CN109798299B - 组合弹性体和椭圆滑动轴承 - Google Patents
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Abstract
一种轴承组件，用于使第一构件与第二构件可运动地联接，其中第一构件和第二构件中的一者能够相对于另一者运动。滑动轴承部分包括：内圈，其能够与第一构件连接并具有外凸轴承表面。外圈绕着内圈布置并具有抵靠内圈轴承表面布置的内凹轴承表面。这两个轴承表面被形成为使得：当可运动构件绕着第一轴线移位时一个轴承表面抵靠另一个轴承表面滑动，并且当可运动构件绕着第二轴线移位时这两个轴承表面接合以防止这两个圈之间的移位。弹性体轴承部分绕着滑动轴承部分布置、与第二构件连接并且被形成为使得当可运动构件绕着第二轴线成角度地移位时弹性体轴承部分的至少一部分折曲。
Description
技术领域
本发明涉及轴承组件，尤其涉及用于飞机应用的弹性体轴承组件。
背景技术
弹性体轴承是已知的并且常由多个交替的弹性体和金属的环形或圆柱形层形成，并且通常包括用于容纳轴或销的中心孔。这种轴承能够支撑销或轴(或通过销/轴联接于壳体、支架等的连杆(link)或其它构件)的枢转或有限的部分旋转或扭转运动。然而，当这种轴、连杆等的枢转或扭转大于一定的角度大小时，弹性体层可能会受损，尤其在长时间使用后。
发明内容
在一方面，本发明涉及一种轴承组件，用于使内部的第一构件与外部的第二构件可运动地联接，所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者(/可运动的那一个构件)能够相对于这两个构件中的另一者绕着在中心延伸穿过所述内部构件的第一轴线以及绕着大致与所述第一轴线相交或相对于所述第一轴线歪斜的至少一个第二轴线成角度地移位(/角位移)。所述轴承组件包括：内部的滑动轴承部分，包括：内圈，所述内圈能够与所述第一构件连接并具有外凸轴承表面；和外圈，其绕着所述内圈布置并具有抵靠内圈轴承表面布置的内凹轴承表面。所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面各自被构造成使得当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者绕着所述第一轴线成角度地移位时，所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的一者抵靠所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的另一者滑动。这两个轴承表面还被构造成使得当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的那一个构件绕着所述至少一个第二轴线成角度地移位时，所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的每一者抵靠所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的另一者接合以使得防止所述内圈与所述外圈之间的相对移位。此外，外部的弹性体轴承部分绕着所述滑动轴承部分布置、与所述第二构件连接并且被构造成使得当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者绕着所述第二轴线成角度地移位时所述弹性体轴承部分(section)的至少一部分(portion)折曲(flexes)。
在另一方面，本发明又涉及一种轴承组件，用于使内部的第一构件与外部的第二构件可运动地联接，所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者能够相对于这两个构件中的另一者绕着在中心延伸穿过所述内部构件的第一轴线以及绕着大致与所述第一轴线相交或相对于所述第一轴线歪斜的至少一个第二轴线成角度地移位。所述轴承组件包括内部的滑动轴承部分，所述滑动轴承部分包括内圈，所述内圈能够与所述第一构件连接以使得使所述第一构件与所述轴承连接并具有部分椭圆形的外凸轴承表面。外圈绕着所述内圈布置并具有抵靠内圈轴承表面布置的部分椭圆形的内凹轴承表面。所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面各自被构造成使得当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者绕着所述第一轴线成角度地移位时，所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的一者抵靠所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的另一者滑动。这两个轴承表面还被构造成使得当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的那一个构件绕着所述至少一个第二轴线成角度地移位时，所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的每一者抵靠所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的另一者接合以使得防止所述内圈与所述外圈之间的相对移位。此外，外部的层叠的弹性体轴承部分绕着所述滑动轴承部分布置、与所述第二构件连接并且被构造成使得当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者绕着所述第二轴线成角度地移位时所述弹性体轴承部分的至少一部分折曲。
在还一方面，本发明涉及一种机械组件，包括内部的第一构件、外部的第二构件和如前述段落中的任一段落所描述的轴承组件。
附图说明
当结合附图阅读时，前述的发明内容以及本发明的优选实施方式的详细说明将被更好地理解。出于阐述本发明的目的，在图解性的图中示出了当前优选的实施方式。然而，应该理解的是，本发明不限于所示出的精确的(/这个/明确的)配置和手段(/机构)(instrumentalities)。在附图中：
图1是本发明的轴承组件的轴向截面图，示出了与内部的第一构件和外部的第二构件联接的机械组件；
图2是与第二构件连接的轴承组件的立体图；
图3是轴承组件和第二构件的俯视平面图；
图4是穿过图3的线4-4的视图；
图5是图1的一部分的放大截断图(broken-away view)，其示出的是没有第一构件的状况；
图6是轴承组件的滑动轴承部分的立体图；
图7是滑动轴承部分的侧视立面图；
图8是滑动轴承部分的放大轴向截面图；
图9是滑动轴承部分的外圈的轴向截面图；
图10是滑动轴承部分的内圈的立体图；
图11是滑动轴承内圈的侧视立面图；
图12是滑动轴承内圈的放大轴向截面图；
图13是轴承组件的弹性体轴承部分的(被示出与外部的第二构件连接的)轴向截面图；
图14是本发明的一个优选应用中的轴承组件的轴向截面图，其中内部的第一构件相对固定而外部的第二构件能够相对移位；
图15是本发明的另一优选应用中的轴承组件的轴向截面图，其中内部的第一构件能够相对移位而外部的第二构件相对固定；以及
图16是本发明的轴承组件的可选择结构的轴向截面图，其中滑动轴承内圈具有能够与内部的第一构件连接的轴部。
具体实施方式
某些术语仅出于方便的目的而不是限制性的目的被用在以下说明中。词“内”、“向内”和“外”、“向外”分别指的是朝向和远离所描述的元件的指定中心线或几何中心的方向(具体含义从说明的上下文显而易见)。此外，如本文所使用的，词“连接”和“联接”各自意在包括没有任何其它构件介于中间的两个构件之间的直接连接和有一个或多个其它构件介于中间的构件之间的间接连接。术语包括以上具体提到的词、其衍生词和类似外来词(words of similar import)。
现在详细参照附图，在附图中相同的附图标记始终用于表示相同的元件，在图1-图16中示出了轴承组件10，其用于使内部的第一构件1与外部的第二构件2可运动地联接以使得形成机械组件3。第一构件1和第二构件2中的一者能够绕着第一轴线A1还以及绕着至少一个第二轴线A2n成角度地(/在角度上)移位，其中第一轴线A1在中心延伸穿过第一构件1，第二轴线A2n大致与第一轴线A1相交(例如，如图示为垂直的)或者大致相对于第一轴线A1歪斜(skewed)。优选的是，第二构件2绕着第一轴线A1“转动”或“扭转”和/或绕着一个或多个第二轴线A2n相对于第一构件1“倾斜”或“旋扭(cocks)”，反之亦然。此外，机械组件3优选用于旋翼飞机机翼组件；例如，第二构件2可以是连接/调整杆4(或其一部分)，第一构件1可以是用于将杆4连接到框架6的销5，如图14所示，但也可以是绕着两个或更多个轴线A1、A2n具有相对运动的任何其它合适的组成部件。
轴承组件10基本上包括：内部的滑动轴承部分12，其与第一构件1连接或能够与第一构件1连接；和外部的大致圆柱形弹性体轴承部分14，其绕着滑动轴承部分12布置并与第二构件2连接。这两个轴承部分12、14大致以轴承中心线11(当与第一构件1连接时，轴承中心线11与第一轴线A1大致同轴)为中心。内部的滑动轴承部分12包括内圈16，内圈16能够与第一构件1连接并具有外凸(的)轴承表面20。优选的是，内圈16具有中心孔18，中心孔18被构造成容纳(/接纳)第一构件1的一部分，以使得使第一构件1与轴承组件10连接，但作为另一种选择可以包括轴部19(图16)或任何其它合适的装置以使(内)圈16与第一构件1连接。此外，外圈22绕着内圈16布置，并具有抵靠内圈(的)轴承表面20布置的内凹(的)轴承表面24。内圈轴承表面20和外圈轴承表面24各自被构造成使得当第一构件和第二构件中的可运动的那一个(构件)1或2绕着第一轴线A1成角度地移位时，内圈轴承表面和外圈轴承表面中的一者20或24对应地(/分别地)抵靠圈轴承表面中的另一者24、20滑动。
而且，轴承表面20、24还被构造成使得内圈轴承表面和外圈轴承表面中的每一者20、24抵靠内圈轴承表面和外圈轴承表面中的另一者24、20接合，以防止当第一构件和第二构件1、2中的可运动的那一个(构件)绕着至少一个第二轴线A2n成角度地移位时内圈与外圈16、22之间的相对移位。此外，弹性体轴承部分14被构造成使得当第一构件和第二构件1、2中的可运动的那一个(构件)绕着至少一个第二轴线A2n成角度地移位时弹性体轴承14的至少一部分折曲(flexes)，从而支撑内部构件与外部构件1、2之间的相对运动。优选的是，第二构件2具有限定出孔7的内周表面2a，轴承组件10布置在孔7内，弹性体轴承部分14具有外表面15，外表面15与第二构件(的)内表面2a结合或摩擦接合，以使轴承部分14与第二构件2连接。
优选的是，第一构件和第二构件中的可运动的那一个(构件)1或2能够绕着多个单独的第二轴线A2n(例如，A21、A22等)成角度地移位，每个第二轴线大致与第一轴线A1相交(即，垂直(如图所示)或形成锐角)或者大致相对于第一轴线A1歪斜。如此，滑动轴承部分12的内圈16和外圈22被构造成在内部构件1相对于外部构件2移位时绕着第二轴线A2n中的每个单独的第二轴线成角度地移位，弹性体轴承部分14的至少一部分被构造成每当第一构件和第二构件1、2中的任何一者绕着第二轴线A2n中的每一者成角度地移位时折曲。因此，轴承组件10能够在多种运动期间(如通常发生在旋翼飞机或其它复杂机构或机器的操作期间)支撑两个构件/组成部件1、2之间的相对运动。
参照图1和图4-图12，优选的是，内圈16的外凸轴承表面20和外圈22的内凹轴承表面24这两者均为部分椭圆形并以中心线11和第一轴线A1为中心，其中(/中心线11和第一轴线A1中)的每一者在中心延伸穿过内圈16，使得表面20、24关于第一轴线A1对称。具体地说，内圈和外圈16、22中的每一者的形状被设计(/被成形)(shaped)为使得穿过第一轴线A1的平面截面由两个曲线部分LI1、LI2和LO1、LO2界定，每一者(/每个曲线部分)具有对应的相对的端点EI1、EI2和EO1、EO2和对应的中点(middle point)MI、MO，如图8所示。每个中点MI、MO分别被定位成(/位于)距第一轴线A1上的中心点CP(有)第一径向距离R1I、R1O，每个端点EI1、EI2和EO1、EO2分别被定位成距中心点CP(有)较大的第二径向距离R2I、R2O，如图所示。
对于这种大致椭圆形的轮廓，当内圈和外圈16、22中的一者绕着第一轴线A1转动或旋转时，任一轴承表面20、24均能够抵靠另一表面24、20可滑动地移位。然而，通过构件1、2中的一者的运动而大致绕着第二轴线A2n施加于滑动轴承圈16、22中的一者的扭矩引起各椭圆形轴承表面20、24(由于表面20、24关于第二轴线A2n中的任一者不对称而)抵靠(/对)另一轴承表面24、20楔入。由此，防止了圈16、22中的一者相对于另一个圈22、16绕着第二轴线A2n的相对运动。
如此，在第一构件1固定而外部的第二构件2可运动的应用中，例如，如图14所示，当外圈22、弹性体轴承部分14和第二构件2绕着第一轴线A1成角度地移位时或/和弹性体轴承部分14折曲以使第二构件2能够绕着一个或多个第二轴线A2n成角度地移位而外圈和内圈16、22相对于(一个或多个)第二轴线A2n保持固定时，外圈轴承表面24抵靠内圈轴承表面20可滑动地移位。作为另一种选择，如果内部构件1是可运动的而外部构件2相对静止或固定，如图15所示，那么当内圈16和第一构件1绕着第一轴线A1成角度地移位时或/和内圈和外圈16、20以及第一构件1绕着一个或多个第二轴线A2n成角度地移位而弹性体轴承部分14相对于固定的外部构件2折曲时，内圈轴承表面20抵靠外圈轴承表面24可滑动地移位。
参照图10-图12，滑动轴承内圈16优选包括部分(partially)椭圆(形)主体30，其大小被设计成布置在外圈22的孔44内，这如下所述。椭圆主体30提供(/设置)有凸状轴承表面20并具有两个相对的轴向端32A、32B，内圈16的优选中心孔18在这两个端32A、32B之间延伸。优选的是，内圈16的椭圆主体30具有两个大致圆柱形的端部34A、34B，端部34A、34B各自分别从两个主体轴向端32A、32B中的单独的一者向外延伸。圆柱形端部34A、34B中的一者或两者可以设置有成角度的表面部分36，所述成角度的表面部分36能够被内部的第一构件1的一部分接合，以防止内圈16与内部的第一构件1之间的相对旋转。作为另一种选择，如图16所示，椭圆主体30可以被形成为大致实心的(solid)，即没有中心孔，并且可以包括从一个主体(的)端32A或32B轴向向外延伸的轴部19。轴部19被构造成附接于第一构件1或以其它方式与第一构件1接合，以使得使构件1与轴承组件10连接。
现在参照图6-图9，滑动轴承外圈22优选包括部分(partially)球面主体40，其具有相对的轴向端面42A、42B和凹状的优选为椭圆形的内表面44，所述内表面44在端面42A、42B之间大致轴向延伸并限定出内(部)孔46。作为另一种选择，主体40可以具有任何其它合适的形状，例如大致圆柱形，只要内表面24大致如上所述地形成即可。此外，外圈22优选还包括布置在主体内表面44上并提供了外圈22的轴承表面24的内衬层(liner layer)48。内衬层48由硬度大致小于内圈材料的硬度的材料形成，可以是聚合(物)材料(诸如聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙、PEEK等)、石墨或相对软的金属材料(例如青铜等)。
优选的是，内圈主体30和外圈主体40这两者各自均由金属材料(诸如铝、低碳钢等)形成，使得相对“软”的内衬层48抵靠金属内圈16布置。作为另一种选择，内衬层(未示出)可以设置在内圈16的外表面上，或者，内圈和外圈16、22中的一者可以由相对软的金属材料(例如青铜)形成，而不设置任何内衬层。
现在参照图1、图5和图13，弹性体轴承部分14优选形成为层叠轴承(laminatedbearing)50，层叠轴承50包括大致绕着轴承中心线11同轴地嵌套的(nested)多个交替的、大致柔性的层片(laminae)52和大致刚性的层片54。层叠轴承部分14被构造成使得当第一构件1和/或第二构件2绕着至少一个第二轴线A2n成角度地移位时层叠轴承部分14的至少一部分折曲或偏转(例如，枢转和/或扭转)。具体地说，至少一个优选为多个柔性层片52在层叠轴承部分14折曲期间相对于一对同轴或径向相邻的刚性层片54(即，在特定层片52的各径向侧)被各自压缩、延展和/或扭转，以从而在绕着与中心的第一轴线A1垂直的第二轴线A2n倾斜或枢转时，使得能够或适应(enable or accommodate)第二构件2相对于第一构件1的角(度)移位，反之亦然。
作为另一种选择，弹性体轴承部分14可以由单个大致圆柱形的实心(solid)弹性体主体(未示出)或多个大致楔形的弹性体主体部分(/分部/分段)(均未示出)形成，每一者具有附接于滑动轴承外圈22的内表面和附接于第二构件2的外表面。利用实心圆柱形主体或楔形主体部分，弹性体轴承部分14根据需要弯曲、偏转或扭转，以适应第一构件和第二构件1、2中的一者绕着一个或多个第二轴线A2n的运动。
参照图5和图13，优选的层叠轴承部分14优选通过以下形成：布置或插入(interposing)大致管状的柔性层片52和大致管状的刚性层片54的交替层，使得各柔性层/层片52被直径更大的刚性层片54周向围绕(/包围)，反之亦然。换言之，柔性层片和刚性层片52、54中的每一者具有外径dF、dR，并且多个层片52、54被配置成使得层片52、54中的每一者均布置在外径dF、dR大于这个(the one)层片52或54的外径dF或dR的所有其它的层片52、54内，如图13所示。优选的是，层叠轴承部分14被形成为使得层片52、54的高度或轴向长度在从轴承中心线11径向向外的方向上减小。
具体地说，层片52、54中的每一者分别具有相对的轴向端52a、52b和54a、54b以及在相对的轴向端52a、52b和54a、54b之间的轴向长度(未示出)，其中层片52、54被配置成使得各层片52或54的轴向长度均小于布置在这个层片52、54内的所有层片52、54的轴向长度(即，层片轴向长度径向向外减小)。然而，层叠轴承部分14可以形成有轴向长度从中心线11向外增大或轴向长度大致相同的层片52、54。此外，柔性层片和刚性层片52、54中的每一者优选为部分球面(形)，如附图所示，但作为另一种选择也可以是大致圆柱形(circularcylindrical)或任何其它合适的形状。
优选的是，柔性层片52中的每一者均由弹性体形成，例如天然或合成橡胶，刚性层片54中的每一者均由金属材料形成，诸如钢或铝，但也可以由任何其它合适的刚性材料形成，诸如陶瓷材料、刚性聚合物或塑料等。刚性层片54中的每一者可以包括单个大致管状的壳体，或者可以由绕着主体中心线51周向地间隔开的多个弧形壳体部分(/分段)形成。此外，各柔性层片52优选结合(/粘合)于(bonded to)径向内侧邻接的刚性层片54和径向外侧邻接的刚性层片54这两者。最优选的是，所有柔性层片52在压缩下成型于刚性层片54，使得各柔性层片52在相关联的径向相邻的一对刚性层片54之间具有压缩“预紧(preload)”。
优选的是，最内侧的层片是内周向表面53A结合于滑动轴承外圈22的外表面45的弹性体层片52，最外侧的层片是外周向表面53B结合于第二构件2的内周向表面2a的弹性体层片52，如图5和图13所示。作为另一种选择，最内侧的层片和最外侧的层片中的任一者或两者可以是金属层片54，该金属层片54具有与圈的外表面45摩擦接合的内表面或与第二构件的内表面2a摩擦接合的外表面，或者可以通过任何其它合适的手段联接于内圈16或/和第二构件2。
尽管弹性体轴承部分14被描绘和描述为单个的、大致圆柱形的层叠主体50，但是作为另一种选择，弹性体轴承部分14可以形成为两个或更多个大致楔形的层叠轴承部分(/分段)(均未示出)。这些楔形的层叠轴承部分各自包括(针对单个圆柱形主体50大致如上所述地形成的)交替的大致弧形的柔性层片52和大致弧形的刚性层片54。
本领域技术人员将理解的是，可以在不脱离广泛的发明构思的情况下对上述实施方式进行改变。因此，应该理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是意在覆盖如在所附技术方案中总体限定的本发明的精神和范围内的修改。
Claims (10)
1.一种轴承组件，用于使内部的第一构件与外部的第二构件可运动地联接，所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者能够相对于这两个构件中的另一者绕着在中心延伸穿过所述第一构件的第一轴线以及绕着大致与所述第一轴线相交或相对于所述第一轴线歪斜的至少一个第二轴线成角度地移位，所述轴承组件包括：
内部的滑动轴承部分，包括：内圈，其能够与所述第一构件连接并具有外凸轴承表面；和外圈，其绕着所述内圈布置并具有抵靠内圈轴承表面布置的内凹轴承表面，所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面各自被构造成使得：当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者绕着所述第一轴线成角度地移位时，所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的一者抵靠所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的另一者滑动，并且当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的那一个构件绕着所述至少一个第二轴线成角度地移位时，所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的每一者抵靠所述内圈轴承表面和所述外圈轴承表面中的另一者接合以使得防止所述内圈与所述外圈之间的相对移位；和
外部的弹性体轴承部分，其绕着所述滑动轴承部分布置、与所述第二构件连接并且被构造成使得当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者绕着所述第二轴线成角度地移位时所述弹性体轴承部分的至少一部分折曲。
2.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者能够绕着多个单独的第二轴线成角度地移位，所述第二轴线各自大致与所述第一轴线相交或相对于所述第一轴线歪斜，所述滑动轴承部分的内圈和外圈被构造成当所述第一构件相对于所述第二构件绕着所述第二轴线中的至少一者移位时绕着所述第二轴线中的各单独的第二轴线成角度地移位，所述弹性体轴承的至少一部分被构造成当所述第一构件和所述第二构件中的可运动的一者绕着所述第二轴线中的每一者成角度地移位时折曲。
3.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述滑动轴承部分的内圈具有中心孔，所述中心孔被构造成接纳所述第一构件的一部分，以使得使所述第一构件与所述轴承组件连接。
4.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述内圈的外凸轴承表面和所述外圈的内凹轴承表面中的每一者均为部分椭圆形。
5.根据权利要求4所述的轴承组件，其特征在于，
所述外圈包括部分球面主体，其具有相对的轴向端面，所述内凹轴承表面在所述端面之间大致轴向延伸并限定出内孔；以及
所述内圈包括部分椭圆主体，其布置在所述外圈的孔内，所述椭圆主体具有两个相对的轴向端，所述内圈的中心孔在这两个轴向端之间延伸。
6.根据权利要求5所述的轴承组件，其特征在于，以下中的至少一者：
所述内圈的椭圆主体具有两个大致圆柱形的端部，每个端部从两个主体轴向端中的单独的一个向外延伸；以及
所述内圈的形状被设计成使得穿过所述第一轴线的平面截面由两个曲线部分界定，每个曲线部分具有相对的端点和中点，每个中点距中心点间隔开第一径向距离，每个端点距所述中心点间隔开更大的第二径向距离。
7.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述外圈包括：部分球面主体，其具有内凹表面；和内衬层，其布置在所述主体内表面上并提供所述外圈的轴承表面，所述层由硬度大致小于内圈材料的硬度的材料形成。
8.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述弹性体轴承部分形成为层叠轴承，所述层叠轴承包括大致绕着中心线同轴地嵌套的多个交替的大致柔性层片和大致刚性层片。
9.根据权利要求8所述的轴承组件，其特征在于，以下中的至少一者：
各柔性层片均由弹性体材料形成，各刚性层片均由金属材料和刚性聚合材料中的一者形成；
在所述层叠轴承部分的折曲期间，所述柔性层片中的至少一个是相对于一对同轴相邻的刚性层片压缩、延展和扭转中的至少一者；
所述柔性层片和所述刚性层片中的每一者均都具有外径，多个层片被配置成使得所述层片中的每一者布置在外径大于这个层片的外径的所有其它的层片内；以及
所述柔性层片和所述刚性层片中的每一者均为部分球面状。
10.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，以下中的至少一者：
所述弹性体轴承部分包括大致圆柱形主体或至少两个大致楔形的主体部分；以及
所述第二构件具有孔，所述轴承组件布置在所述第二构件的孔内。
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