JPH0321772B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0321772B2 JPH0321772B2 JP59099302A JP9930284A JPH0321772B2 JP H0321772 B2 JPH0321772 B2 JP H0321772B2 JP 59099302 A JP59099302 A JP 59099302A JP 9930284 A JP9930284 A JP 9930284A JP H0321772 B2 JPH0321772 B2 JP H0321772B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crankshaft
- balancer
- primary
- around
- mza
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 9
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0002—Cylinder arrangements
- F02F7/0019—Cylinders and crankshaft not in one plane (deaxation)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/22—Compensation of inertia forces
- F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
- F16F15/264—Rotating balancer shafts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/21—Elements
- Y10T74/2173—Cranks and wrist pins
- Y10T74/2183—Counterbalanced
- Y10T74/2184—Vibration dampers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、1軸1次バランサーを有するエンジ
ンのバランス機構に関する。
ンのバランス機構に関する。
(従来の技術)
1軸1次バランサーを有する従来エンジンで
は、第1図に示すようにシリンダ1の中心線C0
がクランク軸3の回転中心O1と交わつている。
2は1軸1次バランサーであつて、クランク軸3
と平行に配置されると共に、1対のギヤを介して
クランク軸3に連動連結しており、クランク軸3
と同速度でかつ逆方向に回転する。
は、第1図に示すようにシリンダ1の中心線C0
がクランク軸3の回転中心O1と交わつている。
2は1軸1次バランサーであつて、クランク軸3
と平行に配置されると共に、1対のギヤを介して
クランク軸3に連動連結しており、クランク軸3
と同速度でかつ逆方向に回転する。
このような方法により、ピストン等の往復運動
により生じるX軸方向の振動成分のうち、クラン
ク軸3回りのカウンタバランサー7が相殺した残
りの部分とカウンタバランサー7により生じるY
軸方向の振動の両方を打ち消し、X、Y軸方向の
振動の1次成分をほとんど無くすことが可能とな
つている。
により生じるX軸方向の振動成分のうち、クラン
ク軸3回りのカウンタバランサー7が相殺した残
りの部分とカウンタバランサー7により生じるY
軸方向の振動の両方を打ち消し、X、Y軸方向の
振動の1次成分をほとんど無くすことが可能とな
つている。
ところが第1図のように1軸1次バランサー2
を備えている場合には、上述のX、Y軸方向の振
動の1次成分を打ち消すことができるが、1軸1
次バランサー2による遠心力は、クランク軸心O
1から距離O1〜O2だけ離れたところで作用す
る為、クランク軸O1を中心にバランサー2によ
る遠心力の、直線O1,O2に対する直角方向成
分と距離O1〜O2をかけ合わせた大きさのモー
メントが作用し、クランク軸3と直角な平面内で
の回転振動が発生するという新たな課題が生じ
る。また従来この回転振動をなくす為に、1次バ
ランサーを2軸とし、出力軸をはさんだ両側に配
置するものもあるが、コスト高や、コンパクト性
に欠けるという課題がある。
を備えている場合には、上述のX、Y軸方向の振
動の1次成分を打ち消すことができるが、1軸1
次バランサー2による遠心力は、クランク軸心O
1から距離O1〜O2だけ離れたところで作用す
る為、クランク軸O1を中心にバランサー2によ
る遠心力の、直線O1,O2に対する直角方向成
分と距離O1〜O2をかけ合わせた大きさのモー
メントが作用し、クランク軸3と直角な平面内で
の回転振動が発生するという新たな課題が生じ
る。また従来この回転振動をなくす為に、1次バ
ランサーを2軸とし、出力軸をはさんだ両側に配
置するものもあるが、コスト高や、コンパクト性
に欠けるという課題がある。
(発明の目的)
本発明の目的は、シリンダ中心線を1次バラン
サー側へ偏心させることにより、1軸1次バラン
サーにより生じるクランク軸回りのモーメントを
ピストン等の往復運動により生じるクランク軸回
りのモーメントで相殺し、クランク軸と直角な平
面内における回転振動を低減させ、1軸バランサ
ーで、2軸バランサーに近いバランス効果を得よ
うとするものである。
サー側へ偏心させることにより、1軸1次バラン
サーにより生じるクランク軸回りのモーメントを
ピストン等の往復運動により生じるクランク軸回
りのモーメントで相殺し、クランク軸と直角な平
面内における回転振動を低減させ、1軸バランサ
ーで、2軸バランサーに近いバランス効果を得よ
うとするものである。
(発明の構成)
クランク軸と同速でかつ逆方向に回転する1軸
1次バランサーを、クランク軸と平行に備え、シ
リンダ中心線をクランク軸の回転中心に対して1
次バランサー側へ偏心させたことを特徴としてい
る。
1次バランサーを、クランク軸と平行に備え、シ
リンダ中心線をクランク軸の回転中心に対して1
次バランサー側へ偏心させたことを特徴としてい
る。
(実施例)
本発明を適用したエンジンのバランス機構を示
す第2図において、10はピストン、11はシリ
ンダ、12はクランク軸、13はコンロツドであ
る。コンロツド13の大端部はクランクピン15
に嵌合し、クランクピン15はクランクウエブ1
6を介してクランク軸12に連結している。クラ
ンクウエブ16にはカウンターバランサー17が
形成されている。カウンターバランサー17の重
心C1はクランクピン15に対して180゜の位相差
で位置している。
す第2図において、10はピストン、11はシリ
ンダ、12はクランク軸、13はコンロツドであ
る。コンロツド13の大端部はクランクピン15
に嵌合し、クランクピン15はクランクウエブ1
6を介してクランク軸12に連結している。クラ
ンクウエブ16にはカウンターバランサー17が
形成されている。カウンターバランサー17の重
心C1はクランクピン15に対して180゜の位相差
で位置している。
1軸1次バランサー20はクランク軸12と平
行に配置されており、1対のギヤ(図示せず)に
よりクランク軸に連動連結し、クランク軸12と
同速度でかつ逆方向に回転する。即ちクランク軸
12は矢印A1方向へ回転し、1次バランサー2
0は矢印A2方向へ回転する。また1次バランサ
ー20の回転中心O2とクランク軸12の回転中
心O1を結ぶ線はシリンダ11の中心線C0に対
して直角である。
行に配置されており、1対のギヤ(図示せず)に
よりクランク軸に連動連結し、クランク軸12と
同速度でかつ逆方向に回転する。即ちクランク軸
12は矢印A1方向へ回転し、1次バランサー2
0は矢印A2方向へ回転する。また1次バランサ
ー20の回転中心O2とクランク軸12の回転中
心O1を結ぶ線はシリンダ11の中心線C0に対
して直角である。
シリンダ中心線C0はクランク軸12の回転中
心O1に対して、1次バランサー20側へ偏心量
Eだけ偏心している。
心O1に対して、1次バランサー20側へ偏心量
Eだけ偏心している。
1次バランサー20の重心C2は、カウンタバ
ランサー17の重心C1と対称な位相に位置して
いる。
ランサー17の重心C1と対称な位相に位置して
いる。
例えばクランク軸回転中心O1と1次バランサ
ー20の回転中心O2とを結ぶ線を垂直2等分す
る対称面に対して、1次バランサー20の重心C
2とカウンタバランサー17の重心C1が互いに
対称位相に配置されていることになる。
ー20の回転中心O2とを結ぶ線を垂直2等分す
る対称面に対して、1次バランサー20の重心C
2とカウンタバランサー17の重心C1が互いに
対称位相に配置されていることになる。
(作用)
第2図において、ピストン10の往復運動によ
り、クランク12は角速度Wで矢印A1方向へ回
転し、1次バランサー20は角速度Wで矢印A2
方向へ回転する。これらエンジン内部の各質点の
移動によりエンジン全体は重心を中心にクランク
軸と直角な平面内で回転振動を起こす。エンジン
の重心は時間とともに移動し、解析が複雑になる
ため、ここではクランク軸回りの回転起振力を
MZとし、これにより回転振動の説明を行なう。
なお実際には、ピストン側圧等も回転振動に影響
するが、以下に述べるMzには含まれていない。
り、クランク12は角速度Wで矢印A1方向へ回
転し、1次バランサー20は角速度Wで矢印A2
方向へ回転する。これらエンジン内部の各質点の
移動によりエンジン全体は重心を中心にクランク
軸と直角な平面内で回転振動を起こす。エンジン
の重心は時間とともに移動し、解析が複雑になる
ため、ここではクランク軸回りの回転起振力を
MZとし、これにより回転振動の説明を行なう。
なお実際には、ピストン側圧等も回転振動に影響
するが、以下に述べるMzには含まれていない。
第3図において、1次バランサー20の回転に
よりクランク軸回りの慣性モーメントMzaが生
じるが、シリンダ中心線C0が1次バランサー2
0側へ偏心しているので、ピストン10の往復重
量WRECによるクランク軸回りのモーメントM
が上記モーメントMzaを消すように生じ、それ
によりクランク軸回りの回転起振力Mzは大幅に
減少する。なお第3図のWROTは回転重量、
Wcoはカウンターバランサー17の釣合重量、
WBIは1次バランサー20の釣合重量である。
よりクランク軸回りの慣性モーメントMzaが生
じるが、シリンダ中心線C0が1次バランサー2
0側へ偏心しているので、ピストン10の往復重
量WRECによるクランク軸回りのモーメントM
が上記モーメントMzaを消すように生じ、それ
によりクランク軸回りの回転起振力Mzは大幅に
減少する。なお第3図のWROTは回転重量、
Wcoはカウンターバランサー17の釣合重量、
WBIは1次バランサー20の釣合重量である。
シリンダ中心線C0をクランク軸回転中心O1
a偏心させない場合、即ち第1図の従来例のよう
な場合のクランク軸回りの回転起振力は、第3図
の1次バランサー20によるクランク軸回り慣性
モーメントMzaを等しくなる。上記従来例の回
転起振力Mzaと、シリンダ中心線C0を偏心さ
せた場合のクランク軸回りの回転起振力Mzbを
式で表すと次のようになる。
a偏心させない場合、即ち第1図の従来例のよう
な場合のクランク軸回りの回転起振力は、第3図
の1次バランサー20によるクランク軸回り慣性
モーメントMzaを等しくなる。上記従来例の回
転起振力Mzaと、シリンダ中心線C0を偏心さ
せた場合のクランク軸回りの回転起振力Mzbを
式で表すと次のようになる。
Mza=WBI×RW2cosθ/g×(Y1+RBIsinθ)
−WBI×RW2sinθ/g×(−X1+RBIcosθ) Mzb=Mza−M =Mza−WREC RW2[cosθ+{λcos2θ
+sinθ(λsinθ−ε)3+εsinθ}/{1−(λsin
θ−
ε)2}3/2]g×E WREC…往復重量、WROT…回転重量、WBI…
1次バランサー釣合重量、R…クランク半径、
RBI…1次バランサー重心半径、L…コンロツド
長、λ…連桿比(R/L)、ε…偏心比(E/
L)、θ…クランク角、δ…オーバーバランス率、
g…重力加速度、X1,Y1…クランク軸回転中
心を原点とした場合の1次バランサーのX,Y座
標 上記2式を比較すると、する |Mza|max>|Mzb|maxCOとなる。
−WBI×RW2sinθ/g×(−X1+RBIcosθ) Mzb=Mza−M =Mza−WREC RW2[cosθ+{λcos2θ
+sinθ(λsinθ−ε)3+εsinθ}/{1−(λsin
θ−
ε)2}3/2]g×E WREC…往復重量、WROT…回転重量、WBI…
1次バランサー釣合重量、R…クランク半径、
RBI…1次バランサー重心半径、L…コンロツド
長、λ…連桿比(R/L)、ε…偏心比(E/
L)、θ…クランク角、δ…オーバーバランス率、
g…重力加速度、X1,Y1…クランク軸回転中
心を原点とした場合の1次バランサーのX,Y座
標 上記2式を比較すると、する |Mza|max>|Mzb|maxCOとなる。
通常、1次バランサー20の釣合重量WB1は
往復重量WRECの概ね1/2に設定する為、例えば
シリンダ中心線C0の偏心量Eを距離O1〜O2
の1/2にすると、 |Mzb|max〜0 偏心量Eを距離O1〜O2の1/4にすると、 |Mzb|max〜1/2×|Mza|max となり、第3図のバランス機構によるクランク軸
回り回転起振力Mzbは、従来例Mzaに比べて著
しく小さくすることが可能となる。
往復重量WRECの概ね1/2に設定する為、例えば
シリンダ中心線C0の偏心量Eを距離O1〜O2
の1/2にすると、 |Mzb|max〜0 偏心量Eを距離O1〜O2の1/4にすると、 |Mzb|max〜1/2×|Mza|max となり、第3図のバランス機構によるクランク軸
回り回転起振力Mzbは、従来例Mzaに比べて著
しく小さくすることが可能となる。
第4図は従来例の回転起振力Mza(破線)と第
3図のバランス機構による回転起振力Mzb(実
線)を比較したグラフである。横軸はクランク角
θ、縦軸はクランク軸回りMzである。なお第4
図のMza、Mzbのグラフは、前述のMza、Mzb
の式に次の具体的な数値を代入した例である。
3図のバランス機構による回転起振力Mzb(実
線)を比較したグラフである。横軸はクランク角
θ、縦軸はクランク軸回りMzである。なお第4
図のMza、Mzbのグラフは、前述のMza、Mzb
の式に次の具体的な数値を代入した例である。
WBI=0.155Kg、R=36mm、RBI=13mm、L=
118mm、λ=0.305、E=12mm、δ=0.5、g=
9.8/sec2、X1=0mm、Y1=72mm、WREC=0.31
Kg、WROT=0.3865Kg 第4図によると、クランク軸12回りの回転振
動の起振モーモントは、従来例Mzaに比べ本案
によるMzbの方がクランク角0゜から360゜にかけて
ほぼ全領域でその絶対値が小さく、かつピークで
の絶対値が最も低減幅が大きく、振動低減に大き
く寄与することがわかる。
118mm、λ=0.305、E=12mm、δ=0.5、g=
9.8/sec2、X1=0mm、Y1=72mm、WREC=0.31
Kg、WROT=0.3865Kg 第4図によると、クランク軸12回りの回転振
動の起振モーモントは、従来例Mzaに比べ本案
によるMzbの方がクランク角0゜から360゜にかけて
ほぼ全領域でその絶対値が小さく、かつピークで
の絶対値が最も低減幅が大きく、振動低減に大き
く寄与することがわかる。
また本発明を応用したエンジンを試作し、回転
振動を測定すると、従来のエンジンに比べ13〜45
%の振動低減が見られた。回転振動は第5図に示
すように自由振動台上で横方向の振動加速度を測
定し、平行振動成分を減じた値を回転中心からの
距離で除した値で評価した。結果を第6図に示
す。第6図において実線のグラフは本発明を適用
した場合のグラフ、点線のグラフは従来例であ
る。なお実験条件は以下の通りである。
振動を測定すると、従来のエンジンに比べ13〜45
%の振動低減が見られた。回転振動は第5図に示
すように自由振動台上で横方向の振動加速度を測
定し、平行振動成分を減じた値を回転中心からの
距離で除した値で評価した。結果を第6図に示
す。第6図において実線のグラフは本発明を適用
した場合のグラフ、点線のグラフは従来例であ
る。なお実験条件は以下の通りである。
新案と従来例の共通条件
コンロツド長さL=120mm
クランク半径R=34mm
1次ダイナミツクバランサー座標Y1=67.6mm
1次ダイナミツクバランサー座標X1=−18mm
新案と従来例との異なる条件
新案の偏心量E=12mm
従来の偏心量E=0mm
(発明の効果)
クランク軸と同速でかつ逆方向に回転する1軸
1次バランサーを、クランク軸と平行に備え、シ
リンダ中心線をクランク軸の回転中心に対して1
次バランサー側へ偏心させているので、1軸1次
バランサーにより生じるクランク軸回りのモーモ
ントに対し、偏心したピストン等の往復慣性力に
より生じるクランク軸回り逆方向のモーメントが
打ち消すように作用する。従つてクランク軸回り
の回転振動が低減する。このため特に低付加時の
振動が減少する。シリンダ中心線を偏心させるこ
とにより、1次バランサーを2軸備えることな
く、回転振動を低減することができる。即ち特に
1次バランサーを2軸備える必要がないので、エ
ンジンのコンパクト化を保ち、かつコストの増加
を抑制することができる。
1次バランサーを、クランク軸と平行に備え、シ
リンダ中心線をクランク軸の回転中心に対して1
次バランサー側へ偏心させているので、1軸1次
バランサーにより生じるクランク軸回りのモーモ
ントに対し、偏心したピストン等の往復慣性力に
より生じるクランク軸回り逆方向のモーメントが
打ち消すように作用する。従つてクランク軸回り
の回転振動が低減する。このため特に低付加時の
振動が減少する。シリンダ中心線を偏心させるこ
とにより、1次バランサーを2軸備えることな
く、回転振動を低減することができる。即ち特に
1次バランサーを2軸備える必要がないので、エ
ンジンのコンパクト化を保ち、かつコストの増加
を抑制することができる。
第1図は従来エンジンの縦断面略図、第2図は
本発明を適用したエンジンの縦断面略図、第3図
は第2図の力関係図、第4図はクランク軸回り回
転起振力の変化を示すグラフ、第5図は回転振動
の測定方法を示す概略図、第6図はその結果を示
すグラフである。 11……シリンダ、12……クランク軸、20
……1軸1次バランサー、C0……シリンダ中心
線、O1……クランク軸回転半径中心。
本発明を適用したエンジンの縦断面略図、第3図
は第2図の力関係図、第4図はクランク軸回り回
転起振力の変化を示すグラフ、第5図は回転振動
の測定方法を示す概略図、第6図はその結果を示
すグラフである。 11……シリンダ、12……クランク軸、20
……1軸1次バランサー、C0……シリンダ中心
線、O1……クランク軸回転半径中心。
Claims (1)
- 1 クランク軸と同速でかつ逆方向に回転する1
軸1次バランサーを、クランク軸と平行に備え、
シリンダ中心線をクランク軸の回転中心に対して
1次バランサー側へ偏心させたことを特徴とする
エンジンのバランス機構。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59099302A JPS60245852A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | エンジンのバランス機構 |
US06/733,947 US4628876A (en) | 1984-05-16 | 1985-05-14 | Engine balancing system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59099302A JPS60245852A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | エンジンのバランス機構 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23109490A Division JPH0641777B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | エンジンのバランス機構 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60245852A JPS60245852A (ja) | 1985-12-05 |
JPH0321772B2 true JPH0321772B2 (ja) | 1991-03-25 |
Family
ID=14243830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59099302A Granted JPS60245852A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | エンジンのバランス機構 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4628876A (ja) |
JP (1) | JPS60245852A (ja) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5076220A (en) * | 1980-12-02 | 1991-12-31 | Hugh G. Evans | Internal combustion engine |
US4819593A (en) * | 1988-04-28 | 1989-04-11 | Briggs & Stratton Corporation | Pivoting balancer system |
GB2244116B (en) * | 1990-05-16 | 1994-06-01 | Cmb Foodcan Plc | A balanced press machine |
US5038727A (en) * | 1991-01-10 | 1991-08-13 | Briggs & Stratton Corporation | Engine balancing system having freely rotatable single counterbalance weight |
US5282397A (en) * | 1992-03-19 | 1994-02-01 | Briggs & Stratton Corporation | Engine balancing system having at least one pivoting counterbalance weight |
AU7315394A (en) * | 1993-07-15 | 1995-02-13 | Onan Corporation | Auxiliary power system for hybrid electric vehicle |
AU7335194A (en) * | 1993-07-15 | 1995-02-13 | Onan Corporation | Balanced engine driven generator set |
US5368000A (en) * | 1993-07-15 | 1994-11-29 | Onan Corporation | Engine efficiency improvement system |
US5572939A (en) * | 1995-04-21 | 1996-11-12 | Card-Monroe Corp. | Tufting machine drive assembly |
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