CN101994771B - 一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,包括壳体、电机及其附件、行星齿轮传动机构、制动卡钳组件等,所述电子驻车执行器还包括一电机轴到行星齿轮主轴的传动机构,在行星齿轮传动主轴方向,用分段式的细轴以及与所述细轴配合的盲孔,将将两轴间的的传动机构和行星齿轮传动机构行星齿轮主轴轴向的零件相互隔开,所述细轴与所述行星齿轮传动主轴的轴向重合。采用本发明的技术方案,能够有效解决现有技术中损失了基本构件的自动调位功能,增大了啮合错误,减少了行星轮载荷的一致性,增加了制造成本等技术问题,同时还具有成本低;对加工的齿轮不一致性不敏感,产品一致性好;高效率;低噪音等技术效果。
Description
技术领域
本发明属于车辆驻车制动系统制造技术领域,本发明中所述的车辆包括由内燃机驱动的机动车辆、由电池带动电机驱动的电动车辆以及混合动力车辆,具体地说,本发明涉及一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器。
背景技术
目前,在机动车驻车制动系统中,尤其是电子驻车制动系统中,后钳一体式电子驻车制动器功能多,安装方便,成为了发展趋势。该结构形式的电子驻车制动器的唯一动力来源是电机,所述电机经过传动机构,将动力传到制动卡钳组件,进而完成对车辆的驻车制动。所述执行器包括电机、传动机构、卡钳组件及壳体等。执行器的性能直接决定了电机功率的利用程度,最终影响驻车质量和用户感受。减少摩擦,改善传动的质量,是电子驻车执行器最主要的工作之一。
传统结构中的电子驻车制动器通常采用行星齿轮传动机构的结构形式,所述行星齿轮传动机构具有体积小、重量轻、结构紧凑和传动比大的特点,较好地解决了后钳一体式电子驻车制动器空间比较紧张的问题。因此,在电子驻车制动器中采用行星齿轮传动机构减速,已成为越来越多厂家的选择。
例如,诸多中国专利文献公开了在电子驻车制动器中采用行星齿轮传动机构减速的结构形式,其中包括:
(1)、中国专利申请号为200680000787.5,其名称为“电力制动促动器”,采用多级行星齿轮传动机构完成减速;
(2)、中国专利申请号为200810171707.3,其名称为“车辆中的卡钳连接型电子停车制动器”,采用了一级行星齿轮传动机构减速;
(3)、中国专利申请号为200710156334.8,其名称为“一种车辆电子驻车制动系统执行机构”,采用了渐开线少齿差行星齿轮减速。其中在行星齿轮传动机构中,NGW行星齿轮传动机构除了具有所有种类行星齿轮传动机构的共同优点,还具有结构简单,制造方便,效率高,轴向尺寸小的特点,单级,两级,三级均得到了广泛的应用。
(4)、中国专利申请号为200680000787.5,其名称为“电力制动促动器”和专利号为200810171707.3,其名称为“车辆中的卡钳连接型电子停车制动器”都采用了NGW行星齿轮传动。
上述传统结构的行星齿轮传动机构基本构件是不会浮动的,因此导致如下技术缺陷:
①齿轮啮合发生错误,齿轮无法有效的调位,就有可能出现卡死现象;
②由于制造问题导致每个齿轮载荷不一致,甚至会出现只有一个行星轮工作,其它行星轮被悬空的现象。这时不但产生不良噪音,效率下降,寿命也显著降低,不能发挥出行星齿轮传动的行星轮共同负载的优点。
针对上述技术问题,通常采用的解决方案是提高齿轮和行星架的加工精度。例如,中国专利申请号为200680000787.5,其名称为“电力制动促动器”采用了“定心销”将所有太阳轮和行星架串在一起,实际上就是不允许太阳轮和行星轮的浮动,成了不会浮动行星齿轮传动。从上述现有技术的本质来看,该现有技术在解决技术所述技术问题是,通过使用高精度的齿轮才使问题显得不是特别严重。也就是说,要靠高精度的齿轮来掩盖上述技术的不足。该现有技术作为本发明的最接近现有技术,同样存在如下技术缺陷:
1、现有技术中的结构形式,要求齿轮和行星架的加工精度很高,大大增加了产品制造成本,降低了市场竞争优势。
2、现有技术中采用了“定心销”将所有太阳轮和行星架串在一起,实际上就是不允许太阳轮和行星轮的浮动,成了不会浮动行星齿轮传动。这样大大损失了基本构件的自动调位功能,增大了啮合错误,减少了行星轮载荷的一致性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,现有技术中由于采用了“定心销”将所有太阳轮和行星架串在一起,实际上就是不允许太阳轮和行星轮的浮动的结构形式,导致大大损失了基本构件的自动调位功能,增大了啮合错误,减少了行星轮载荷的一致性,同时现有技术中要求齿轮精度很高,大大增加了制造成本等技术问题,而提供了一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器。
本发明技术方案的构思是,在行星齿轮传动主轴方向,用分段比较细的轴和盲孔配合,将行星齿轮主轴轴向的零件隔开,从而达到了摩擦最小,行星轮均载,齿轮啮合连续、平稳的目的。
本发明的技术方案是,一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,包括壳体、电机及其附件、行星齿轮传动机构、制动卡钳组件等,所述电子驻车执行器还包括一电机轴到行星齿轮主轴的传动机构,在行星齿轮传动主轴方向,用分段式的细轴以及与所述细轴配合的盲孔,将两轴之间的的传动机构和行星齿轮传动机构的零件相互隔开,所述细轴与所述行星齿轮传动主轴的轴向重合。
所述传动机构在行星齿轮主轴轴向上有一定位板;所述在行星齿轮传动主轴方向上有行星输入轮、行星传动轮及行星输出轮;所述分段式的细轴以及与所述细轴配合的盲孔,将行星齿轮主轴轴向上的定位板、行星输入轮、行星传动轮和行星输出轮相互之间保证有一定端面间隙。
所述细轴和所述定位板的定位点重合,并且与定位板垂直;所述细轴和行星输入轮、行星传动轮及行星输出轮保持同轴。
所述细轴一端镶入所述零件上,一端凸出零件端面;或者所述细轴贯穿固定于所述零件上,所述细轴的两端突出零件两端面。
所述盲孔分别设置在所述定位板、行星输入轮、行星传动轮和行星输出轮上,所述凸出所述零件端面的细轴与所述同轴的盲孔做间隙配合,并且所述细轴凸出端面的长度大于盲孔深度。
所述行星输入轮是“行星齿轮传动机构顶端部分的带轮或定轴齿轮”和第一级太阳轮固定在一起构成;所述行星传动轮是上一级的行星架和其下一级的太阳轮固定在一起构成;行星输出轮是最后一级行星架和输出传动轴固定在一起构成。
所述电机轴到行星齿轮主轴的传动机构是皮带传动或齿轮传动,皮带传动方式采用V带或多楔带或同步带传动;齿轮传动方式采用圆柱齿轮或锥齿轮或面齿轮或蜗轮蜗杆传动。
所述细轴的材料为金属,直径为1~4mm;通过注塑、烧结或压装的方法,根据需要将其固定在所述定位板、所述行星输入轮、所述行星传动轮和所述行星输出轮上。
所述行星输入轮的第一级太阳轮材料为金属,行星齿轮传动机构顶端的带轮或定轴齿轮材料为塑料,所述行星输入轮先加工出第一级太阳轮,通过注塑将带轮或定轴齿轮和其同轴固定在一起;所述行星传动轮为通过粉末烧结成型;所述输出传动轴为金属,通过注塑或烧结将行星架和输出传动轴同轴固定在一起,所述行星架材料为塑料或粉末冶金。
所述齿圈为不同级的齿圈被同轴固定,形成齿圈复合体,所述齿圈复合体通过注塑或烧结制造。
采用本发明的技术方案,能够有效解决现有技术中由于采用了“定心销”将所有太阳轮和行星架串在一起,实际上就是不允许太阳轮和行星轮的浮动的结构形式,导致大大损失了基本构件的自动调位功能,增大了啮合错误,减少了行星轮载荷的一致性,同时现有技术中要求齿轮精度很高,大大增加了制造成本等技术问题,同时还具有以下成本低;对加工的齿轮不一致性不敏感,产品一致性好;高效率;低噪音等技术效果:
1、减少了行星齿轮主轴的轴向摩擦力矩和径向摩擦力矩。
2、提高了行星齿轮构件的浮动性,使得在行星齿轮机构在运行过程中,齿轮之间有效自动调位,减小了啮合错误,提高了行星轮的均载性,弥补了不浮动式行星齿轮传动机构的不足。
3、通过轴和盲孔配合间隙和盲孔深度限定行星齿轮传动结构的基本构件浮动的范围,能够确保齿轮啮合的重合度大于1,保证齿轮啮合的连续性,使啮合更加平稳,弥补了传统浮动式行星齿轮传动机构的不足。
4、成本低。由于采用可控浮动范围的浮动式行星齿轮传动机构,对零件的精度要求降低;同时有自动调位的功能,对装配的要求降低。从而节约了制造和装配成本;
5、对加工的齿轮不一致性不敏感,产品一致性好。采用了浮动式的行星齿轮传动机构,应用了注塑齿轮和粉末冶金齿轮。浮动式的行星齿轮传动机构具有自动调位的功能,即使齿轮有些不一致,最终产品性能差别也不大。若应用一致性比切屑加工齿轮更好的注塑齿轮或粉末冶金齿轮,产品一致性更好。
附图说明
结合附图,对本发明作进一步的说明:
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明定位板及其连接关系局部放大图;
图3为本发明行星齿轮传动机构及其连接关系局部放大图;
其中,1.电子驻车执行器,2.电机及其附件,3壳体,4.传动机构,5.行星齿轮传动机构,6.定位板,7.细轴,8.行星输入轮,9.行星传动轮,10.行星输出轮,11.齿圈,12.驻车制动卡钳组件。
具体实施方式
结合附图1-3,本涉及到带有行星齿轮传动机构5的电子驻车执行器1结构。电子驻车执行器1包括壳体3、电机及其附件2、电机轴到行星齿轮主轴的传动机构4和行星齿轮传动机构5等。电机动力通过电机轴到行星齿轮主轴的传动机构4和行星齿轮传动机构5传给驻车制动卡钳组件12,完成驻车。
本发明技术方案的构思是,在行星齿轮传动主轴方向(本发明中所称的“轴向”,是指在行星齿轮传动主轴方向上),用分段比较细的轴和盲孔配合,将轴向的零件隔开,从而达到了摩擦最小,行星轮均载,齿轮啮合连续、平稳的目的。
摩擦是影响效率的最主要原因,整个执行器传动机构4的正常摩擦来自三个方面:轴向摩擦、轴和孔壁的摩擦和啮合摩擦。
首先分析轴向摩擦。轴向摩擦一般为轴和盲孔的底部的摩擦,环面摩擦和零件端面直接摩擦。专利申请号为200680000787.5,其名称为“电力制动促动器”采用了“定心销”方案。从专利上看,定心销就是一根通轴,一个轴只有两端,也就是在定位板6和输出轴处采用轴和盲孔的配合,其它为环面配合,甚至是零件端面直接摩擦。零件端面直接摩擦很明显有较大的摩擦力矩。下面证明环面配合在相同条件下的摩擦力矩比轴和盲孔配合的大:令有相同轴向力F轴,相同的接触面积S,相同的摩擦系数f,轴和盲孔配合时的底部半径为r,这时轴端面受到的应力为
这时摩擦转矩为
将代入。受到的摩擦力矩为
采用环面摩擦,摩擦内径为r1,摩擦外径为r2,相同的方法计算出最终摩擦力矩为
将二者摩擦力矩相减得:
所以说相同条件下轴端和盲孔底部摩擦的摩擦力矩一定比采用环面摩擦小。于是在轴向摩擦选择上,我们采用轴和盲孔配合,让轴端和盲孔底部的摩擦替换掉所有环面摩擦和零件端面直接摩擦。从而达到减少摩擦力矩,增加效率的目的。
再考虑轴和孔壁的摩擦,令径向力为F径,轴和孔的径向摩擦力矩
M=f·F径·r, (7)
和公式(3)相同的是摩擦力矩和轴的半径成正比。所以为了减少摩擦力矩须用较细的轴,我们采用直径为1~4mm。
最后考虑啮合摩擦。这里只考虑行星齿轮传动机构5内部啮合产生的摩擦。行星齿轮传动机构5内部,在齿轮参数和使用材料都确定的条件下,载荷不均匀,也会给轴带来大的径向力F径。当径向力F径增大时,根据公式(7)可知摩擦力矩随之增大;摩擦力矩增大后,齿轮转动不够灵活,又会带来大的圆周力,造成了大的啮合摩擦力矩,从而说明载荷不均匀会带来效率的下降。为了减小载荷不均匀性,需要齿轮在啮合过程中有径向自动调位能力。采用浮动式行星齿轮传动机构5满足了这一点。浮动式行星齿轮传动机构5要求基本构件浮动,径向自动调位,从而有效减小载荷不均匀性。基本构件的浮动常采用构件和“可移式联轴器”相联接,只要一个基本构件浮动就可以起到均载作用;若两个构件同时浮动,则效果更好。(这些我认为在发明内容里面更好,因为这是理论的东西,而不是具体如何实施的内容)
轴和盲孔在轴向空间被限制的时候和行星输入轮8、行星传动轮9结合起到了和可移式联轴器相同的功能:通过轴和盲孔间隙,行星输入轮8、行星传动轮9、行星输出轮10可以平移一定的距离,也可以倾斜一定的角度。轴和盲孔外壁是有间隙的,这个间隙可以控制这个“可移式联轴器”移动的范围,间隙和盲孔的深度共同决定了倾斜角度的范围。有了这两个范围,齿轮与齿轮的中心距可以保证,从而保证齿轮啮合的重合度。如图2所示,当轴固定在定位板6上,它和行星输入轮8顶端的盲孔就构成了一个“可移式联轴器”,行星输入轮8可以倾斜一定的角度,也可以平移一定的距离,从而达到了在啮合过程中自动调位,载荷均匀,齿轮啮合平稳的目的。其间隙的大小和盲孔的深度取决于齿轮啮合重合度,即保证行星齿轮传动机构5运行时,重合度最小值大于1,从而保证了齿轮啮合的连续性。这样就做到了行星齿轮传动机构5中基本构件的浮动,同时也保证了齿轮啮合的连续性,使齿轮啮合平稳,从而在结构上保证了行星齿轮传动的高效率。
以上为行星输入轮8的浮动,即太阳轮的浮动提高了行星齿轮的均载性,如果能够让行星架也浮动,则均载性更好。如图3所示:在第一级行星传动轮9安装贯穿轴,轴上端和行星输入轮8太阳轮上的盲孔配合,下端和行星传动轮9或行星输出轮10行星架上的盲孔配合。第一级行星架可以在间隙中平移和倾斜,也相当于一个“可移式联轴器”。也就是说,我们的结构是太阳轮和行星轮两个基本构件一起浮动的,其浮动效果比单构件浮动好。同样,通过配合间隙和盲孔深度来限定它们的浮动范围,保证齿轮啮合的重合度大于1,这是普通浮动式行星齿轮传动机构做不到的。普通行星齿轮传动机构,如果要求完全保证齿轮啮合的重合度,需要把齿轮侧隙设定比较小,从而要求提高齿轮的精度,增加了制造成本。
如果采用不加限制的浮动形式,也就是基本构件在径向完全不加限制,这样确实可以有效自动调位,减少了啮合错误和增加了行星轮载荷的一致性。但如果齿轮浮动量过大,齿轮与齿轮的中心距变动范围会变大,如果中心距大到一定程度,就造成重合度明显降低。如果小于1,啮合就会出现不连续,产生不良噪音。啮合不连续还导致齿轮齿面容易被破坏,齿面不光滑,从而降低了执行器的效率,缩短了执行器的寿命。如果这种机构想既保证啮合的连续性,又保证啮合的重合度,就要控制齿轮侧隙小于一定值,从而要求齿轮精度提高,增加了制造成本。
本发明所提供的技术方案是一种用于车辆电子驻车制动系统的电子驻车执行器1,包括电机及其附件2、电机轴到行星齿轮主轴的传动机构4、行星齿轮传动机构5和壳体3。执行器的电机及其附件2和传动机构4布置在壳体3所形成的半封闭式区域内,其传动机构4与驻车制动卡钳组件12连接。动力装置为电机,电机动力通过电机轴到行星齿轮主轴的传动机构4将动力传给行星齿轮传动机构5,行星齿轮传动机构5将动力传给驻车制动卡钳组件12。在行星齿轮传动主轴方向,用分段式的细轴7以及与所述细轴7配合的盲孔,将两轴间的传动机构4和行星齿轮传动机构5行星齿轮主轴轴向的零件相互隔开,所述细轴7与所述行星齿轮传动主轴的轴向重合。
所述传动机构4在行星齿轮主轴轴向上有一定位板6;所述在行星齿轮传动主轴方向上有行星输入轮8、行星传动轮9及行星输出轮10;所述分段式的细轴7以及与所述细轴7配合的盲孔,将定位板6、行星输入轮8、行星传动轮9和行星输出轮10相互之间保证有一定端面间隙。
所述细轴7和所述定位板6的定位点重合,并且与定位板6垂直;所述细轴7和行星输入轮8、行星传动轮9及行星输出轮10保持同轴。
所述细轴7一端镶入所述零件上,一端凸出零件端面;或者所述细轴7贯穿固定于所述零件上,所述细轴7的两端凸出零件两端面。
所述盲孔根据需要分别设置在所述定位板6、行星输入轮8、行星传动轮9和行星输出轮10上,所述凸出所述零件端面的细轴7与所述同轴的盲孔做间隙配合,并且所述细轴7凸出端面的长度大于盲孔深度。
所述行星输入轮8是“行星齿轮传动机构5顶端部分的带轮或定轴齿轮”和第一级太阳轮固定在一起构成;所述行星传动轮9是上一级的行星架和其下一级的太阳轮固定在一起构成;行星输出轮10是最后一级行星架和输出传动轴固定在一起构成。所述行星齿轮传动机构5,为一级或多级NGW行星齿轮传动机构。如果是一级传动,那么不存在行星传动轮9,二级有一个行星传动轮9,三级有两个行星传动轮9,以此类推。齿圈11被固定,太阳轮输入,行星架输出,最后通过行星输出轮10将扭矩传送给驻车制动卡钳组件12。
所述的电机轴到行星齿轮主轴的传动机构4为皮带传动或齿轮传动,皮带传动可以采用V带、多楔带、同步带等传动方式;齿轮传动可以采用圆柱齿轮、锥齿轮、面齿轮、蜗轮蜗杆等传动方式。动力传到行星齿轮主轴,行星输入轮8开始旋转。细轴7被固定在定位板6上,和行星输入轮8顶部的盲孔配合。轴凸出定位板6的长度大于盲孔的深度,从而保证了定位板6和行星输入轮8有一定的间隙,防止它们在转动时端面接触产生摩擦。由于轴的直径比较细,为1~4mm,所以必须采用金属。根据公式(3)、(7)可知,上述做法是使摩擦力矩最小的方式。轴和盲孔内壁有间隙,轴在盲孔中可以微量倾斜和移动,这种倾斜和移动可以使行星输入轮8在行星齿轮传动机构5中啮合时浮动,自动调位,提高了行星齿轮传动机构5的均载性,保证齿轮的啮合正常平稳。行星输入轮8中太阳轮的侧偏和移动范围要求在保证齿轮啮合的连续性,即保证齿轮最小重合度大于1,这个范围可以通过轴和盲孔配合间隙和盲孔的深度来调节。行星输入轮8的转动带动了第一级行星轮的转动,行星轮和齿圈11啮合后围绕太阳轮转动,带动行星传动轮9的转动。行星传动轮9有贯穿轴,轴和上端行星输入轮8上的盲孔配合,和下端行星传动轮9或行星输出轮10的盲孔配合,轴凸出行星传动轮9的长度大于盲孔的深度,从而保证了端面有一定的间隙,防止以上三个零件之间在转动时端面接触产生摩擦。同样的道理,根据公式(3)和(7)轴和盲孔壁摩擦力矩值也很小。行星输入轮8和行星传动轮9都是浮动的,说明太阳轮和行星架都可以浮动的,充分达到了基本构件自动调位提高行星轮均载的效果。轴和盲孔的间隙及盲孔的深度同样限定了轴在盲孔的倾斜和平移的范围,这个范围同时保证行星齿轮基本构件的灵活浮动并且齿轮啮合的最小重合度大于1。就是通过这样浮动的方式逐级将动力传递给行星输出轮10,行星输出轮10将动力传给驻车制动卡钳组件12,完成驻车制动和释放。
上述实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明的唯一限定,在本发明的技术构思的基础上进行的相关变形方案均在本发明的保护范围内,对发明做出的任何使用修改和改变,都落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,包括壳体(3)、电机及其附件(2)、行星齿轮传动机构(5)、制动卡钳组件,其特征为,所述电子驻车执行器(1)还包括一电机轴到行星齿轮主轴的传动机构(4),在行星齿轮传动主轴方向,用分段式的细轴(7)以及与所述细轴(7)配合的盲孔,将传动机构(4)和行星齿轮传动机构(5)行星齿轮主轴轴向的零件相互隔开,所述细轴(7)与所述行星齿轮传动主轴的轴向重合;所述传动机构(4)包括一定位板(6);所述在行星齿轮传动主轴方向上包括行星输入轮(8)、行星传动轮(9)、行星输出轮(10)及齿圈(11);所述分段式的细轴(7)、与所述细轴(7)配合的盲孔,将定位板(6)、行星输入轮(8)、行星传动轮(9)和行星输出轮(10)相互之间保证有一定端面间隙;所述细轴(7)和所述定位板(6)的定位点重合,并且与定位板(6)垂直;所述细轴(7)和行星输入轮(8)、行星传动轮(9)及行星输出轮(10)保持同轴;所述细轴(7)一端镶入所述零件上,一端凸出零件端面;或者所述细轴(7)贯穿固定于所述零件上,所述细轴(7)的两端凸出零件两端面;所述盲孔分别设置在所述定位板(6)、行星输入轮(8)、行星传动轮(9)和行星输出轮(10)上,所述凸出所述零件端面的细轴(7)与所述同轴的盲孔做间隙配合,并且所述细轴(7)凸出端面的长度大于盲孔深度。
2. 根据权利要求1所述的一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,其特征在于,所述行星输入轮(8)是行星齿轮传动机构(5)顶端部分的带轮或定轴齿轮和第一级太阳轮固定在一起构成;所述行星传动轮(9)是上一级的行星架和其下一级的太阳轮固定在一起构成;行星输出轮(10)是最后一级行星架和输出传动轴固定在一起构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,其特征在于,所述电机轴到行星齿轮主轴的传动机构(4)是皮带传动或齿轮传动,皮带传动方式采用V带或多楔带或同步带传动;齿轮传动方式采用圆柱齿轮或锥齿轮或蜗轮蜗杆传动。
4.根据权利要求3所述的一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,其特征在于,所述细轴(7)的材料为金属,直径为1~4mm;通过注塑、烧结或压装的方法,将其固定在所述定位板(6)、所述行星输入轮(8)、所述行星传动轮(9)和所述行星输出轮(10)上。
5.根据权利要求4所述的一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,其特征在于,所述行星输入轮(8)的第一级太阳轮材料为金属,行星齿轮传动机构(5)顶端的带轮或定轴齿轮材料为塑料,所述行星输入轮(8)先加工出第一级太阳轮,通过注塑将带轮或定轴齿轮和其同轴固定在一起;所述行星传动轮(9)为通过粉末烧结成型;所述输出传动轴为金属,通过注塑或烧结将行星架和输出传动轴同轴固定在一起,所述行星架材料为塑料或粉末冶金。
6.根据权利要求5所述的一种用于车辆驻车制动系统的电子驻车执行器,其特征在于,齿圈(11)为不同级的齿圈(11)被同轴固定,形成齿圈(11)复合体,所述齿圈(11)复合体通过注塑或烧结制造。
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