CN109073018A - 螺旋弹簧 - Google Patents

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Abstract

在本发明的螺旋弹簧中，由线间间隙形成的线间圈包括：随着从线间间隙为零的第1基准点向轴线方向另一侧前进而线间间隙变大的第1端部区域；线间间隙被设为基准值L(L＞0)的基准区域；以及第2端部区域，在该第2端部区域，随着向轴线方向另一侧前进而线间间隙变窄，在第2基准点，线间间隙成为零；所述第1端部区域构成为，线间圈数超过1且终端位置处的线间距离比L大；所述线间圈在所述第1端部区域的终端位置与所述基准区域之间具有第1转变区域，在该第1转变区域中，随着从所述第1端部区域的终端位置向轴线方向另一侧沿着螺旋形状前进，线间距离变小而达到基准值L。

Description

螺旋弹簧
技术领域
本发明涉及可用于内燃机的阀簧、高压泵用弹簧等的螺旋弹簧。
背景技术
将弹簧线材成形为从轴线方向一侧向另一侧延伸的螺旋形状而成的螺旋弹簧被广泛地用作内燃机的阀簧、高压泵用弹簧等。
所述螺旋弹簧是为了在轴线方向被压缩时发挥沿着轴线方向的弹性力的部件，但已知在压缩时，除了沿着轴线方向的弹性力之外，在与轴线方向正交的方向也产生力(横向力)。
希望尽可能防止横向力的产生。
也就是说，例如在采用所述螺旋弹簧作为往复运动的柱塞的按压部件的情况下产生横向力时，在所述柱塞与将该柱塞可往复运动地收容的导向面之间产生的摩擦力变大。
所述摩擦力的增加会招致因所述柱塞的滑动阻力而产生的磨损、摩擦热的上升，从而存在使采用所述柱塞的高压泵等装置产生工作问题之虞。
关于这一点，本申请的第一申请人提出了以横向力的降低为目的的螺旋弹簧(参照下述专利文献1)。
所述专利文献1所记载的螺旋弹簧被设计成在从安置高度至最大使用高度为止之间有效圈数为整数，与所述有效圈数不为整数或整数附近的螺旋弹簧相比，能够降低横向力。
所述螺旋弹簧具有位于轴线方向两端部的支承圈部和位于所述两端的支承圈部之间的中央圈部，在轴线方向上相邻的弹簧线材之间存在间隙(线间间隙)的区域为有效圈部。
所述专利文献1公开了设计成所述有效圈部的圈数在从安置高度至最大使用高度为止之间为整数的思想，但却并未记载用于使得所述有效圈部的圈数在使用状态下不变化的具体构成。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-205320号公报
发明内容
本发明是鉴于所述以往技术而完成的，其目的在于提供一种能尽可能地防止横向力的产生的螺旋弹簧。
本发明为了达成所述目，提供一种螺旋弹簧，该螺旋弹簧是弹簧线材成形为从轴线方向一侧向另一侧延伸的螺旋形状而成的，由在轴线方向上相邻的弹簧线材之间的线间间隙划分出的线间圈包括：第1端部区域，在轴线方向一侧，随着从自然长度状态下的线间间隙为零的第1基准点向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而自然长度状态下的线间间隙变大；基准区域，位于比所述第1端部区域靠轴线方向另一侧，自然长度状态下的线间间隙被设为基准值L，L＞0；以及第2端部区域，位于比所述基准区域靠轴线方向另一侧，在该第2端部区域，随着向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而线间间隙变窄，在第2基准点，自然长度状态下的线间间隙成为零；所述第1端部区域构成为，线间圈数超过1且终端位置处的自然长度状态下的线间距离比L大；所述线间圈在所述第1端部区域的终端位置与所述基准区域之间具有第1转变区域，在该第1转变区域中，随着从所述第1端部区域的终端位置向轴线方向另一侧沿着螺旋形状前进，线间距离变小而达到基准值L。
在本发明的螺旋弹簧中，由在轴线方向上相邻的弹簧线材之间的线间间隙划分出的线间圈包括：第1端部区域，在轴线方向一侧，随着从自然长度状态下的线间间隙为零的第1基准点向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而自然长度状态下的线间间隙变大；基准区域，位于比所述第1端部区域靠轴线方向另一侧，自然长度状态下的线间间隙被设为基准值L，L＞0；以及第2端部区域，位于比所述基准区域靠轴线方向另一侧，在该第2端部区域，随着向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而线间间隙变窄，在第2基准点，自然长度状态下的线间间隙成为零；所述第1端部区域构成为，线间圈数超过1且终端位置处的自然长度状态下的线间距离比L大；而且，在所述线间圈、在所述第1端部区域的终端位置与所述基准区域之间设有第1转变区域，在该第1转变区域中，随着从所述第1端部区域的终端位置向轴线方向另一侧沿着螺旋形状前进，线间距离变小而达到基准值L。因此，能够有效地抑制在压缩动作时，在所述第1端部区域产生线间间隙为零的问题，由此，能够尽可能地防止横向力的产生。
优选，所述第1端部区域从所述第1基准点到所述终端位置为止具有恒定的线间间隙节距角；所述线间间隙节距角被设定为向轴线方向一侧的每1圈线间圈的线间间隙的位移量为L。
本发明的螺旋弹簧具有：第1支承圈部，该第1支承圈部设置于所述螺旋弹簧的轴线方向一侧，形成有朝向轴线方向一侧的第1支承面；第2支承圈部，该第2支承圈部设置于所述螺旋弹簧的轴线方向另一侧，形成有朝向轴线方向另一侧的第2支承面；以及所述支承圈部第1和第2支承圈部之间的中央圈部。
优选，所述第1支承圈部包括从所述弹簧线材中的长度方向一侧的第1端部延伸到形成所述第1基准点的部分的第1支承圈部边缘区域、以及从所述第1支承圈部边缘区域延伸到所述中央圈部的第1支承圈部转变区域；所述第1支承圈部边缘区域与所述第1支承圈部转变区域相比向所述螺旋弹簧的轴线方向一侧弯曲。
并且，所述第1支承面形成为从所述第1支承圈部边缘区域跨过与所述第1支承圈部转变区域的边界而到达所述第1支承圈部转变区域。
在所述各种构成中，优选，所述第2端部区域构成为，线间圈数超过1且开始位置处的自然长度状态下的线间距离比L大；所述线间圈在所述基准区域的轴线方向另一侧的终端位置与所述第2端部区域的开始位置之间具有第2转变区域，在该第2转变区域中，随着从所述基准区域的终端位置向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进，线间距离从基准值L变大而达到所述第2端部区域的开始位置。
优选，所述第2端部区域从开始位置到所述第2基准点为止具有恒定的线间间隙节距角；所述线间间隙节距角被设定为向轴线方向一侧的每1圈线间圈的线间间隙的位移量为-L。
优选，所述第2支承圈部包括从所述弹簧线材中的长度方向另一侧的第2端部延伸到形成所述第2基准点的部分的第2支承圈部边缘区域、以及从所述第2支承圈部边缘区域延伸到所述中央圈部的第2支承圈部转变区域；所述第2支承圈部边缘区域与所述第2支承圈部转变区域相比向所述螺旋弹簧的轴线方向另一侧弯曲。
并且，所述第2支承面形成为从所述第2支承圈部边缘区域跨过与所述第2支承圈部转变区域的边界而到达所述第2支承圈部转变区域。
在所述各种构成中，优选，从所述第1基准点到所述第2基准点为止的线间圈数为整数倍。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的螺旋弹簧的自然长度状态下的立体图。
图2是所述螺旋弹簧的自然长度状态下的主视图。
图3是表示所述螺旋弹簧中的线间圈数和线间间隙的关系的图表。
图4是所述螺旋弹簧的压缩状态下的主视图。
图5是所述螺旋弹簧的制造装置的示意图。
图6是表示所述实验结果的图表。
图7是所述实施方式的变形例的螺旋弹簧的局部主视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的螺旋弹簧的一实施方式进行说明。
图1和图2分别示出本实施方式的螺旋弹簧1A的自然长度状态下的立体图和主视图。
如图1和图2所示，本实施方式的螺旋弹簧1A是弹簧线材100成形为从轴线方向一侧向另一侧延伸的螺旋形状而成的，适合利用于内燃机的阀簧、高压泵用弹簧等。
所述螺旋弹簧1A，若以所述弹簧线材100的实际圈为基准，则具有：第1支承圈部10，该第1支承圈部10包括所述弹簧线材100的长度方向一侧的第1端部110，并且，形成有朝向所述螺旋弹簧1A的轴线方向一侧的第1支承面11；第2支承圈部20，该第2支承圈部20包括所述弹簧线材100的长度方向另一侧的第2端部120，并且，形成有朝向所述螺旋弹簧1A的轴线方向另一侧的第2支承面21；以及所述第1和第2支承圈部10、20之间的中央圈部30。
在所述螺旋弹簧1A中，在所述螺旋弹簧1A的轴线方向上相邻的弹簧线材100彼此之间存在线间间隙的区域作为发挥弹性力的有效圈部而起作用。
在此，对在轴线方向上相邻的弹簧线材100彼此之间的所述线间间隙进行详细说明。
关于所述线间间隙，在轴线方向一侧，随着从自然长度状态下的线间间隙被设为零的第1基准点51向轴线方向一侧而呈螺旋状地前进而变宽，在所述中央圈部30，被设为根据对所述螺旋弹簧1A要求的弹性力而设定的基准值L(L＞0，参照下述图3)，在轴线方向另一侧，随着向轴线方向一侧而呈螺旋状地前进而变窄，在第2基准点52被设为零。
也就是说，如图2所示，由所述线间间隙形成的螺旋形状(以下，称为线间圈)具有：第1端部区域61，在轴线方向一侧，随着从自然长度状态下的线间间隙被设为零的所述第1基准点51向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而自然长度状态下的线间间隙变大；基准区域65，位于比所述第1端部区域61靠轴线方向另一侧，自然长度状态下的线间间隙被设为基准值L；以及第2端部区域62，位于比所述基准区域65靠轴线方向另一侧，随着向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而线间间隙变窄，在所述第2基准点52，自然长度状态下的线间间隙为零。
图3示出了表示所述螺旋弹簧1A中的线间圈数和线间间隙的关系的图表。
如图3所示，在本实施方式的所述螺旋弹簧1A中，所述第1端部区域61构成为，线间圈数超过1且终端位置61E处的自然长度状态下的线间距离比基准值L大。
在本实施方式中，如图3所示，所述第1端部区域61的终端位置61E位于从所述第1基准点51向轴线方向另一侧约有1.2圈的线间圈的位置，基准值L被设定为4.7mm，终端位置61E处的自然长度状态下的线间距离被设定为5.5mm(基准值L×1.17)。
接着，如图3所示，所述螺旋弹簧1A构成为，所述线间圈在所述第1端部区域61与所述基准区域65之间具有第1转变区域63(1)。
所述第1转变区域63(1)构成为，随着从所述第1端部区域61的终端位置61E向轴线方向另一侧沿着螺旋形状前进，线间距离变小而达到基准值L。
通过具有该构成，能够有效地防止在所述螺旋弹簧1A从自然长度状态进行压缩动作之际，在所述第1端部区域61产生线间间隙为零，从而能够有效地抑制压缩动作时的横向力的产生。
也就是说，在所述螺旋弹簧1A中，设置于轴线方向一侧的所述第1端部区域61的终端位置61E处的线间距离被设为比基准值L大。
因此，能够有效地防止在图4所示那样的所述螺旋弹簧1A的压缩动作中，在轴线方向一侧产生有效圈数的变化，由此，能够有效地抑制压缩动作时的横向力产生。
如图3所示，在本实施方式的所述螺旋弹簧1A中，所述第2端部区域62构成为，线间圈数超过1且终端位置61E处的自然长度状态下的线间距离比基准值L大。
在本实施方式中，所述第2端部区域62构成为实质上与所述第1端部区域61相同。
也就是说，如图3所示，所述第2端部区域62的开始位置62S位于从所述第2基准点52向轴线方向一侧、线间圈数为大约1.2圈的位置，开始位置62S处的自然长度状态的线间距离被设定为与所述第1端部区域61处的终端位置61E的线间距离相同的5.5mm(基准值L×1.17)。
接着，如图3所示，所述螺旋弹簧1A构成为，所述线间圈在所述基准区域65与所述第2端部区域62之间具有第2转变区域63(2)。
所述第2转变区域63(2)构成为，随着从所述基准区域65的终端位置65E向轴线方向另一侧沿着螺旋形状前进，线间距离从基准值L变大而达到所述第2端部区域62的开始位置62S。
通过具有该构成，能够有效地防止在所述螺旋弹簧1A从自然长度状态进行压缩动作之际，在所述第2端部区域62产生线间间隙为零，能够有效地抑制压缩动作时的横向力的产生。
所述螺旋弹簧1A通过例如图5所示的制造装置200来制造。
如图5所示，所述制造装置200具有：供给弹簧线材100的供给辊210；引导由所述供给辊210输送的弹簧线材100的引导部件215；第1和第2盘卷工具220(1)、220(2)，该第1和第2盘卷工具220(1)、220(2)设置于以由所述引导部件215引导的状态由所述供给辊210输送的弹簧线材100的输送方向下游侧，将直线状的弹簧线材100成形为螺旋状的螺旋弹簧1A；引导由所述第1和第2盘卷工具220(1)、220(2)成形为螺旋状的螺旋弹簧1A的芯棒部件225；调整所述螺旋弹簧1A的节距的节距工具230；以及与所述芯棒225协作来切断弹簧线材100的切断工具235。
所述第1和第2盘卷工具220(1)、220(2)能在以成形的螺旋弹簧1A的中心为基准的径向上进行位置调整，根据径向位置的改变来改变螺旋弹簧1A的弹簧圈直径。
所述节距工具230能在以螺旋弹簧1A的中心为基准的径向上进行位置调整，根据径向位置的改变来改变螺旋弹簧1A的节距。
所述切断工具235能在以螺旋弹簧1A的中心为基准的径向上往复运动，能在与所述芯棒225的接合面226协作地切断所述弹簧线材100的切断位置与从所述芯棒225离开的退避位置之间移动。
优选，如图3所示，所述第1端部区域61从所述第1基准点51到所述终端位置61E为止具有恒定的线间间隙节距角，所述线间间隙节距角被设定为向轴线方向一侧的每1圈线间圈的线间间隙的位移量为L。
根据该构成，能够实现所述节距工具230的位置控制的容易化。
同样地优选，如图3所示，所述第2端部区域62从开始位置62S到所述第2基准点52为止具有恒定的线间间隙节距角，所述线间间隙节距角被设定为向轴线方向一侧的每1圈线间圈的线间间隙的位移量为-L。
在此，说明对本实施方式的螺旋弹簧1A和以往的螺旋弹簧进行的、与横向力相关的实验结果。
作为本实施方式的螺旋弹簧1A的一个例子(实施例)，准备下述构成的螺旋弹簧1a。
·实施例的螺旋弹簧1a的构成
弹簧线材的材质：与油回火硅铬钢丝(SWOSC-V)相当的钢丝
弹簧线材的线径：3.3mm
螺旋弹簧的螺旋直径：17.4mm
自然长度状态的螺旋弹簧的长度：41mm
总圈数：6.0
有效圈数：4.0
基准区域65的线间间隙的距离(基准值L)：4.6mm
第1端部区域61的终端位置61E(从第1基准点51起的线间圈数)：0.9
第1端部区域61的终端位置61E处的线间间隙的距离：5.7mm
第1转变区域63(1)的线间圈数：0.5
第2端部区域62的开始位置62S(从第2基准点52起的线间圈数)：0.9
第2端部区域62的开始位置62S处的线间间隙的距离：5.7mm
第2转变区域63(2)的线间圈数：0.5
对于在所述实施例的螺旋弹簧1a产生的横向力用侧向力弹簧试验机(日本计测系统株式会社制SFT系列)来测定。
图6示出了其结果。
作为以往的螺旋弹簧的一个例子(比较例)，准备下述构成的螺旋弹簧，进行了同样的实验。
·比较例的螺旋弹簧的构成
弹簧线材的材质：与油回火硅铬钢丝(SWOSC-V)相当的钢丝
弹簧线材的线径：3.3mm
螺旋弹簧的螺旋直径：17.4mm
自然长度状态的螺旋弹簧的长度：40mm
总圈数：5.8
有效圈数：3.8
基准区域65的线间间隙的距离(基准值L)：6.1mm
第1端部区域61的终端位置61E(从第1基准点51起的线间圈数)：1
第1端部区域61的终端位置61E处的线间间隙的距离：6.1mm
第2端部区域62的开始位置62S(从第2基准点52起的线间圈数)：1
第2端部区域62的开始位置62S处的线间间隙的距离：6.1mm
对于在所述比较例产生的横向力也用所述侧向力弹簧试验机(日本计测系统株式会社制SFT系列)来测定。
图6一并示出了其结果。
如图6所示，在所述第1和第2端部区域61、62的线间圈数超过1且所述第1端部区域61的终端位置61E和所述第2端部区域62的开始位置62S处的线间距离比基准区域65的线间距离L大的所述实施例1a中，与所述比较例相比，横向力的产生被显著地抑制。
该结果意味着：在所述实施例的螺旋弹簧1a中，能够有效地防止在进行压缩动作之际，在所述第1和第2端部区域61、62产生线间间隙为零。
优选，所述螺旋弹簧1A构成为，从所述第1基准点51到所述第2基准点52为止的线间圈数为整数倍。
也就是说，构成为所述第1基准点51和所述第2基准点52在周向上位于相同位置。
根据该构成，能够更有效地防止压缩动作时的横向力产生。
另外，优选，所述第1支承圈部10中位于比所述第1基准点51靠端部侧的区域向轴线方向一侧弯曲。
图7示出了所述第1支承圈部10中位于比所述第1基准点51靠端部侧的区域向轴线方向一侧弯曲了的变形例1B的局部主视图。
如图7所示，在所述变形例1B中，所述第1支承圈部10包括：从所述弹簧线材100中的长度方向一侧的第1端部110延伸到形成所述第1基准点51的部分的第1支承圈部边缘区域111；以及从所述第1支承圈部边缘区域111延伸到所述中央圈部30的第1支承圈部转变区域112。
并且，所述第1支承圈部边缘区域111与所述第1支承圈部转变区域112相比向所述螺旋弹簧1B的轴线方向一侧弯曲，所述第1支承面11形成为从所述第1支承圈部边缘区域111跨过与所述第1支承圈部转变区域112的边界而到达第1支承圈部转变区域112。
根据该构成的所述变形例1B，既能充分确保所述第1支承面11的研磨量以保证所述第1支承面11的平坦性，又能加厚所述第1支承圈部10，能进一步减少压缩动作时的横向力产生。
当然，所述第2支承圈部20也能够适用同样的构成。
也就是说，可以是，所述第2支承圈部20包括：从所述弹簧线材100中的长度方向另一侧的第2端部120延伸到形成所述第2基准点52的部分的第2支承圈部边缘区域(未图示)；以及从所述第2支承圈部边缘区域延伸到所述中央圈部30的第2支承圈部转变区域(未图示)；所述第2支承圈部边缘区域与所述第2支承圈部转变区域相比向所述螺旋弹簧1的轴线方向另一侧弯曲，所述第2支承面21形成为从所述第2支承圈部边缘区域跨过与所述第2支承圈部转变区域的边界而到达第2支承圈部转变区域。
标号说明
1A、1B 螺旋弹簧
10 第1支承圈部
11 第1支承面
20 第2支承圈部
21 第2支承面
30 中央圈部
51 第1基准点
52 第2基准点
61 第1端部区域
61E 第1端部区域的终端位置
62 第2端部区域
62S 第2端部区域的开始位置
63(1) 第1转变区域
63(2) 第2转变区域
65 基准区域
65E 基准区域的终端位置
100 弹簧线材
110 弹簧线材的第1端部
111 第1支承圈部边缘区域
112 第1支承圈部转变区域

Claims (7)

1.一种螺旋弹簧，是弹簧线材成形为从轴线方向一侧向另一侧延伸的螺旋形状而成的，其特征在于，
由在轴线方向上相邻的弹簧线材之间的线间间隙划分出的线间圈包括：第1端部区域，在轴线方向一侧，随着从自然长度状态下的线间间隙被设为零的第1基准点向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而自然长度状态下的线间间隙变大；基准区域，位于比所述第1端部区域靠轴线方向另一侧，自然长度状态下的线间间隙被设为基准值L，L＞0；以及第2端部区域，位于比所述基准区域靠轴线方向另一侧，随着向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进而线间间隙变窄，在第2基准点，自然长度状态下的线间间隙成为零；
所述第1端部区域构成为，线间圈数超过1且终端位置处的自然长度状态下的线间距离比L大；
所述线间圈在所述第1端部区域的终端位置与所述基准区域之间具有第1转变区域，在该第1转变区域中，随着从所述第1端部区域的终端位置向轴线方向另一侧沿着螺旋形状前进，线间距离变小而达到基准值L。
2.如权利要求1所述的螺旋弹簧，其特征在于，
所述第1端部区域从所述第1基准点到所述终端位置为止具有恒定的线间间隙节距角；
所述线间间隙节距角被设定为，向轴线方向一侧的每1圈线间圈的线间间隙的位移量为L。
3.如权利要求1或2所述的螺旋弹簧，其特征在于，
所述螺旋弹簧具有：
第1支承圈部，该第1支承圈部设置于所述螺旋弹簧的轴线方向一侧，形成有朝向轴线方向一侧的第1支承面；
第2支承圈部，该第2支承圈部设置于所述螺旋弹簧的轴线方向另一侧，形成有朝向轴线方向另一侧的第2支承面；以及
所述第1支承圈部和第2支承圈部之间的中央圈部；
所述第1支承圈部包括：从所述弹簧线材中的长度方向一侧的第1端部延伸到形成所述第1基准点的部分的第1支承圈部边缘区域、以及从所述第1支承圈部边缘区域延伸到所述中央圈部的第1支承圈部转变区域；
所述第1支承圈部边缘区域，与所述第1支承圈部转变区域相比向所述螺旋弹簧的轴线方向一侧弯曲；
所述第1支承面形成为，从所述第1支承圈部边缘区域跨过与所述第1支承圈部转变区域的边界而到达所述第1支承圈部转变区域。
4.如权利要求1至3中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，
所述第2端部区域构成为，线间圈数超过1且开始位置处的自然长度状态下的线间距离比L大；
所述线间圈在所述基准区域的轴线方向另一侧的终端位置与所述第2端部区域的开始位置之间具有第2转变区域，在该第2转变区域中，随着从所述基准区域的终端位置向轴线方向另一侧沿着螺旋形状在周向前进，线间距离从基准值L变大而达到所述第2端部区域的开始位置。
5.如权利要求4所述的螺旋弹簧，其特征在于，
所述第2端部区域从开始位置到所述第2基准点为止具有恒定的线间间隙节距角；
所述线间间隙节距角被设定为，向轴线方向一侧的每1圈线间圈的线间间隙的位移量为-L。
6.如权利要求1至5中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，
所述螺旋弹簧具有：
第1支承圈部，该第1支承圈部设置于所述螺旋弹簧的轴线方向一侧，形成有朝向轴线方向一侧的第1支承面；
第2支承圈部，该第2支承圈部设置于所述螺旋弹簧的轴线方向另一侧，形成有朝向轴线方向另一侧的第2支承面；以及
所述第1支承圈部和第2支承圈部之间的中央圈部；
所述第2支承圈部包括：从所述弹簧线材中的长度方向另一侧的第2端部延伸到形成所述第2基准点的部分的第2支承圈部边缘区域、以及从所述第2支承圈部边缘区域延伸到所述中央圈部的第2支承圈部转变区域；
所述第2支承圈部边缘区域，与所述第2支承圈部转变区域相比向所述螺旋弹簧的轴线方向另一侧弯曲；
所述第2支承面形成为，从所述第2支承圈部边缘区域跨过与所述第2支承圈部转变区域的边界而到达所述第2支承圈部转变区域。
7.如权利要求1至6中任一项所述的螺旋弹簧，其特征在于，
从所述第1基准点到所述第2基准点为止的线间圈数为整数倍。
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