CN110686896B - 一种应用于轴承试验的四维运动分离机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轴承试验技术领域，具体公开了一种应用于轴承试验的四维运动分离机构，至少包括工作台、轴承试验工装、内圈随动组件以及外圈随动组件。上述结构中，其中通过试验轴组件和外圈固定件对待测轴承的内圈和外圈进行了结构分离，通过内圈随动组件将待测轴承内圈所承受的往复摆动与轴向推拉载荷进行了分离，通过外圈随动组件对待测轴承外圈所承受的偏摆运动与径向推拉载荷进行了分离，为关节轴承的试验设备提供了结构基础，使待测轴承可以同时实现两个维度摆动和两个维度受推拉载荷而互不干涉，使得关节轴承的模拟测试更加接近于实际工况，测试结果更加准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及轴承试验技术领域，具体涉及一种应用于轴承试验的四维运动分离机构。
背景技术
关节轴承是机械通用零部件，具有体积小且承载能力大的特点在实际工作时，该类轴承广泛应用于航空、航天、火车、汽车、矿山机械、机床、工程机械等领域。
关节轴承的动态寿命一般通过模拟试验机进行评估，由于上述关节轴承通常需要承受四个维度的加载，分别为：外圈绕径向的往复偏摆、外圈沿径向的双向推拉受载、内圈绕轴线的往复摆动或旋转，以及内圈沿轴向的双向推拉受载。并且，上述四个维度的联动分别由内圈和外圈独立实现相应运动，各维度的加载运动之间不能产生互相干涉的现象。
而现有轴承试验设备中，无法同时模拟上述四维度的加载。因此，本申请人特别设计了一种应用于轴承试验的四维运动分离机构，以实现上述关节轴承的模拟试验。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，解决现有技术中轴承试验设备无法实现针对关节轴承四维度加载的技术缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种应用于轴承试验的四维运动分离机构，至少包括：
工作台；
轴承试验工装，所述轴承试验工装至少包括用于固定待测轴承内圈的试验轴组件以及套设于待测轴承外圈上的外圈固定件；
内圈随动组件，一对所述内圈随动组件分别连接于所述试验轴组件的两端，所述内圈随动组件至少包括轴承座和设于轴承座内的支撑轴，所述支撑轴至少包括轴承连接段、设于轴承连接段一端的凸环以及位于凸环远离轴承连接段一侧的支撑连接部，所述轴承座固定于工作台上，所述支撑轴与轴承座之间设有一对并排设置的内圈无挡边式圆柱滚子轴承，所述内圈无挡边式圆柱滚子轴承的外圈相对轴承座固定设置，所述内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈固定连接于支撑轴上；
外圈随动组件，所述外圈随动组件至少包括外圈承载组件和径向加载座，所述外圈承载组件与外圈固定件连接，所述径向加载座与外圈承载组件之间设置有一对圆锥滚子轴承，一对所述圆锥滚子轴承背对背安装，所述外圈承载组件至少包括内固定套和外固定套，所述内固定套与所述外圈固定件固定连接，所述内固定套与外圈固定件连接的一侧设置有外锥部，所述外锥部的圆周方向设有若干沿轴向延伸的贯通槽，所述外固定套与所述内固定套固定连接，所述外固定套设有轴向贯通的用于容纳内固定套的贯通孔，所述贯通孔的一端设有与所述外锥部适配的内锥部，所述径向加载座包括相互固定连接的径向加载上座和径向加载下座，所述径向加载上座内设置有容纳外固定套通过的过孔，所述过孔的两端分别设置有用于容纳圆锥滚子轴承的第一轴承安装孔和第二轴承安装孔。
一种优选的实施例，所述支撑连接部包括相互适配扣合的固定支撑部和活动支撑部，所述支撑连接部内部设有支撑轴孔，所述支撑轴孔的内壁上设有沿轴向方向延伸的键槽一，所述支撑轴孔内靠近孔底的位置设有卡位槽。
一种优选的实施例，所述支撑轴上远离支撑连接部的一端设有法兰端盖，所述内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈固定于法兰端盖与凸环之间。
一种优选的实施例，所述内固定套远离外锥部的一端设有螺纹连接端，所述贯通孔远离内锥部的一端设有沉孔，所述内固定套和内固定套通过与沉孔适配的垫圈以及与螺纹连接端适配的螺母固定连接。
一种优选的实施例，所述外固定套于沉孔所在的一端设有端盖，所述端盖的另一端形成用于与圆锥滚子轴承的内圈抵靠接触的限位端面，所述外固定套远离端盖的一端设有连接外螺纹。
一种优选的实施例，一对所述圆锥滚子轴承套设于外固定套上，其中一个圆锥滚子轴承的内圈与限位端面接触，一对所述圆锥滚子轴承的内圈之间设有间隔套圈，远离限位端面一侧的圆锥滚子轴承内圈远离间隔套圈的一侧设有密封环，所述密封环远离圆锥滚子轴承的一侧安装有与所述连接外螺纹适配的锁紧螺母。
一种优选的实施例，所述径向加载上座和径向加载下座之间设有托板，所述托板上设有托板孔。
本实施例的应用于轴承试验的四维运动分离机构，具有以下有益效果：
(1)其中待测轴承的内圈通过试验轴组件进行限制和固定，外圈通过外圈固定件进行限制和固定，如此试验轴组件和外圈固定件可分别作为待测轴承内圈和外圈的载荷承载部件，从而将内圈和外圈所承受的载荷进行了分离，使作用于内圈和外圈上的载荷互不干涉。
(2)内圈随动组件中，支撑轴与轴承座之间通过一对内圈无挡边式圆柱滚子轴承连接，基于内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈和外圈之间可轴向微量位移的特性及连接关系，可实现待测轴承内圈往复摆动的同时，并承受轴向推拉载荷，二者互不干涉，具有结构简单、构思巧妙的技术优势。
(3)外圈随动组件中，外圈承载组件和径向加载座之间设置了一对背对背安装的圆锥滚子轴承，基于圆锥滚子轴承的内圈和外圈之间的承载特性及连接关系，可实现试验轴承外圈往复摆动的同时，并承受径向推拉载荷，二者互不干涉；基于圆锥滚子轴承可以承受单向轴向负荷的结构特性，在径向加载组件单向施加载荷时，其中一个圆锥滚子轴承承受单向轴向负荷，而另一个圆锥滚子轴承则不用承受轴向负荷，当两个圆锥滚子轴承背对背安装时，可以有效的将径向加载组件的径向推拉载荷通过圆锥滚子轴承施加于外圈承载组件上。
综上所述，本实施例的应用于轴承试验的四维运动分离机构，首先通过试验轴组件和外圈固定件对待测轴承的内圈和外圈进行了结构分离，其次通过内圈随动组件将待测轴承内圈所承受的往复摆动与轴向推拉载荷进行了分离，最后通过外圈随动组件对待测轴承外圈所承受的偏摆运动与径向推拉载荷进行了分离，为关节轴承的试验设备提供了结构基础，使待测轴承可以同时实现两个维度摆动和两个维度受推拉载荷而互不干涉，使得关节轴承的模拟测试更加接近于实际工况，测试结果更加准确可靠。
附图说明
图1为本实施例应用于轴承试验的四维运动分离机构的结构示意图；
图2为图1所示四维运动分离机构的爆炸状态结构示意图；
图3为图1所示四维运动分离机构的剖视状态结构示意图；
图4为本实施例中内圈随动组件与轴承试验工装的装配状态结构示意图；
图5为图4所示装配状态的剖视结构示意图；
图6为本实施例中内圈随动组件的爆炸状态结构示意图；
图7为本实施例中支撑轴的结构示意图；
图8为本实施例中轴承试验工装的剖视状态结构示意图；
图9为本实施例中轴承试验工装的爆炸状态结构示意图；
图10为本实施例轴承试验工装中加载套圈的结构示意图；
图11为本实施例中外圈随动组件与轴承试验工装的装配状态结构示意图；
图12为图11所示装配状态的剖视结构示意图；
图13为图11所示装配状态的爆炸状态结构示意图；
图14为本实施例中径向加载上座的结构示意图；
图15为图14所示径向加载上座的剖视结构示意图；
图16为本实施例中外固定套的结构示意图；
图17为本实施例中内固定套的结构示意图；
图18为图17所示内固定套的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，本实施例中一种应用于轴承试验的四维运动分离机构，其包括固定设置的工作台300、用于固定待测轴承的轴承试验工装400、一对位于轴承试验工装轴向两侧的内圈随动组件100以及位于一对内圈随动组件之间的外圈随动组件200。
本实施例的轴承试验工装400，如图8-10所示，包括试验轴组件410和外圈固定件420。其中，外圈固定件420包括用于套设于待测轴承10的外圈12上的固定圈421和沿固定圈421的径向延伸的固定杆422。
本实施例中，试验轴组件410的结构包括试验轴411、加载套圈412以及锁止件414。
如图9所示，本实施例的试验轴411，包括试验轴段4111、设于试验轴段4111两侧的摆角传递段4112以及与摆角传递段连接的锁止段4113。其中试验轴4111在轴向方向为对称结构，即两端的摆角传递段4112和锁止段4113相互对称。其中试验轴段4111用于穿设于待测轴承10的内圈11内，且优选的，待测轴承10位于试验轴411的中部。
一种优选的实施例，本实施例中的摆角传递段4112的横截面为多边形，本实施例中为正四边形，其中上述多边形的外切圈直径不大于试验轴段4111的直径。
一种优选的实施例，本实施例中锁止段4113上设有外螺纹，锁止件414为锁止螺母，与锁止段4113为螺纹连接。
如图8-10所示，本实施例的加载套圈412具有两个，分别对称安装于外圈固定件420的两侧。其内部设有与所述试验轴段4111适配的试验轴安装孔4123以及与所述摆角传递段适配的摆角传递孔4124，其中摆角传递段与摆角传递孔构成加载套圈与试验轴之间的摆角传递结构，加载机构施加于加载套圈上的摆角载荷通过该摆角传递结构传递至试验轴。本实施例中横截面为多边形的摆角传递段与摆角传递孔构成的摆角传递结构，具有结构简单，成本低的优势
本实施例中，加载套圈412的一端设有内圈抵触端4127，该内圈抵触端4127用于与待测轴承10的内圈11的端面抵触，一对加载套圈412的内圈抵触端4127将内圈11抵压固定，如此施加于内圈的载荷尤其是轴向的双向推拉载荷通过加载套圈进行加载，可以适应更多种类的轴承测试，例如有些轴承的工况为内圈与试验轴之间是过盈配合，有些是间隙配合，甚至有些轴承内圈与试验轴之间可以发生相对转动，上述各类型的轴承均可通过该种形式的加载结构进行载荷施加。
一种优选的实施例，其中加载套圈412的外圈靠近两端端部的位置设有凸沿4122，一对所述凸沿4122之间形成轴向加载槽4126。该轴向加载槽4126的宽度与支撑轴孔内卡位槽的槽壁与支撑连接部端部之间的部分相适配，二者配合后用于将支撑轴的轴向推拉载荷传递至加载套圈，进一步通过加载套圈施加于内圈11上。
一种优选的实施例，其中轴向加载槽4126的槽底4121设有至少两个键槽二4125，该键槽二4125内安装有平键413。加载部件施加于加载套圈上的往复摆动通过该平键413传递。作为优选，其中多个键槽二4125沿圆周方向均布设置。该键槽二4125的位置以及结构均与键槽一适配，二者之间通过平键413连接并传递往复摆动。该结构中，轴向加载槽用于承载加载部件施加于加载套圈上的轴向双向推拉载荷，同时轴向加载槽槽底内键槽中安装的平键用于传递摆动部件施加于加载套圈上的摆角，该结构具有双向推拉载荷与摆角传递简单有效的技术优势
一种优选的实施例，其中内圈抵触端4127与同一端的凸沿之间设有避让外锥面4128，该避让外锥面4128可以有效防止加载套圈与待测轴承的外圈或外圈加载座之间产生运动干涉，进一步保障了内圈和外圈加载独立并互不干涉的试验形式。
如图8-9所示，本实施例的锁止件414固定设于试验轴的自由端并用于将加载套圈固定于锁止件与外圈加载座之间。其锁止件设有与所述锁止段适配的内螺纹孔，以与锁止段实现螺纹连接。
本实施例中，如图4-6所示，内圈随动组件100包括固定于工作台300上的轴承座101，该轴承座内安装有支撑轴102。
其中，支撑轴102与轴承座101之间设有一对并排设置的内圈无挡边式圆柱滚子轴承103，一对该内圈无挡边式圆柱滚子轴承103的外圈之间设置有外隔圈107，轴承座101的两端分别安装有轴承端盖104，该轴承端盖104的中心设有容纳支撑轴102通过的端盖孔，两侧的轴承端盖104的端面分别与内圈无挡边式圆柱滚子轴承103的外圈端面贴合，从而将一对该内圈无挡边式圆柱滚子轴承103的外圈固定于轴承座内。
其中，所述支撑轴102的结构如图7所示，包括轴承连接段1021、设于轴承连接段一端的凸环1025以及位于凸环远离轴承连接段一侧的支撑连接部。其中，一对所述的内圈无挡边式圆柱滚子轴承103套设于该支撑轴102的轴承连接段1021上。其中，靠近凸环一侧的内圈无挡边式圆柱滚子轴承103的内圈抵靠于凸环的一侧端面，作为优选，本实施例中，凸环与内圈无挡边式圆柱滚子轴承103的内圈之间还设置了一个内隔圈108。
本实施例中，与外隔圈107对应的，一对内圈无挡边式圆柱滚子轴承103的内圈之间设置有内隔圈108。并且，支撑轴102远离凸环的一端安装有法兰端盖106，该法兰端盖106的一侧端面与内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈贴合，从而将一对内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈固定于法兰端盖与凸环之间。
上述连接结构中，其中由于轴承采用的是内圈无挡边式圆柱滚子轴承，而内圈无挡边式圆柱滚子轴承的特性在于，内圈与外圈之间在轴向方向是可以相对移动的，而在本实施例的连接结构中，并未限制内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈与外圈之间的轴向位移，即并未限制支撑轴与轴承座之间的轴向位移。如此即可实现轴向推拉载荷与绕轴线的往复摆动可同时施加于支撑轴上，轴承座的结构不会影响其多种叠加载荷的施加，而支撑轴用于与待测轴承10的内圈11连接，如此便可将上述叠加载荷通过支撑轴施加于待测轴承10的内圈11上，而与待测轴承10的外圈12上是否施加载荷互不干扰，形成相对独立的载荷施加形式。
如图7所示，本实施例的支撑连接部包括相互适配扣合的固定支撑部1022和活动支撑部1023，上述固定支撑部1022和活动支撑部1023扣合后形成的所述支撑连接部内部设有支撑轴孔。通过活动支撑部的设置，改变了试验工装与支撑连接部的连接形式，简化了试验工装结构，提升了安装与连接效率
其中，上述支撑轴孔的内壁上设有两个相对设置的沿轴向方向延伸的键槽一1024。进一步的，所述支撑轴孔内靠近孔底的位置设有卡位槽1027，上述支撑轴孔的孔底设有避让槽1026。该避让槽1026用于容纳锁止件所在位置的结构。
如图11-13所示，本实施例的外圈随动组件200包括用于与外圈固定件420固定连接的外圈承载组件和径向加载座。
本实施中，外圈承载组件包括内固定套230和外固定套260。其中，内固定套230的结构如图17、图18所示，该内固定套230设置有一端开口的内螺纹孔231，与之相应的，固定杆422上设有与该内螺纹孔231适配的外螺纹，所述固定杆与所述内固定套螺纹连接。
作为本实施例的特别之处，其中内固定套230于内螺纹孔231的开口一侧设置有外锥部232，该外锥部232的圆周方向设有若干沿轴向延伸并贯穿内螺纹孔孔壁的贯通槽233；该内固定套230远离外锥部232的一端设置有螺纹连接端234，该螺纹连接端234设置有外螺纹。
本实施例的外固定套260，其结构如图16所示，该外固定套260设有轴向贯通的用于容纳内固定套230的贯通孔261，该贯通孔261的一端设有与所述外锥部232适配的内锥部262，远离内锥部的一端设有沉孔263。
如图12、图13所示，外固定套260与内固定套230连接状态下，其中沉孔263中用于放置垫圈271，螺纹连接端234上则适配安装有螺母272。由于外锥部232的圆周方向上设置了若干贯通槽233，在旋紧螺母272的过程中，内锥部262与外锥部232的作用下，外锥部232基于各贯通槽233分割形成各部分向中心靠拢，从而对固定杆施加了极大的抱紧力。该种连接方式，使得外圈承载件与外圈固定件之间的连接非常的可靠，保证在持续的往复摆动与推拉载荷的作用下，外圈固定件与内固定套之间的连接不会发生松动、位置变化等。
如图16所示，本实施例的外固定套260，其中沉孔263所在的一端设置有端盖264，远离端盖264的一端设置有连接外螺纹266。其中端盖264面向连接外螺纹266的一端形成用于与圆锥滚子轴承的内圈抵靠接触的限位端面265。
本实施例中的径向加载座，如图11-13所示，包括相互固定连接的径向加载上座220和径向加载下座210。其中连接方式不局限于螺栓连接、焊接连接、卡扣式连接等连接方式，作为优选，本实施例中，二者通过螺栓连接的方式可拆卸连接。
其中，径向加载下座210设有容纳腔211，该容纳腔211用于容纳轴承试验工装。
其中，与上述径向加载下座210适配的径向加载上座220的结构如图14、图15所示，该径向加载上座220内设置有用于容纳外固定套260通过的过孔223，该过孔223的两端分别设置有用于容纳圆锥滚子轴承250的第一轴承安装孔221和第二轴承安装孔222。
本实施例中，其中径向加载上座220与固定外套260之间通过一对背对背安装的圆锥滚子轴承250连接。具体连接方式如图12、图13所示，其中一个圆锥滚子轴承250的内圈端面抵靠于外固定套260的限位端面265上，该圆锥滚子轴承250的外圈则安装于径向加载上座220的第一轴承安装孔221内。另一个圆锥滚子轴承250的外圈安装于径向加载上座220的第二轴承安装孔222内，该圆锥滚子轴承250的内圈套设于外固定套260。其中，两个圆锥滚子轴承250的内圈之间安装有套设于外固定套260上的间隔套圈270，远离限位端面一侧的圆锥滚子轴承的内圈远离间隔套圈的一侧则设有密封环273，该密封环273远离圆锥滚子轴承250的一侧安装有与所述连接外螺纹266适配的锁紧螺母274，该锁紧螺母274将外固定套260、径向加载上座220、一对圆锥滚子轴承250、间隔套圈270以及密封环273固定在一起。
作为优选，本实施例中，第一轴承安装孔221的一侧设置有与径向加载上座220固定连接的密封盖275，该密封盖275与外固定套260之间设置有密封圈276，上述密封盖275与密封圈276构成一组密封结构，将第一轴承安装孔221一侧密封。同理，在第二轴承安装孔222一侧同样设置有由密封盖275与密封圈276构成的密封结构，以实现该侧的密封。
作为优选，如图11-13所示，本实施例中，径向加载下座210与径向加载上座220连接的一侧设置有一对相对设置的安装槽212，该对相对设置的安装槽212之间连接有托板213，该托板213的中部设有贯穿所述托板的托板孔214。该托板孔214用于容纳外圈固定件穿过，其目的在于，待测轴承10安装过程中，当外圈固定件与内固定套螺纹连接后，先通过该托板孔214保持在大致呈竖直向上的位置，防止其倾倒或发生位置变换，以方便外固定套与内固定套的连接。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于轴承试验的四维运动分离机构，其特征在于，至少包括：
工作台；
轴承试验工装，所述轴承试验工装至少包括用于固定待测轴承内圈的试验轴组件以及套设于待测轴承外圈上的外圈固定件；
内圈随动组件，一对所述内圈随动组件分别连接于所述试验轴组件的两端，所述内圈随动组件至少包括轴承座和设于轴承座内的支撑轴，所述支撑轴至少包括轴承连接段、设于轴承连接段一端的凸环以及位于凸环远离轴承连接段一侧的支撑连接部，所述轴承座固定于工作台上，所述支撑轴与轴承座之间设有一对并排设置的内圈无挡边式圆柱滚子轴承，所述内圈无挡边式圆柱滚子轴承的外圈相对轴承座固定设置，所述内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈固定连接于支撑轴上；
外圈随动组件，所述外圈随动组件至少包括外圈承载组件和径向加载座，所述外圈承载组件与外圈固定件连接，所述径向加载座与外圈承载组件之间设置有一对圆锥滚子轴承，一对所述圆锥滚子轴承背对背安装，所述外圈承载组件至少包括内固定套和外固定套，所述内固定套与所述外圈固定件固定连接，所述内固定套与外圈固定件连接的一侧设置有外锥部，所述外锥部的圆周方向设有若干沿轴向延伸的贯通槽，所述外固定套与所述内固定套固定连接，所述外固定套设有轴向贯通的用于容纳内固定套的贯通孔，所述贯通孔的一端设有与所述外锥部适配的内锥部，所述径向加载座包括相互固定连接的径向加载上座和径向加载下座，所述径向加载上座内设置有容纳外固定套通过的过孔，所述过孔的两端分别设置有用于容纳圆锥滚子轴承的第一轴承安装孔和第二轴承安装孔。
2.按照权利要求1所述的四维运动分离机构，其特征在于，所述支撑连接部包括相互适配扣合的固定支撑部和活动支撑部，所述支撑连接部内部设有支撑轴孔，所述支撑轴孔的内壁上设有沿轴向方向延伸的键槽一，所述支撑轴孔内靠近孔底的位置设有卡位槽。
3.按照权利要求2所述的四维运动分离机构，其特征在于，所述支撑轴上远离支撑连接部的一端设有法兰端盖，所述内圈无挡边式圆柱滚子轴承的内圈固定于法兰端盖与凸环之间。
4.根据权利要求1所述的四维运动分离机构，其特征在于：所述内固定套远离外锥部的一端设有螺纹连接端，所述贯通孔远离内锥部的一端设有沉孔，所述内固定套和内固定套通过与沉孔适配的垫圈以及与螺纹连接端适配的螺母固定连接。
5.根据权利要求1所述的四维运动分离机构，其特征在于：所述外固定套于沉孔所在的一端设有端盖，所述端盖的另一端形成用于与圆锥滚子轴承的内圈抵靠接触的限位端面，所述外固定套远离端盖的一端设有连接外螺纹。
6.按照权利要求5所述的四维运动分离机构，其特征在于，一对所述圆锥滚子轴承套设于外固定套上，其中一个圆锥滚子轴承的内圈与限位端面接触，一对所述圆锥滚子轴承的内圈之间设有间隔套圈，远离限位端面一侧的圆锥滚子轴承内圈远离间隔套圈的一侧设有密封环，所述密封环远离圆锥滚子轴承的一侧安装有与所述连接外螺纹适配的锁紧螺母。
7.按照权利要求1、5或6所述的四维运动分离机构，其特征在于，所述径向加载上座和径向加载下座之间设有托板，所述托板上设有托板孔。
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