CN112879231B - 组装用于电机的具有改善刚度的传动系的方法 - Google Patents

组装用于电机的具有改善刚度的传动系的方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于电机的传动系。传动系包括轴。轴具有前端和后端，并且经由前轴承和后轴承支撑在壳体中，其中前轴承包括前轴承外环和前轴承内环，并且后轴承包括后轴承外环和后轴承内环。传动系包括：第一盖，其安装到壳体并且构造成密封前轴承的后侧，其中，第一盖通过将第一盖连接到壳体的辅助支撑件而安装到壳体；第二盖，其安装到壳体并且构造成密封后轴承的前侧；第三盖，其安装到壳体并且构造成密封后轴承的后侧，其中，后轴承外环由第二盖和第三盖压缩。壳体是单件式壳体，并且包括在第一盖与第二盖之间的进入窗。

Description

组装用于电机的具有改善刚度的传动系的方法
技术领域
本发明涉及一种组装用于电机的传动系的方法，并且涉及具有改善的刚度的这种传动系。电机可以是风力涡轮机的发电机。
背景技术
图14示出了风力涡轮机100的常规构造的示例。风力涡轮机100包括机舱30和塔架20。机舱30安装到塔架20的顶部。机舱30通过偏航轴承相对于塔架20可旋转地安装。机舱30相对于塔架20的旋转轴线被称为偏航轴线。
风力涡轮机100还包括具有三个转子叶片60（在图14中描绘了其中的两个转子叶片60）的毂40。毂40通过主轴承，即，后面描述的前轴承和后轴承，相对于机舱30可旋转地安装。毂40安装成可绕转子旋转轴线80旋转。
风力涡轮机100还包括发电机18。发电机18又包括将发电机18与毂40连接的转子。毂40直接连接到发电机18，因此风力涡轮机100被称为无齿轮的直驱式风力涡轮机。这种发电机18被称为直驱式发电机18。作为替代，毂40也可经由齿轮箱连接到发电机18。这种类型的风力涡轮机100被称为齿轮传动风力涡轮机。本发明适用于两种类型的风力涡轮机100。
发电机18容纳在机舱30内。发电机18布置并准备用于将来自毂40的转动能转换成呈AC电力形式的电能。
发电机18包括具有至少一个线圈绕组的定子和具有至少一个永磁体并通过转子轴70 （图15）绕转子轴线相对于定子可旋转的转子。
图15示出了包括发电机18和将发电机18连接到毂40的传动系1的构造。发电机18的转子轴70的前端连接到齿轮箱和制动器（均由附图标记90表示，但是它们可以是单独的实体）。齿轮箱90的输出轴2，其简称为轴2，具有前端和后端。在轴2的前端处连接有毂40。轴2经由前轴承4和后轴承5支撑在壳体内。附图标记33表示底板，传动系通过该底板被支撑。底板33可以是壳体的一部分或者可以连接到壳体。前轴承4和后轴承5由轴承盖密封，从而防止前轴承和后轴承中的油脂泄漏。同时，轴承盖保护前轴承和后轴承免受灰尘。
通常，壳体包括多个部件，这些部件根据轴承和轴承盖的组装顺序一个接一个地组装。
已经通过使用单件式壳体来努力获得改善的刚度和/或减轻的重量。然而，当使用单件式壳体时，必须使用锥形滚子轴承（TRB）来实现组装。也就是说，与球形滚子轴承（SRB）相反，TRB轴承的内环和外环可以分开，这使得能够组装用于发电机的传动系。然而，TRB轴承与SRB轴承相比更昂贵。
发明内容
可能需要一种用于电机的传动系，其在低成本下具有增加的刚度。这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本发明进一步如从属权利要求中所阐述的那样进行开发。
根据本发明的第一方面，提供了一种组装用于电机、特别是用于风力涡轮机的发电机的传动系的方法。该传动系包括具有前端和后端的轴。轴经由前轴承和后轴承支撑在壳体中。前轴承包括前轴承外环和前轴承内环，并且后轴承包括后轴承外环和后轴承内环。该方法包括以下步骤：a）提供轴；b）通过暂时加热前轴承并将其移动到轴处的前部位置，将前轴承安装到轴；c）从所述轴的后端在所述轴处设置第一盖和第二盖，所述第一盖构造成密封所述前轴承的后侧，并且所述第二盖构造成密封所述后轴承的前侧；d）通过暂时加热后轴承并将其从轴的后端移动到轴处的后部位置，将后轴承安装到轴；e）将所述第二盖安装到所述后轴承外环；f）通过暂时加热所述壳体并使所述壳体在所述轴上从所述轴的后端相对移动直到壳体邻接部邻接所述第二盖来将所述壳体安装到所述轴；g）将第二盖安装到壳体；h）从后轴承外环拆卸第二盖；以及i）将第三盖安装到壳体，使得后轴承外环由第二盖和第三盖固定或压缩。第三盖构造成密封后轴承的后侧。
在一实施例中，该方法还包括：将第一盖连接到壳体，使得第一轴向间隙保持在第一盖和前轴承之间，这特别是通过将辅助支撑件安装到壳体来实现，所述辅助支撑件将第一盖连接到壳体。在一实施例中，通过在第一盖和第二盖之间的在壳体中的进入窗安装辅助支撑件。
在一实施例中，该方法还包括以下特征中的至少一个：在步骤e）中，通过螺栓将第二盖安装至后轴承外环，并且在步骤h）中，通过松开螺栓将第二盖从后轴承外环拆卸；在步骤g）中，通过螺栓将第二盖安装到壳体；在步骤i）中，通过螺栓将第三盖安装到壳体；并且辅助支撑件通过螺栓安装到壳体和第一盖。
在一实施例中，该方法还包括，在步骤i）之后，将环安装到轴，使得环固定和/或接触后轴承内环。
在一实施例中，该方法还包括，在步骤b）之前，将第四盖安装到壳体，第四盖构造成密封前轴承的前侧，并且在步骤b）中，前轴承从轴的后端移动到轴处的前部位置，使得第二轴向间隙保持在第四盖和前轴承之间。
在一实施例中，前轴承和后轴承中的至少一个包括非锥形滚动体，特别是球形滚动体。
在一实施例中，壳体是单件式壳体。
在一实施例中，该方法还包括，在步骤g）和h）之间，通过夹具暂时支撑壳体的步骤。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于电机的传动系，特别是用于风力涡轮机的发电机的传动系。该传动系包括：具有前端和后端的轴，该轴经由前轴承和后轴承支撑在壳体中，其中前轴承包括前轴承外环和前轴承内环，并且后轴承包括后轴承外环和后轴承内环；第一盖，所述第一盖安装到所述壳体并且被构造成密封所述前轴承的后侧，其中所述第一盖通过辅助支撑件安装到所述壳体，所述辅助支撑件将所述第一盖连接到所述壳体；以及第二盖，其安装到所述壳体并且被构造成密封所述后轴承的前侧；第三盖，所述第三盖安装到所述壳体并且构造成密封所述后轴承的后侧，其中所述后轴承外环由所述第二盖和所述第三盖固定或压缩。壳体是单件式壳体，并且壳体包括在第一盖和第二盖之间的进入窗。
在一实施例中，第一盖连接到壳体，使得第一轴向间隙保持在第一盖和前轴承之间。
在一实施例中，传动系还包括以下特征中的至少一个：第二盖通过螺栓安装到壳体；第三盖通过螺栓安装到壳体；辅助支撑件通过螺栓安装到壳体和第一盖。
在一实施例中，所述传动系还包括安装到所述轴的环，使得所述环固定和/或接触所述后轴承内环。
在一实施例中，所述传动系还包括第四盖，所述第四盖安装到所述壳体并且被构造成密封所述前轴承的前侧，其中第二轴向间隙保持在所述第四盖与所述前轴承之间。
在一实施例中，前轴承和后轴承中的至少一个包括非锥形滚动体，特别是球形滚动体。
根据本发明，与两部分或多部分轴承壳体的常规设计相比，传动系组件的刚度可以增加。还可以改善壳体和主框架之间的螺栓接合连接。
根据本发明，前主轴承和后主轴承的常规或当前设计可以保持为球形滚子轴承（SRB）的形状。而且，可以保持盖（密封件）的常规或当前设计。此外，可以保持用于组装的常规或当前工具。该进入窗实现了在传动系的整个寿命期间用于传动系的可维护性的通路。
对于四点悬置式电机，可以增加从转子轴到机器框架的负载传递能力。可以减轻主框架的重量，并且还可以减少壳体/主框架接口中的螺栓的数量。
必须注意的是，已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考装置类型权利要求描述了一些实施例，而已经参考方法类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到，除非另有说明，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题相关的特征之间的任何组合，特别是装置类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间的任何组合，也被认为是通过本申请公开的。
附图说明
本发明的上述方面和其它方面根据要在下文描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考实施例的示例进行解释。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于实施例的这些示例。
图1示出了根据实施例的用于发电机的传动系的一部分的透视图；
图2示出了根据实施例的传动系的一部分的截面图；
图3示出了根据该实施例的传动系的前轴承的透视截面图；
图4示出了根据该实施例的传动系的后轴承的透视截面图；
图5示出了根据实施例的传动系在制造该传动系的方法期间的示意性截面图；
图6示出了根据实施例的传动系在制造该传动系的方法期间的示意性截面图；
图7示出了根据实施例的传动系在制造该传动系的方法期间的示意性截面图；
图8示出了后轴承外环的正视图；
图9示出了根据实施例的后轴承和第二盖的示意性截面图；
图10示出了根据实施例的传动系在制造该传动系的方法期间的示意性截面图；
图11示出了根据实施例的传动系在制造该传动系的方法期间的示意性截面图；
图12示出了根据实施例的后轴承和第二盖的示意性截面图；
图13示出了根据实施例的发电机在制造该发电机的方法期间的示意性截面图；
图14示出了风力涡轮机及其不同元件的构造；以及
图15示出了包括传动系和发电机的构造。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。注意，在不同的图中，相似或相同的元件设置有相同的附图标记。
图1示出了根据实施例的传动系1的一部分的透视图；图2示出了根据该实施例的传动系1的一部分的截面图；图3示出了根据实施例的传动系1的前轴承4的透视截面图；并且图4示出了根据该实施例的传动系1的后轴承5的透视截面图。传动系1旨在用于风力涡轮机的发电机18。
传动系1包括轴2。轴2包括凸缘22，毂40 （图15）可以通过螺栓安装到该凸缘上。轴2还包括中空轴部分21，所述中空轴部分具有前端和后端并且经由前轴承4和后轴承5支撑在壳体3中。中空轴部分21可以直接连接到发电机18或连接到齿轮箱90 （图15）。壳体3包括多个保持器部分32，壳体3可以通过该保持器部分固定到（主）框架，诸如底板33。
前轴承4包括前轴承外环41和前轴承内环42，并且后轴承5包括后轴承外环51和后轴承内环52。
第一盖6安装到壳体3，并构造成密封前轴承4的后侧。第一盖6通过将第一盖6连接到壳体3的辅助支撑件9而安装到壳体3。辅助支撑件9通过螺栓13安装到壳体3和第一盖6。第一盖6安装到壳体3，使得在第一盖6和前轴承4之间保持第一轴向间隙。
第二盖7安装到壳体3，并构造成密封后轴承5的前侧，其中第二盖7通过螺栓11安装到壳体3。第三盖8安装到壳体3，并构造成密封后轴承5的后侧。第三盖8通过螺栓12安装到壳体3。后轴承外环51固定（即压缩）在第二和第三盖7、8之间，使得后轴承5用作固定轴承。
第四盖16安装到壳体3并且构造成密封前轴承4的前侧，其中第二轴向间隙保持在第四盖16和前轴承4之间，使得前轴承4用作浮动轴承。第一至第四盖6、7、8、16中的每一个包括在其内周向部分处的轴密封件。由此，前轴承4和后轴承5由第一至第四盖6、7、8、16密封，使得防止前轴承4和后轴承5中的油脂泄漏。同时，第一至第四盖6、7、8、16保护前轴承4和后轴承5免受灰尘和污垢。
壳体3是单件式壳体，并且包括在第一盖6和第二盖7之间的至少一个进入窗15。进入窗15用于组装和维护传动系1。进入窗15实现了在传动系1的整个寿命期间用于传动系1的可维护性的通路，并且在操作期间不需要关闭进入窗15，因为前轴承4和后轴承5被第一至第四盖6、7、8、16良好地覆盖。壳体3可以包括至少两个进入窗15，其被构造用于用户的左臂和右臂的进入。
传动系1还包括安装到轴2上的环14 （图13），使得环14固定后轴承内环52。环14可以接触后轴承内环52。
如从图3和图4中可以看出，前轴承4和后轴承5包括非锥形滚动体17，特别是球形滚动体。由于根据本发明的传动系1具有进入窗15和辅助支撑件9，因此可以使用球形滚动体17 （SRB）代替锥形滚动体（TRB），尽管壳体3是单件式壳体。SRB比TRB便宜。
图5示出了根据实施例的传动系1在制造该传动系的方法期间的示意性截面图。在第一步骤中，提供轴2。第四盖16安装到壳体3，其中第四盖16构造成密封前轴承4的前侧。然后，从轴2的后端，通过暂时加热前轴承4并将其移动到轴2处的前部位置，前轴承4安装到轴2。前轴承4可以被加热到150℃（最大），其中前轴承外环41和前轴承内环42之间的温差Δt可以小于25℃。
前轴承4从轴2的后端移动到轴2的前部位置，使得第二轴向间隙可以保持在第四盖16和前轴承4之间。
图6示出了根据实施例的传动系1在制造所述传动系的方法期间的示意性截面图；并且图7示出了根据实施例的传动系1在制造该传动系的方法期间的示意性截面图。第一盖6和第二盖7从轴2的后端布置在轴2处，其中第一盖6被构造成密封前轴承4的后侧，并且第二盖7被构造成密封后轴承5的前侧。通过暂时加热后轴承5并将其从轴2的后端移动到轴2的后部位置，后轴承5被安装到轴2上。后轴承5可以被加热到150℃（最大），其中后轴承外环51和后轴承内环52之间的温差Δt可以小于30℃。当后轴承5邻接设置在轴2处的肩部23时，到达后轴承5的最终位置。
图8示出了后轴承外环51的正视图；并且图9示出了根据实施例的后轴承5和第二盖7的示意性截面图。这里，第二盖7通过螺栓10安装到后轴承外环51。可以使用三个螺栓10，例如三个M16螺栓。后轴承外环51包括三个螺纹孔，用于接纳三个螺栓10。
图10示出了根据实施例的传动系1在制造该传动系的方法期间的示意性截面图。通过暂时加热壳体3并使其在轴2上从轴2的后端相对移动直到壳体邻接部31邻接第二盖7，壳体3被安装到轴2。壳体邻接部31可以具有肩部的形状。壳体3可以被加热到110℃（最大），其中壳体3和轴承4、5之间的温差Δt可以大于40℃。优选地，轴2在图10的方法步骤中竖直定向，并且更优选地还在其他方法步骤中竖直定向。
图11示出了根据实施例的传动系1在制造该传动系的方法期间的示意性截面图。第二盖7通过螺栓11 （见图2）安装到壳体3。为此，用户通过进入窗15得以进入。可选地，壳体3可以暂时由夹具（未示出）支撑，使得轴向地作用在后轴承外环51上的壳体3的重量减小。
图12示出了根据实施例的后轴承5和第二盖7的示意性截面图。通过松开螺栓10，从后轴承外环51上卸下第二盖7。
图13示出了根据实施例的传动系1在制造该传动系的方法期间的示意性截面图。第三盖8通过螺栓12（图2）安装到壳体3，使得后轴承外环51被第二和第三盖7、8固定（即，压缩），其中，第三盖8构造成密封后轴承5的后侧。
环14安装到轴2，使得环14固定和/或接触后轴承内环52。由此，后轴承内环52轴向地固定在环14与轴2的肩部23之间。结果，环14和肩部23提供了后轴承内环52的形状配合固定（form-fit fixation），同时后轴承内环52通过力配合固定（force-fit fixation）而被另外保持在适当位置，该力配合固定是在图6中暂时加热后轴承5的步骤之后通过冷却后轴承5而实现的。在替代实施例中，后轴承5可以通过环14和肩部23的形状配合组合或通过由冷却后轴承5实现的力配合固定而保持在适当位置。
如图3中所示，第一盖6连接到壳体3，使得第一盖6和前轴承4之间保持第一轴向间隙，特别是通过将辅助支撑件9安装到壳体3来实现，该辅助支撑件9将第一盖6连接到壳体3。通过进入窗15（图1）安装辅助支撑件9，所述进入窗在第一和第二盖6、7之间设置在壳体3中。辅助支撑件9通过螺栓13安装到壳体3和第一盖6。辅助支撑件9不具有环形形状。优选地，辅助支撑件9具有板的形状，更优选地具有环段的形状。无论如何，进入窗15被定尺寸成使得辅助支撑件9能够穿过。
在修改的实施例中，第四盖16不必在步骤b）之前安装，而是其可以在任何时间安装，只要存在通向壳体3的要安装第四盖16的那部分的通路。
在本说明书中，术语“前”和“后”不一定涉及通常布置有凸缘22的驱动端，以及中空轴部分21的端部所位于的传动系1的非驱动端。虽然在所示实施例中后轴承5是固定轴承，而前轴承4是浮动轴承，但是在替代实施例中，固定轴承和浮动轴承可以互换。也就是说，虽然所描绘的实施例在轴2的前端处具有凸缘22，但是在替代实施例中，凸缘22可以设置在轴2的后端处。术语“前”指图中的左手侧，并且术语“后”指图中的右手侧。
应当注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。

Claims (18)

1.一种组装用于电机(18)的传动系(1)的方法，所述传动系(1)包括轴(2)，所述轴(2)具有前端和后端并且经由前轴承(4)和后轴承(5)支撑在壳体(3)中，所述前轴承(4)包括前轴承外环(41)和前轴承内环(42)，并且所述后轴承(5)包括后轴承外环(51)和后轴承内环(52)，所述方法包括以下步骤：
a)提供所述轴(2)；
b)通过暂时加热所述前轴承(4)并将其移动到所述轴(2)处的前部位置，将所述前轴承(4)安装到所述轴(2)；
c)从所述轴(2)的后端将第一盖(6)和第二盖(7)布置在所述轴(2)处，所述第一盖(6)构造成密封所述前轴承(4)的后侧，并且所述第二盖(7)构造成密封所述后轴承(5)的前侧；
d)通过暂时加热所述后轴承(5)并将其从所述轴(2)的后端移动到所述轴(2)处的后部位置，将所述后轴承(5)安装到所述轴(2)；
e)将所述第二盖(7)安装到所述后轴承外环(51)；
f)通过暂时加热所述壳体(3)并使所述壳体在所述轴(2)上从所述轴(2)的后端相对移动直到壳体邻接部(31)邻接所述第二盖(7)来将所述壳体(3)安装到所述轴(2)；
g)将所述第二盖(7)安装到所述壳体(3)；
h)从所述后轴承外环(51)上拆卸所述第二盖(7)；以及
i)将第三盖(8)安装到所述壳体(3)，使得所述后轴承外环(51)由所述第二盖(7)和所述第三盖(8)固定，其中所述第三盖(8)被构造成密封所述后轴承(5)的后侧。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述第一盖(6)连接到所述壳体(3)，使得在所述第一盖(6)和所述前轴承(4)之间保持第一轴向间隙。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述第一盖(6)到所述壳体(3)的连接通过将辅助支撑件(9)安装到所述壳体(3)和所述第一盖(6)来实现，所述辅助支撑件将所述第一盖(6)连接到所述壳体(3)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
通过至少一个进入窗(15)安装所述辅助支撑件(9)，所述进入窗设置在所述壳体(3)中、位于所述第一盖(6)和所述第二盖(7)之间。
5.根据权利要求3或4所述的方法，包括以下特征中的至少一个：
在步骤e)中，通过螺栓(10)将所述第二盖(7)安装至所述后轴承外环(51)，并且在步骤h)中，通过释放所述螺栓(10)将所述第二盖(7)从所述后轴承外环(51)拆卸；
在步骤g)中，通过螺栓(11)将所述第二盖(7)安装到所述壳体(3)；
在步骤i)中，通过螺栓(12)将所述第三盖(8)安装到所述壳体(3)；
通过螺栓(13)将所述辅助支撑件(9)安装到所述壳体(3)和所述第一盖(6)。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括：
在步骤i)之后，将环(14)安装到所述轴(2)上，使得所述环(14)固定和/或接触所述后轴承内环(52)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括：
在步骤b)之前，将第四盖(16)安装到所述壳体(3)，所述第四盖(16)被构造成密封所述前轴承(4)的前侧，并且在步骤b)中，将所述前轴承(4)从所述轴(2)的后端移动到所述轴(2)处的前部位置，使得在所述第四盖(16)和所述前轴承(4)之间保持第二轴向间隙。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，
所述前轴承(4)和所述后轴承(5)中的至少一个包括非锥形滚动体(17)。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，
所述前轴承(4)和所述后轴承(5)中的至少一个是球形滚动体。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，
所述壳体(3)是单件式壳体。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括：
在步骤g)和h)之间，通过夹具暂时支撑所述壳体(3)的步骤。
12.一种用于电机(18)的传动系，所述传动系(1)包括：
轴(2)，其具有前端和后端并且经由前轴承(4)和后轴承(5)支撑在壳体(3)中，其中，所述前轴承(4)包括前轴承外环(41)和前轴承内环(42)，并且所述后轴承(5)包括后轴承外环(51)和后轴承内环(52)；
第一盖(6)，其安装到所述壳体(3)并且被构造成密封所述前轴承(4)的后侧，其中所述第一盖(6)通过辅助支撑件(9)而安装到所述壳体(3)，所述辅助支撑件安装到所述壳体(3)和所述第一盖(6)以将所述第一盖(6)连接到所述壳体(3)；
第二盖(7)，其安装到所述壳体(3)并且被构造成密封所述后轴承(5)的前侧；以及
第三盖(8)，其安装到所述壳体(3)并且被构造成密封所述后轴承(5)的后侧，其中所述后轴承外环(51)由所述第二盖(7)和所述第三盖(8)固定；其中
所述壳体(3)是单件式壳体；以及
所述壳体(3)包括设置在所述第一盖(6)和所述第二盖(7)之间的至少一个进入窗(15)。
13.根据权利要求12所述的传动系，其中：
所述第一盖(6)连接到所述壳体(3)，使得在所述第一盖(6)和所述前轴承(4)之间保持第一轴向间隙。
14.根据权利要求12或13所述的传动系，包括以下特征中的至少一个：
所述第二盖(7)通过螺栓(11)安装到所述壳体(3)；
所述第三盖(8)通过螺栓(12)安装到所述壳体(3)；
所述辅助支撑件(9)通过螺栓(13)安装到所述壳体(3)和所述第一盖(6)。
15.根据权利要求12或13所述的传动系，还包括：
环(14)，其安装到所述轴(2)，使得所述环(14)固定和/或接触所述后轴承内环(52)。
16.根据权利要求12或13所述的传动系，还包括：
第四盖(16)，其安装到所述壳体(3)并且被构造成密封所述前轴承(4)的前侧，其中第二轴向间隙保持在所述第四盖(16)和所述前轴承(4)之间。
17.根据权利要求12或13所述的传动系，其中，
所述前轴承(4)和所述后轴承(5)中的至少一个包括非锥形滚动体(17)。
18.根据权利要求12或13所述的传动系，其中，
所述前轴承(4)和所述后轴承(5)中的至少一个是球形滚动体。
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