出軸相交時(圖410c),傳動軸兩端萬向節(jié)叉上所受的附加彎矩方向相同,不能彼此平衡,傳動軸發(fā)生如圖410d中雙點劃線所示的彈性彎曲,從而對兩端的十字軸產(chǎn)生大小相等、方向相反的徑向力。此徑向力作用在滾針軸承碗的底部,并在輸入軸與輸出軸的支承上引起反力。 一、 傳動軸的殘余不平衡量傳動軸每端許用殘余不平衡量(g.cm):Uper=477.46G*M/nmax 傳動軸最高轉(zhuǎn)速:nmax=2*max/60 傳動軸重量:M(kg) 傳動軸單位重量許用殘余不平衡量eper=2 Uper/ M 平衡等級:G=eper*max/100 通常根據(jù)不同車型

16、和要求在G16G40取值由于質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心存在偏距e,且隨著n的不同發(fā)生變化,動平衡只是在某一速度下的平衡,從公式m*r*2=M*e*2中即可看出。二、 傳動軸的扭轉(zhuǎn)疲勞強度 載荷30%TT,壽命15、20、25萬次三、 傳動軸的萬向節(jié)磨損壽命載荷T,n*tg=57, 萬向節(jié)溫度60C,壽命50、60、75 h四、傳動軸的滑動花鍵副磨損壽命載荷T,n500rpm,滑動量10mm,30次/min 萬向節(jié)溫度60C,壽命15、17、20萬次五、本企業(yè)自定的標準1、 泥水試驗2、 扭轉(zhuǎn)間隙/靜扭轉(zhuǎn)剛性3、 沖擊強度4、 靜態(tài)跳動量5、 中間支撐的系列標準(老化、耐臭氧、徑向/軸向壽命、泥水壽命e

17、tc.)一、 傳動軸的先進設(shè)計A、 NVH降噪、減振、吸音方面,追求“舒適性、安全性、可靠性”1、 設(shè)置減振圈(扭轉(zhuǎn)減振器,詳見附件減振圈與NVH.doc)2、 撓性萬向節(jié)(彈性聯(lián)軸器) 撓性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動力的,具有緩沖減振作用。3、 吸音填充材料4、 鋁合金傳動軸5、 大口徑縮口(縮比1.5以上) B、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面1、 雙聯(lián)準等速節(jié)結(jié)構(gòu) 準等速萬向節(jié)是指在設(shè)計角度下工作時以等于1的瞬時角速度比傳遞運動,而在其它角度下工作時瞬時角速度比近似等于1的萬向節(jié)。 雙聯(lián)式萬向節(jié)的主要優(yōu)點是允許兩軸間的夾角較大(一般可達50,偏心十字軸雙聯(lián)式萬向節(jié)可達60),軸承密封性好,效率高,工作可

18、靠,制造方便。缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,外形尺寸較大,零件數(shù)目較多。2、 借用等速節(jié)結(jié)構(gòu)a 球叉式萬向節(jié)球叉式萬向節(jié)按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。 圓弧槽滾道型的球叉式萬向節(jié)(圖4-1a)由兩個萬向節(jié)叉、四個傳力鋼球和一個定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線是以O(shè)1和O2為圓心而半徑相等的圓,O1和O2到萬向節(jié)中心O的距離相等。當萬向節(jié)兩軸繞定心鋼球中心O轉(zhuǎn)動任何角度時,傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點上,從而保證輸出軸與輸入軸等速轉(zhuǎn)動。 球叉式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)較簡單,可以在夾角不大于3233的條件下正常工作。b.球籠式等速節(jié)結(jié)構(gòu)目前在轎車上廣泛采用的Birfield型球籠式等速萬向節(jié)

19、。其等速傳動原理:球形殼的內(nèi)表面有六條凹槽,形成外滾道;星形套外表面有相應(yīng)的六條凹槽,形成內(nèi)滾道。外滾道中心 A 與內(nèi)滾道中心 B 分別位于萬向節(jié)中心 O 的兩邊,且 OA=OB 。另外,鋼球中心 C 到 A、B 兩點的距離也相等,保持架的內(nèi)、外球面也以萬向節(jié)中心為球心,這樣COA=COB ,即兩軸相交任意交角 時,傳力鋼球都位于交角平分面上。此時鋼球中心到主、從動軸的距離 相等,從而保證了從動軸與主動軸以相等的角速度旋轉(zhuǎn)。Rzeppaz型球籠式萬向節(jié)1球形殼 2鋼球 3星形套 4球籠 5導向盤 6分度桿 3、 端面齒聯(lián)接結(jié)構(gòu)4、 翼形萬向節(jié)聯(lián)接結(jié)構(gòu)5、 免維護萬向節(jié)結(jié)構(gòu)6、 雙節(jié)傳動軸組合結(jié)

20、構(gòu)連接叉式、軸叉支架式、花鍵套支架式、中間軸滑動副直連式(參見附圖:悍馬前驅(qū).dwg)二、 傳動軸的先進工藝1、 滑動花鍵尼龍涂膜工藝2、 磨擦焊工藝3、 冷擠壓、冷滾壓、冷打花鍵軸、套工藝4、 毛坯冷擠壓工藝5、 毛坯輕量化等強度流線型設(shè)計、立鍛工藝6、 重型傳動軸采用大厚度焊接管(5-10mm)7、 多節(jié)傳動軸整體平衡工藝8、 加工面防銹磷化、FeZn工藝9、 水性環(huán)保漆涂裝新工藝一、傳動軸的使用規(guī)范1傳動軸在使用前必須在十字軸、萬向節(jié)軸承及滑動花鍵處加注二硫化鉬鋰基脂或二號鋰基脂潤滑。2傳動軸的萬向節(jié)和滑動花鍵副的潤滑脂在汽車每行駛2000Km時需加注一次。3傳動軸在運行過程中,需要經(jīng)常

21、檢查系統(tǒng)連接件是否松曠。傳動軸系統(tǒng)連接螺栓擰緊力矩分別為:M8螺栓擰緊力矩:2125N.m;M10螺栓擰緊力矩:4151 N.m;M14螺栓擰緊力矩:122149 N.m;M16螺栓擰緊力矩:182222 N.m;擰緊原則“寧緊勿松”,但不可過緊損壞緊固螺紋。4傳動軸系統(tǒng)維修拆裝順序必須遵循:傳動軸系統(tǒng)拆卸時,應(yīng)從后到前;傳動軸系統(tǒng)裝復(fù)時,應(yīng)從前到后。5傳動軸在維修后必須保證如下維修數(shù)據(jù): 項目維修標準(mm)使用極限(mm)傳動軸徑向跳動0.751.5滑動花鍵齒隙0.0250.1150.4萬向節(jié)與滾針軸承間隙0.020.090.25十字軸軸頸嚴重剝落及磨損量_0.01中間支承軸向游隙_0.5

22、中間支承軸承座內(nèi)孔表面磨損量_0.056傳動軸在使用中,傳遞扭矩不允許超過傳動軸許用傳遞扭矩。7傳動軸,不同的車型傳動軸尺寸不同,不允許錯裝。特別重要的是后橋傳動軸帶有滑動花鍵,若誤用傳動軸,使花鍵重疊部分減少,在行車中,若脫出會造成整車事故。8任何車型改裝及傳動軸系統(tǒng)的改動都必須選用合適的傳動軸或定制專用的傳動軸,否則將造成整車振動及影響傳動軸正常使用壽命,甚至造成整車事故。二、傳動軸的正常使用: 1 傳動軸的安裝 1.1傳動軸在整車裝配時,先將變速箱和后橋突緣與傳動軸的突緣叉配合連接好,并扭緊螺栓牢固。再安裝上吊架螺栓,但不能扭緊,再連接緊前(中)后傳動軸的連接螺栓,最后用手旋轉(zhuǎn)傳動軸的過

23、程中扭緊吊架螺栓,使傳動軸的回轉(zhuǎn)中心保持一致; 1.2傳動軸裝配好后,注意觀察前傳、后傳與中心的夾角,如夾角超過裝車要求時要進行調(diào)整; 1.3裝配傳動軸時,盡可能確保傳動軸不受徑向作用力,只受軸向力。 2傳動軸的運轉(zhuǎn) 2.1車輛運行中,傳動軸承受傳動力矩,嚴禁瞬時過大傳動速比的變換,導致傳動軸瞬時承載力矩大倍數(shù)超過額定力矩而損壞; 2.2車輛在下陡坡運行時,嚴禁用低檔位來阻止,車輛下滑速度(尤其是在重載的條件下); 2.3車輛輪胎落入大坑時,嚴禁低檔大油門強行操作(尤其是在重載的條件下);3傳動軸的承載 傳動軸在設(shè)計過程中,各部位零部件的配備安全系數(shù)為1.5倍,為此傳動軸的設(shè)計承載能力為規(guī)載的

24、1.5倍,嚴禁超出安全系數(shù)的強行載重。4、傳動軸的維護和保養(yǎng) 4.1出車前要檢查傳動軸的連接螺栓是否松動,過橋支承軸承,滑動花鍵副、萬向節(jié)是否有充足的黃油; 4.2當車輛每行使2000公里時,對傳動軸各潤滑部位加注一次充足合格的黃油; 4.3當傳動軸部件松動磨損時,要及時進行更換維修,傳動軸只要更換一個零部件時必須重新做動平衡檢查,否則導致整個傳動軸的報廢,甚至造成整車事故; 4.4傳動軸使用超出規(guī)定的保修期后即使傳動軸工作正常,也需要拆下進行一次動平衡復(fù)檢。三、常見故障及排除方法項目原因排除方法傳動軸振動1 傳動軸沒有按標記裝復(fù)2 傳動軸軸管彎曲3 更換了主要件而未對傳動軸做動平衡4 中間支承橡膠墊松曠5 傳動軸連接螺栓松曠6 萬向節(jié)、花鍵裝配不當或過度磨損,明顯松曠1 按標記裝復(fù)2 校直或更換傳動軸3 動平衡校驗4 緊固5 緊固連接螺母螺栓6 重新裝配或更換傳動軸發(fā)響1 萬向節(jié)過度磨損,軸承間隙大2 滑動花鍵過度磨損,間隙大3 中間支承軸承磨損,間隙大1 更換萬向節(jié)2 更換滑動叉3 更換支承軸承萬向節(jié)或滑動叉過早磨損1 油封失效2 沒有定期加注潤滑脂或加油不充分1 更換油封2 定期加油并且要充分如果按照上述方法故障仍然不能排除,需到專業(yè)的維修點進行維修或?qū)で笕f向公司給予支持。

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