機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)6級(jí)變速

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1、 哈爾濱理工大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目: 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 院 系: 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí): 姓 名: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 段鐵群 2013年08月28日 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容有理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算,圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)文件編制三部分組成。 1、理論分析與設(shè)

2、計(jì)計(jì)算: (1)機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的分析,最佳功能原理方案的確定。 (2)根據(jù)總體設(shè)計(jì)參數(shù),進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。 (3)根據(jù)設(shè)計(jì)方案和零部件選擇情況,進(jìn)行有關(guān)動(dòng)力計(jì)算與校核。 2、圖樣技術(shù)設(shè)計(jì): (1)選擇系統(tǒng)中的主要組件。 (2)圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。 3、編制技術(shù)文件: (1)對(duì)于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 (2)編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 關(guān)鍵詞 分級(jí)變速;傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),傳動(dòng)副,結(jié)構(gòu)網(wǎng),結(jié)構(gòu)式,齒輪模數(shù),傳動(dòng)比,計(jì)算轉(zhuǎn)速

3、 目錄 一、緒論....................................................4 1.1課程設(shè)計(jì)目的..........................................4 1.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容..........................................4 1.3課程設(shè)計(jì)題目,主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求..................4 二、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)................................................6 2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)數(shù)圖的確

4、定................................6 2.2核算主軸轉(zhuǎn)數(shù)誤差......................................8 三、動(dòng)力計(jì)算................................................10 3.1.帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)..........................................10 3.2.計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算......................................11 3.3.齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算.................................

5、.11 3.4.傳動(dòng)軸最小軸頸的初定................................13 3.5.主軸合理跨距的計(jì)算..................................14 四、主要零部件的校核.......................................16 4.1齒輪強(qiáng)度、剛度校核...................................16 4.2軸的剛度校核.........................................16 4.3軸承壽命校核..................

6、.......................17 總結(jié)....................................................19 參考文獻(xiàn)................................................19 一、緒論 1.1課程設(shè)計(jì)的目的 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完本課程后,進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計(jì),使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識(shí),及生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐技能,達(dá)到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識(shí)的目的。通過課程設(shè)計(jì),分析比較機(jī)械系統(tǒng)中的某些典型機(jī)構(gòu),進(jìn)行選擇和改進(jìn);結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)

7、計(jì),進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并編寫技術(shù)文件;完成系統(tǒng)主傳動(dòng)設(shè)計(jì),達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過設(shè)計(jì),掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法,達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)技巧,提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力的目的。通過設(shè)計(jì),使學(xué)生獲得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)技能的訓(xùn)練,提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力,并為進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。 1.2課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容由理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算、圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)文件編制三部分組成。 1.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算: (1)機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的分析,最佳功能原理方案的確定。 (2)根據(jù)總體設(shè)計(jì)參數(shù),進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。 (3)根

8、據(jù)設(shè)計(jì)方案和零部件選擇情況,進(jìn)行有關(guān)動(dòng)力計(jì)算和校核。 1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì): (1)選擇系統(tǒng)中的主要機(jī)件。 (2)工程技術(shù)圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。 1.2.3編制技術(shù)文件: (1)對(duì)于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。 (2) 編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 1.3課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 1.3.1課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù) 題目:分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 技術(shù)參數(shù):Nmin=71r/min;Nmax=710r/min;Z=6級(jí);公比為1.58;電動(dòng)機(jī)功率P=4KW;電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min (1)利用電動(dòng)機(jī)完成換向和制動(dòng)。 (2)各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱

9、機(jī)構(gòu)。 (3)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 第二章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 2.1.1.轉(zhuǎn)速范圍 Rn==710/71=10 2.1.2.轉(zhuǎn)速數(shù)列 查[1]表 2.12,首先找到71r/min、然后每隔7個(gè)數(shù)取一個(gè)值,得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為71 r/min、112 r/min、180 r/min、180r/min、280 r/min、450r/min,710r/min共6級(jí)。 2.1.3.定傳動(dòng)組數(shù) 對(duì)于Z=6,可分解為:6=32。

10、2.1.4.寫傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式 根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動(dòng)方案 Z=12=3123。 寫傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式:主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=6. 結(jié)構(gòu)式6=3123 畫結(jié)構(gòu)網(wǎng): 2.1.5. 畫轉(zhuǎn)速圖 選擇電動(dòng)機(jī):采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)繪制轉(zhuǎn)速圖。 轉(zhuǎn)速圖: 傳動(dòng)系統(tǒng)圖: 2.2核算主軸轉(zhuǎn)數(shù)誤差 實(shí)際傳動(dòng)比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差 ,其中為實(shí)際轉(zhuǎn)速,n為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。 n=710r/min: n=710(126/256)(44/44)(60/60

11、0 =708.25r/min δ=|(708.25-710)/710|=0.176%<5.8%% 因此滿足要求。 各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差 n 710 450 280 180 112 誤差 0.176% 0.833% 0.446% 1.56% 0.39% 第三章 運(yùn)動(dòng)計(jì)算 3.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1.1 直徑計(jì)算 小帶輪直徑選取d=112--140 初取小帶輪直徑d 取 d=125mm 大帶輪直徑D: D==

12、1251440/710=254mm 取D=254mm 3.1.2計(jì)算帶長 初定中心距 0.7(d1+d2)~a0~2(d1+d2) 256.3~ a0 ~758 a0 取600mm. 計(jì)算基準(zhǔn)長度 L d0=2a0+ /2(d1+d2)+ 2(d2-d1)/4 a0 = 1809 mm 由表3.2得Ld =1800mm 初取中心距 取a=600mm a = a0 +( Ld+ L d0 ) =600+(1800-

13、1809)/2 =591mm 3.13計(jì)算齒輪齒數(shù) (1)查機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)書 表3-1基本組齒數(shù): 基本組: Z1=25 ,Z1′=63 Z2=44, Z2′=44 Z3=34, Z3′=54 擴(kuò)大組: Z4=60, Z4′=60 Z5=24, Z5′=91 3.2計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 (1)執(zhí)行軸的計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù): =112.18r/min 取112 r/min I軸:計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)=710 r/min,II軸:計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)=280r/min , (2)最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下: N25=710,

14、 N24=355, 選用齒輪精度為7級(jí)精度 . 3.3.齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 (1)計(jì)算齒輪模數(shù) 45鋼,整體淬火,[σj]=585MPa; 按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式計(jì)算m mj=16338mm mj——按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)(mm); Nd——驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率(kw); nj——被計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min) ①u=63/25 =3.96; nj =710r/min mj=16338=2.7mm,取m1=3mm ②u=79/20 =3.95; nj =355r/min mj=16338=3.83mm,取m2=4mm; (2)計(jì)算齒輪分度圓及尺寬

15、d1=m1z1=325=75mm d1′= m1z1′=363=189mm d2=m1z2=344=132mm d2′= m1z2′=344=132mm d3=m1z3=334=103mm d3′= m1z3′=354=162mm d4=m2z4=460=240mm d4′= m2z4′=460=240mm d5=m2z5=424=96mm d5′= m2z5′=496=384mm B1、2、3=ψmm=8x3=24mm; B4、5=ψmm=8x4=32mm; 表3-3 基本組齒輪幾何尺寸 齒輪 齒數(shù) 分度圓

16、直徑 齒寬 Z 25 75 24 Z 63 189 24 Z 44 132 24 Z 44 132 24 Z 34 103 24 Z 54 162 24 表3-4 擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸 齒輪 Z Z Z Z 齒數(shù) 60 60 24 96 分度圓直徑 240 240 96 384 齒寬 32 32 32 32 帶輪設(shè)計(jì) 計(jì)算公式:Ld0≈2a0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0 (1

17、)確定計(jì)算功率: P=4kw,K為工作情況系數(shù),查表取K=1.1,pd=kAP=1.1x4=4.4kw (2)選擇V帶的型號(hào): 根據(jù)pd,n1=1440r/min查表選擇A型V帶 d1=90mm (3)確定帶輪直徑d1,d2 小帶輪直徑d1=90mm 驗(yàn)算帶速v=πd1n1/(60x1000)= πx90x1440/(60x1000)=6.78m/s 動(dòng)輪直徑d2=n1d1/n2=1440x90/710=182.5mm取d2=180mm 計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比i=d2/d1=180/90=2 相對(duì)誤差: ︱(i0-i)/i0︱=︱(2.03-2)/2︱=1.5

18、%<5% 合格 (4)定中心矩a和基準(zhǔn)帶長Ld [1]初定中心距a0 0.7(d1+d2)a02(d1+d2)) 189a0540取ao300mm [2]帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度 Ld0≈2x300+ π(90+180)/2+(180-90)2 /(4x300) ≈1030mm 查[1]表3.2取Ld0=1000mm [3]計(jì)算實(shí)際中心距 a≈a0+(Ld-Ld0)/2=300+(1000-1030)/2=285mm [4]確定中心距調(diào)整范圍 amax=a+0.03Ld=300+0.03x1000=315mm amin=a-0.015Ld=

19、300+0.015x1000=270mm (5)驗(yàn)算包角: 1=180-(d2-d1)x57.30/a=180-(180-90) x57.30/300=161.9>120 所以合格 (6)確定V帶根數(shù): 確定額定功率:P0 由查表并用線性插值得P01.07kw 查表得功率增量ΔP0=0.17kw 查表得包角系數(shù)K=0.95 查表得長度系數(shù)Kl=0.89 確定帶根數(shù): ZPd/(P0+ΔP0)KKl=4.4/[(1.07+0.17)x0.95x0.89]=4.19取Z=5 3.4.傳動(dòng)軸最小軸頸的初定 (1)傳動(dòng)軸軸徑初定 Ⅰ軸:P=4kw0.96=3.84kw,

20、n=710r/min,=0.8帶入公式: =26.36mm,圓整取d=28mm Ⅱ軸:p=3.84kw0.97=3.73,n=280r/min,=0.8 =33.26mm,圓整取d=35mm (2)主軸軸頸直徑確定: 查表4-9,按差值法選擇主軸前端直徑D1=90mm,后端直徑D2=0.890mm=72mm 材料:45鋼。熱處理:調(diào)質(zhì) 主軸懸伸量:a/D=1.25~2.5 D= (D1+ D2)/2=81mm a=(1.25~2.5)D1=(1.25~2.5)90=112.5~225mm 取a=120mm 3.5.主軸合理跨距的計(jì)算 設(shè)機(jī)床最大加工

21、回轉(zhuǎn)直徑為φ=400mm,電動(dòng)機(jī)功率P=4kw, 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為n=112r/min 已選定的前后軸徑為 :d1=90mm,d2=72mm 定懸伸量a=120mm,主軸孔徑為30mm。 軸承剛度,主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩: T=9550=95503.62112=308.66N.m設(shè)該車床的最大加工直徑為400mm。床身上最常用的最大加工直徑,即經(jīng)濟(jì)加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50%,這里取60%,即240mm,故半徑為0.12m; 切削力(沿y軸) Fc=308.66/0.12=2572.16N 背向力(沿x軸) Fp=0.5 Fc=1236.

22、08N 總作用力 F==2853.75N 此力作用于工件上,主軸端受力為F=2853.75N。 先假設(shè)l/a=1.2,l=1.2a=144mm。前后支承反力RA和RB分別為 RA=F=2853.75=6561.5N RB=F=3579=2982.5N 根據(jù)《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》得:Kr=3.39得前支承的剛度:KA= 2052.26 N/ ;KB= 1667.45 N/;≈1.23 主軸的當(dāng)量外徑de=(60+48)/2=54mm,故慣性矩為 I=384.710-8 m4 η===0.123 查《機(jī)

23、械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》圖 得 =1.2,與原假設(shè)接近,所以最佳跨距=1001.2=120mm 合理跨距為(0.75-1.5),取合理跨距l(xiāng)=180mm。 主要零部件選擇 1電動(dòng)機(jī)的選取 轉(zhuǎn)速n=1440r/min, 功率P=4KW,選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。 2 軸承的選擇 (1)執(zhí)行軸軸承的選擇: 考慮到結(jié)構(gòu)簡單,精度不高,采用推力軸承配置在后支撐兩側(cè)的配置形式,前支撐用雙列圓柱滾子軸承,后支撐用圓錐滾子軸承與推力球軸承配合,使結(jié)構(gòu)調(diào)整方便。 前端雙列圓柱滾子軸承NN3013K,后端32208,51209各一個(gè) (2)傳動(dòng)軸軸承的選擇: I軸:與帶輪靠近段安裝深溝球軸

24、承代號(hào)6208,另一邊安裝深溝球軸承代號(hào)6207。 Ⅱ軸:深溝球軸承代號(hào)6208,6208 3鍵的選取 I軸:安裝帶輪處選平鍵:鍵863; 安裝齒輪處選擇花鍵: 8х32х36х6 Ⅱ軸:花鍵:842468 執(zhí)行軸(Ⅲ軸):安裝齒輪選擇平鍵:鍵16200 四、主要零部件的校核 4.1齒輪強(qiáng)度、剛度校核 接觸應(yīng)力驗(yàn)算: 接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為: σH=ZEZH

25、Zε≤[σH] 基本組各數(shù)據(jù)查表計(jì)算: ZЕ=189.8,ZН=2.5,Zε=0.77,εα=1.7 K=KАKνKαKβ=1.21 T1=9.55х1000000х4/710=53800Nmm 因此:бН=269.46MPa≤585MPa滿足接觸應(yīng)力條件 同理:第一擴(kuò)大組各數(shù)據(jù)查表計(jì)算: ZЕ=189.8,ZН=2.5,Zε=0.77,εα=1.7 ,K=KАKνKαKβ=1.21 T2=193600Nmm 因此:бН=554.23MPa≤585MPa ,滿足接觸應(yīng)力條件。 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度校核: 彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為 基本組各數(shù)據(jù)查表: T1=53800N

26、mm, K= K=KАKνKαKβ=1.21, μ=76/23=3.3, Фd=b/d=24/69=0.35, Z1=23, YFa1=0.416,Yε=0.69,YSa1=1.77 查圖5.23:YSa1=1.59, 因此:бF1=11.89MPa≤[бF]=267.52MPa 滿足彎曲疲勞條件。 同理:第一擴(kuò)大組各數(shù)據(jù)查表得: T1=193600Nmm, K= K=KАKνKαKβ=1.21, μ=76/23=3.95, Фd=b/d=31.5/90=0.35, Z1=20, YFa1=0.395,Yε=0.69,YSa2=1.59 因此:бF1=15.92MPa≤[

27、бF]=344.86MPa 滿足彎曲疲勞條件。 靜強(qiáng)度校核:傳動(dòng)平穩(wěn),無嚴(yán)重過載,股不需要靜強(qiáng)度校核。 4.2軸的剛度校核 (一) Ⅱ軸剛度校核 (1)П軸撓度校核 單一載荷下,軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計(jì)算:: L-----兩支承的跨距; D-----軸的平均直徑; X=/L;-----齒輪工作位置處距較近支承點(diǎn)的距離; N-----軸傳遞的全功率; 校核合成撓度 -----輸入扭距齒輪撓度; -------輸出扭距齒輪撓度 ; ---被演算軸與前后軸連心線夾角;=14

28、4 嚙合角=20,齒面摩擦角=5.72。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得:=0.025;=0.082;=0.130; =0.206;=0.098;=0.045。 合成撓度 =0.247 查文獻(xiàn)6,帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L 即=0.268。 因合成撓度小于許用撓度,故軸的撓度滿足要求。 (2) П軸扭轉(zhuǎn)角的校核 傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A,B處的傾角可按下式近似計(jì)算: 將上式計(jì)算的結(jié)果代入得: 由文獻(xiàn)6,查得支承處的=0.001 因〈0.001,故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。 4.3軸承壽命校核 由П軸最小

29、軸徑可取軸承為6208深溝球軸承,ε=3;P=XFr+YFa, X=1,Y=0。 對(duì)Ⅱ軸受力分析 得:前支承的徑向力Fr=2786.38N。 由軸承壽命的計(jì)算公式:預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h L10h===50739.55h≥[L10h]=15000h 軸承壽命滿足要求。 (三)潤滑與密封 主軸轉(zhuǎn)速高,必須保證充分潤滑,一般常用單獨(dú)的油管將油引到軸承處。 主軸是兩端外伸的軸,防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種: 1)密封圈——加密封裝置防止油外流。 2)疏導(dǎo)——在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐?,使油能順利地流回到油箱?

30、 總結(jié) 1、本次課程設(shè)計(jì)是針對(duì)《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》專業(yè)課程基礎(chǔ)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)過程應(yīng)用了《機(jī)械制圖》、《機(jī)械原理》、《工程力學(xué)》等。 2、本次課程設(shè)計(jì)充分應(yīng)用了以前所學(xué)習(xí)的知識(shí),并應(yīng)用這些知識(shí)來分析和解決實(shí)際問題。 3、本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步掌握了一般設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)切入點(diǎn),同時(shí)對(duì)機(jī)械部件的傳動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力計(jì)算也提高了應(yīng)用各種資料和實(shí)際動(dòng)手的能力。 4、本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步規(guī)范了制圖要求,掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能

31、。 5、經(jīng)過了兩周的課程設(shè)計(jì),使我們對(duì)課本的知識(shí)有了更深一步的了解,以前不懂的知識(shí)也在這次課程設(shè)計(jì)中加深了鞏固。尤其對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的一系列設(shè)計(jì)過程有很深的感觸。一步一步的進(jìn)行設(shè)計(jì),其中遇到了很多困難,但經(jīng)過努力都一點(diǎn)點(diǎn)的解決了,通過這次的設(shè)計(jì)不僅鍛煉了自己的能力,也為以后的工作打下了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 【1】、段鐵群 主編 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 第一版 【2】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 第一版 【3】、趙九江 主編 《材料力學(xué)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 第一版 【4】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 20

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