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文檔簡介

1、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目:用于鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)的一級圓柱齒輪減速器的設(shè)計學(xué)院:中國人民解放軍海軍航空大學(xué)專業(yè):兵器工程(143071)學(xué)號:143071011143071022設(shè)計者:呂峰 張培堯指導(dǎo)教師:王燕銘完成日期:2017年7月15日目 錄一、 傳動方案的確定二、 電動機(jī)的選擇2.1 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇2.2 確定電動機(jī)功率2.3 確定電動機(jī)型號三、傳動裝置總傳動比的計算及各級傳動比的分配3.1 計算總傳動比3.2 分配各級傳動比四、傳動裝置運(yùn)動及動力參數(shù)的計算4.1 計算各軸轉(zhuǎn)速4.2 計算各軸功率4.3 計算各軸轉(zhuǎn)矩五、減速器外的傳動零件的設(shè)計鏈傳動的設(shè)計計算5.1

2、確定計算功率5.2 確定鏈輪齒數(shù)5.3 確定鏈條節(jié)數(shù)5.4 確定鏈條型號5.5 確定實(shí)際中心距5.6 計算鏈速5.7作用在軸上的壓力六、減速器內(nèi)的傳動零件的設(shè)計齒輪傳動的設(shè)計計算6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)6.2 確定齒輪許用應(yīng)力6.3 按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計計算6.4 驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度6.5 齒輪的圓周速度七、軸的設(shè)計計算及強(qiáng)度校核7.1 軸的選材及其許用應(yīng)力的確定7.2 軸的初步設(shè)計7.3 聯(lián)軸器的選擇7.4 軸承的選擇7.5 大齒輪軸的強(qiáng)度校核7.6 小齒輪軸的強(qiáng)度校核八、鍵的強(qiáng)度校核8.1 輸入軸伸出段固定帶輪的鍵8.2大齒輪處的鍵8.3小齒輪處的鍵九、減速器箱體的設(shè)計9.1

3、箱體主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求9.2 箱體附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求十、減速器的潤滑10.1 齒輪的潤滑10.2 軸承的潤滑十一、設(shè)計小結(jié)十二、參考資料設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名:呂峰 張培堯 學(xué)號:143071011 143071022 專業(yè):兵器工程 指導(dǎo)教師:王燕銘題目:用于鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)的一級圓柱減速器的設(shè)計1. 設(shè)計項(xiàng)目:用于鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)的一級圓柱齒輪減速器。其傳動簡圖如圖1所示圖1 鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)的一級圓柱齒輪減速器2. 工作條件:運(yùn)輸機(jī)連續(xù)工作,單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷變化較小,空載啟動,每天三班制工作,使用期限5年,每年按300個工作日計算,小批量生產(chǎn)。運(yùn)輸帶速度允許誤差±5%。3. 原始數(shù)據(jù):帶曳引力F=

4、2000N,運(yùn)輸帶的工作速度v=2.5m/s,傳動滾筒直徑D=450mm。4. 設(shè)計任務(wù):(1)設(shè)計內(nèi)容:電動機(jī)選型;鏈傳動設(shè)計;減速器設(shè)計; 聯(lián)軸器選型。(2)設(shè)計工作量:減速器裝配工作圖1張(A1幅畫);零件工作圖13張(A3或A4幅畫);設(shè)計計算說明書1份。5. 設(shè)計要求:(1)減速器中齒輪設(shè)計成:直齒輪。(2)減速器中齒輪設(shè)計成:標(biāo)準(zhǔn)齒輪。6. 設(shè)計期限:2017年7月3日至2017年7月16日計算及說明主要結(jié)果一、 傳動方案的確定傳動裝置選用鏈傳動和閉式一級圓柱齒輪傳動系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的特點(diǎn)。鏈傳動沒有彈性滑動和打滑,能保持準(zhǔn)確的平均傳動比;需要的張緊力小,作用在軸上的

5、壓力也小,可減小軸承的摩擦損失;結(jié)構(gòu)緊湊;能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。本方案中,鏈的壽命較短,且工作環(huán)境較為適宜,故在尺寸要求不高,環(huán)境條件允許的情況下,可以采用本方案。二、 電動機(jī)的選擇2.1 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇按照已知的動力源和工作條件選用Y系列三相異步電動機(jī)。2.2 確定電機(jī)功率1)傳動裝置的總效率查表得:鏈=0.92(滾子鏈),軸承=0.99(一對滾動軸承),齒輪=0.97(7級精度)???鏈*軸承2*齒輪=0.92*0.992*0.97=0.8482)工作機(jī)所需電動機(jī)功率,由公式可得:Pd=Fv1000總=2000*2.51000*0.848=5.9kW2.3 確

6、定電動機(jī)型號 滾筒工作轉(zhuǎn)速nw=60*1000vD=60*1000*2.5450=106r/min按表推薦的傳動比常用范圍,取鏈傳動比i鏈,=24,一級圓柱齒輪傳動比i齒,=35,則總傳動比范圍為i總,=i帶,*i齒,=620。因此,電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd,=i*nw=(620)*106=6362120r/min符合這一范圍的電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速有1000r/min、1500r/min。查表選擇電動機(jī)型號Y160M-6。其滿載轉(zhuǎn)速nm=970r/min,額定功率Ped=7.5kW。查表得:電動機(jī)的機(jī)座中心高H=160mm;電動機(jī)的伸出端直徑D=42mm;電動機(jī)的伸出端長度E=110mm。三、 傳

7、動裝置總傳動比的計算及各級傳動比的分配3.1 計算總傳動比i總=nmnw=970106=9.15總=0.848Pd=5.9Kwnw=106r/min電動機(jī)選用Y160M-6H=160mmD=42mmE=110mmi總=9.15計算及說明主要結(jié)果3.2 分配各級傳動比查表可得,鏈的傳動比取為i鏈=2.8,則圓柱齒輪的傳動比i齒=i總i鏈=9.152.8=3.15四、 傳動裝置運(yùn)動及動力參數(shù)的計算4.1 計算各軸轉(zhuǎn)速n0=nm=970r/minn=n0i鏈=9702.8=304.76r/minn=ni齒=304.763.15=108.84r/min4.2 計算各軸功率P0=Pd=5.9kWP=P0

8、*鏈=5.9*0.92=5.43kWP=P*軸承*齒輪=5.43*0.99*0.97=5.21kW 4.3 計算各軸轉(zhuǎn)矩T0=9550*P0n0= 9550*5.9970=58.7NmTI=9550*Pn=9550*5.43304.76=170.2NmTII=9550*Pn=9550*5.21108.84=457.1Nm各軸的運(yùn)動及動力參數(shù)列于表1表1 各軸的運(yùn)動及動力參數(shù)軸名功率P(kW)轉(zhuǎn)速n(r/min)轉(zhuǎn)矩T(Nm)傳動比i效率05.997058.72.80.92I5.43304.76170.23.150.97II5.21108.84457.1五、 減速器外的傳動零件的設(shè)計鏈傳動的設(shè)計

9、計算5.1確定計算功率由主動機(jī)為電動機(jī),中等沖擊,查表得工況系數(shù)KA=1.4,Kz=1.02,選用單排鏈,查表得Km=1.0,則i鏈=2.8i齒=3.15n0=970r/minn=304.76r/minn=108.84r/minP0=5.9kWP=5.43kWP=5.21kWT0=58.7NmTI=170.2NmTII=457.1Nm計算及說明主要結(jié)果Pca=KAKzKmPI=1.4×1.021.0×5.43=7.75404kW5.2 確定鏈輪齒數(shù)由傳動比i鏈=2.8,查表得z1=26。大鏈輪齒數(shù)z2=i鏈z1=2.8×26=72.8,取z2=72。實(shí)際傳動比i=

10、7226=2.77,誤差小于5%,故允許。5.3 確定鏈條節(jié)數(shù)初定中心距a0=40p,得Lp=2ap+z1+z22+pa(z2-z12)²=1305.4 確定鏈條型號由Pca=7.75404kW、n1=304.76r/min,查圖得,取12A鏈條可滿足要求,查表得鏈的節(jié)距p=19.05mm。5.5 確定實(shí)際中心距中心距設(shè)計為可調(diào)節(jié)的,根據(jù)之前計算結(jié)果,可取:aa0=40p=40*19.05=762mm5.6 計算鏈速v=z1pn160×1000=26×19.05×304.7660×1000ms=2.5158m/s符合設(shè)計要求5.7 作用在軸上的

11、壓力取FQ=1.2F,有FQ=1.2F=1.2*1000*PcaV=1.2*1000*7.754042.5158=3698.564N六、 減速器內(nèi)的傳動零件的設(shè)計齒輪傳動的設(shè)計計算6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1)按傳動方案選用直齒標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動,壓力角=20°;2) 鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器,速度、精度要求不高,故齒輪選用8級精度;3)材料選取,查表可得,大小齒輪均使用45鋼,表面淬火處理,齒面硬度為4050HRC;4)選擇小齒輪齒數(shù)z1=25,大齒輪齒數(shù)z2=i齒*z1=3.15*25=78.25,取z2=78;5)齒數(shù)比u=z2z1=7825=3.126.2 確定

12、齒輪許用應(yīng)力1) 大小齒輪均采用45鋼,表面淬火處理,則Hlim1=1135MPa,F(xiàn)E1=445MPa;Pca=7.75404kWLp=130選用12A鏈條v=2.5158m/sFQ=3698.564N壓力角=20°齒輪8級精度z1=25,z2=78u=3.12Hlim1=1135MPaFE1=445MPa計算及說明主要結(jié)果2) 由表可得,取SF=1.25,SH=1,取ZE=189.8MPa,則有F1=F2=0.7FE1SF=0.7*4451.25=356MPaH1=H2=Hlim1SH=11351=1135MPa 6.3 按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計計算1)根據(jù)之前設(shè)計要求,齒輪按8級精度

13、制造。取載荷系數(shù)K=1.3,齒寬系數(shù)d=0.7;2)小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1=9.55*106*Pn1=5.87*104 Nmm查圖可得YFa1=2.74,YFa2=2.24,YSa1=1.59,YSa2=1.74,YFa1YSa1F1=2.74*1.59356=0.0122YFa2YSa2F2=2.24*1.741135=0.0109法向模數(shù) m32KT1dz12YFa1YSa1F1=32*1.3*5.87*104*2.74*1.590.7*252*356=1.62mm取m=2.5mm,則d1=mz1=62.5mmd2=mz2=195mmb1=dd1=43.75mmu=3.12取b2=30mm6.

14、4 驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度由公式可得H=2.5ZE2KT1bd12u±1uZE=189.8MPa,K=1.3H=2.5ZE2KT1bd12u±1u=2.5*189.82*1.3*5.87*104*(3.12+1)43.75*62.52*3.12=515.28MPaH1所以安全6.5 齒輪的圓周速度v=d1n160*1000=*62.5*97060*1000=3.17m/s選擇8級制造精度合適。七、軸的設(shè)計計算及強(qiáng)度校核7.1 軸的選料及其許用應(yīng)力的確定因減速器整體傳遞的功率不大,并對質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求,所以初選軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。查表得:軸材料的硬度為217255H

15、BW,抗拉強(qiáng) F1=F2= 356MPaH1=H2=1135MPHaT1=5.87*104 Nmmm=2.5mmd1=62.5mmd2=195mmb1=43.75mmb2=30mmH=515.28MPa計算及說明主要結(jié)果度極限B=640MPa,屈服強(qiáng)度極限s=355MPa,彎曲疲勞極限-1=275MPa,剪切疲勞極限-1=155MPa,許用彎曲應(yīng)力-1=60MPa。7.2 軸的初步設(shè)計1)高速軸最小直徑單級齒輪減速器的高速軸為轉(zhuǎn)軸,輸入端與大帶輪相連接,所以輸入端軸徑應(yīng)最小。查表可得,取C=113,則d1=C3Pn=113*35.9970=20.627d1'=20.627*(1+5%)

16、=21.658取d1=25mm。2)低速軸最小直徑 低速軸的輸出端與聯(lián)軸器相連,所以低速軸輸出端軸徑應(yīng)最大,查表可得,取C=113,則d2=C3Pn=113*35.43304.76=29.5d1'=29.5*(1+5%)=30.98取d2=35mm。7.3 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器類型:選用剛性聯(lián)軸器查表可得,對于工作機(jī)為運(yùn)輸機(jī),原動機(jī)為電動機(jī),取工作情況系數(shù)KA=1.3 ,TC =58.7*1.3=76.31 Nm由上述條件可得,根據(jù)查表,選擇聯(lián)軸器型號GY3.7.4 軸承的選擇1)6206AC型軸承 確定基本額定動載荷,Cr=14000N, 球軸承查表可得,取ft=1,fp=1.3,n=

17、970r/min解得Lh=10660*970*(1*140001.3*999.48)³=21717h預(yù)期壽命Lh=8*300*5=12000所以選擇6206AC型軸承合適。 2)6308AC型軸承 確定基本額定動載荷,Cr=40800N, 球軸承查表可得,取ft=1,fp=1.3,n2 =108.84r/min解得Lh=10660*108.84*(1*408001.3*7554.98)³=10977h預(yù)期壽命Lh=12000d1=25mmd2=35mm選擇6206AC型軸承計算及說明主要結(jié)果 因?yàn)榇颂幱嬎愕氖菢O限條件下的使用壽命,一般不會發(fā)生,略小于可以正常使用,故選擇63

18、08AC型軸承合適。 7.5 大齒輪軸的強(qiáng)度校核 1)大齒輪軸各段長度 由聯(lián)軸器孔徑尺寸可得,軸徑d-= d-=40mm; l-=25mm; d-=d-=45mm; l-=9mm; d-=50mm; l-=5mm; d-=45mm l-=37mml-=95mm; d-=35mm; l-=37mm 2)大齒輪軸的強(qiáng)度校核 Ft=1000*pv=1000*5.21300*108.8460*1000=3047.4N Fr=Fttan=3047.4×tan20°=1109.16N水平面內(nèi)支反力及彎矩: FNH1=FNH2=0.5Ft=0.5×3047.4=1523.7N

19、MH=FNH1×84×10-3=127.99N·m垂直面內(nèi)支反力及彎矩: FNV1=FNV2=0.5Fr=0.5×2303.79=554.58N MV=FNV1×84×10-3=46.58N·m選擇6308AC型軸承d-= d-=40mml-=25mmd-=45m l-=9mmd-=50mm l-=5mmd-=45mm l-=37mml-=95mm d-=35mm l-=37mm 計算及說明主要結(jié)果 高速軸M總彎矩:M=MH2+MV2=127.992+46.582=136.21N·m按彎扭合成強(qiáng)度校核: ca=M2

20、+(T)2W=136.21²+0.6*170.2²0.1*40³=2.13MPa<-1=60MPa符合要求7.6 小齒輪軸的強(qiáng)度校核1)小齒輪軸各段長度由聯(lián)軸器孔徑尺寸可得,軸徑d-=25mm; l-=45mm; d-= d-=30mm; l-=85mm d-=d-=35mm; l-=41mm;d-=25mml-=45mmd-= d-=30mml-=85mmd-=d-=35mml-=41mm計算及說明主要結(jié)果 d-=40mm; l-=5mm; l-=7mm; l-=24mm2)小齒輪軸的強(qiáng)度校核 Ft=2T1d1=2×58.70.0625=1878

21、.4N Fr=Fttan=1878.4×tan20°=683.68N水平面內(nèi)支反力及彎矩: FNH1=FNH2=0.5Ft=0.5×1878.4=939.2N MH=FNH1×69.5×10-3=78.89N·m垂直面內(nèi)支反力及彎矩: FNV1=FNV2=0.5Fr=0.5×683.68=341.84N MV=FNV1×84×10-3=28.71N·m總彎矩:M=MH2+MV2=78.892+28.712=83.95N·m按彎扭合成強(qiáng)度校核: ca=M2+(T0)2W=83.95

22、78;+0.6*58.7²0.1*35³=1.39MPa<-1=70MPa符合要求d-=40mml-=5mml-=7mml-=24mm計算及說明主要結(jié)果八、鍵的強(qiáng)度校核8.1 輸入軸伸出段固定鏈輪的鍵(10×8×35)mm鏈輪輪轂為鑄鐵材料,鍵承受輕微沖擊。 l1=L1-b1=35-10=25mmd1 =35mm T1=58.7 Nmp1=4000Thld=4000*58.78*25*35=33.5Mpap=5060Mpa該鍵的擠壓強(qiáng)度滿足要求。8.2 大齒輪處的鍵(14×9×45)mm大齒輪輪轂為鋼材,鍵承受輕微沖擊。 l2=

23、L2-b2=45-14=31mmd1 =45mm T2=170.2N·mp2=4000Thld=4000*170.29*31*45=54.2Mpap=100120Mpa該鍵的擠壓強(qiáng)度滿足要求。8.3 小齒輪處的鍵(10×8×35)mm小齒輪輪轂為鋼材,鍵承受輕微沖擊。 l3=L3-3=35-10=25mmd3 =35mm T1=58.7 Nm p3=4000Thld=4000*58.78*25*35=33.5Mpap=100120Mpa 該鍵的擠壓強(qiáng)度滿足要求九、減速器箱體的設(shè)計9.1箱體主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求1)箱體要有足夠的剛度(1)采用鑄造的方法制造減速器,

24、考慮到安裝方便,采用剖分式結(jié)構(gòu),使剖分面通過軸心線。(2)保證足夠的壁厚,為保證箱體的支撐剛度,軸承座上應(yīng)有足夠的厚度,并設(shè)置加強(qiáng)肋,在此選用外肋結(jié)構(gòu)。(3)為提高軸承座處的聯(lián)接剛度,座孔兩側(cè)的連接螺栓應(yīng)盡量靠近軸承,為此軸承座附近做出凸臺,有一定高度以留出足夠的扳手空間,但不超過軸承座外圓。2)箱體設(shè)計要滿足客戶需求減速器主要是面向客戶使用,應(yīng)當(dāng)滿足性價比高,可靠性高的特點(diǎn),還應(yīng)根據(jù)客戶需求設(shè)計箱體形狀,材料等3)箱體結(jié)構(gòu)要有良好的工藝性采用鑄造箱體,應(yīng)特別考慮到鑄造的工藝要求。如壁厚應(yīng)均勻,過渡平緩,外形簡單,考慮到金屬的流動性,避免縮孔、氣孔的出現(xiàn),壁厚要求 10,鑄造圓角要求 ,還要考

25、慮到箱體沿起模方向應(yīng)有1:20的起模斜度,以方便起模。p1=33.5Mpap2=54.2Mpap3=33.5Mpa計算及說明主要結(jié)果(1)設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)形狀時還應(yīng)盡量減小機(jī)械加工面積,減少工件和刀鋸的調(diào)整次數(shù);(2)保證同一軸心線上的兩軸承座孔的直徑應(yīng)盡量一致,以便鏜孔并保證鏜孔精度;(3)各軸承座外端面應(yīng)位于同一平面,箱體兩側(cè)應(yīng)對稱,便于加工檢驗(yàn);(4)螺栓頭部或螺母接觸處做出沉頭座坑,以減少加工面積;(5)螺紋連接處留出足夠的扳手空間總之結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足連接和裝配兩個方面的要求,在此基礎(chǔ)上,箱體形狀力求均勻、美觀。9.2 箱體附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求1)凸臺為保證剖分式箱體軸承座孔的加工與裝配精度,

26、在箱體聯(lián)接凸臺的長度方向兩端各設(shè)一圓錐定位銷。兩銷間的距離盡量遠(yuǎn),以提高定位精度。定位銷直徑一般取 ,長度應(yīng)大于箱蓋和箱座聯(lián)接凸臺的總厚度,以利于裝拆。2)吊鉤為調(diào)運(yùn)整臺減速器,在箱座兩端凸臺下面直接鑄出吊鉤。3)油標(biāo)油標(biāo)的設(shè)計主要以方便裝拆為設(shè)計準(zhǔn)則,使箱座油標(biāo)的傾斜位置便于加工和使用即可。油標(biāo)的作用是保持向內(nèi)正常的油量。在此選用帶有螺紋的桿式油標(biāo)。最低油面為傳動零件正常運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的油面,最高油面為油面靜止時高度;4)窺視孔窺視孔的設(shè)計應(yīng)保證可以看到兩齒輪的嚙合點(diǎn),以便觀察工是否正常。還要考慮窺視孔蓋的高度的合理性。5)通氣器(1)功能概述通氣器主要作用為降低箱體內(nèi)的壓力,自由排氣,保證減速

27、器正常工作。減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時,由于摩擦發(fā)熱,箱內(nèi)溫度升高、氣體膨脹,壓力增大,對減速器的密封極為不利,因此在箱蓋頂部的窺視孔蓋上設(shè)置通氣器,使箱體內(nèi)的熱脹氣體自由排出,以保證箱體內(nèi)外壓力相等,提高箱體油縫隙處的密封性能。(2)裝置類型選擇在此選用簡單的通氣器即可。特別注意通氣孔不能直通頂端,以避免灰塵侵入。此類通氣器結(jié)構(gòu)簡單,適用于比較清潔的場合。6)放油孔及螺栓(1)功能概述為將污油排放干凈,應(yīng)在油池的最低位置處設(shè)置防油孔,這樣才可以將廢油及污垢盡。平時放油孔用螺塞及封油墊圈密封。(2)裝置組件選擇在此采用紙制封油圈,材料為石棉橡膠紙;螺塞直徑約為箱體壁厚的2-3倍即可。計算及說明主要結(jié)果7)油

28、面指示器 (1)功能概述箱體設(shè)計中,考慮到齒輪需要一定量的潤滑油,為指示減速器內(nèi)油面的高度,保持箱內(nèi)正常的油量,應(yīng)在便于觀察和利于油面穩(wěn)定的設(shè)置油面指示器。(2)裝置類型選擇在此選用帶有螺紋的桿式油標(biāo)。應(yīng)使箱座油標(biāo)的傾斜位置便于加工和使用。油標(biāo)插座的位置及角度既要避免箱體內(nèi)的潤滑油溢出,又要便于油標(biāo)的插取及插座上沉頭座孔的加工。最低油面為傳動零件正常運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的油面,最高油面為油面靜止時高度。游標(biāo)位置不能過低,油標(biāo)內(nèi)桿與箱體內(nèi)壁的交點(diǎn)應(yīng)高于油面即可。十、減速器的潤滑10.1 齒輪的潤滑由于齒輪的圓周速度v=d1n160*1000=*62.5*97060*1000=3.17m/s12m/s故齒輪采用油池浸油潤滑,查表可得,選用L-CKC150潤滑油,大齒輪浸油深度約為12mm。10.2 軸承的潤滑根據(jù)該減速器設(shè)計要求及工作環(huán)境,以及相關(guān)的齒輪圓周速度,依據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,性價比高,穩(wěn)定性強(qiáng),滴點(diǎn)相對較高,客戶易得的原則,軸承選擇使用潤滑脂潤滑,查表可得,選擇4號鈣基潤滑脂。十一、設(shè)計小結(jié)

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