CN1398678A - 离心分离机用的摆动旋转器 - Google Patents
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Abstract
挂斗(4)具有样品容器保持元件(11)和金属元件(12)。样品容器保持元件(11)由复合材料制成，复合材料由增强纤维(14)和树脂组成。金属元件(12)具有与旋转器主体(1)接合的部分(13A；13B)。
Description
技术领域
本发明涉及离心分离机的摆动旋转器，它广泛地使用于医学、制药、遗传工程以及其它不同的领域。
更具体地说，本发明涉及离心分离机的摆动旋转器的强度和性能的改进。此外，本发明还涉及离心分离机的节能、结构简化和成本降低。
背景技术
摆动旋转器通常使用于临床医学，以便分离为各种验验目的而采集的血液样品，它覆盖的最大转速范围由2,000min-1至20,000min-1。这种普通的摆动旋转器已经公开，例如，未经审查的日本专利出版物No.49-15066，日本实用新案No.63-2110，日本实用新案No.63-35797和未经审查的日本专利出版物No.6-285390。
图7至9示出这种普通的摆动旋转器的实例。在图7至9内，旋转器主体1具有中心孔1a，电动机(图中未示出)的驱动轴(图中未示出)与中心孔1a插入配合，以转动旋转器主体1。旋转器主体1主要具有对称分叉的支臂2，以相等的角间距(90°)在径向延伸，以保持在相应的支臂2之间的总数为4个挂斗4。铰链销钉3连接至相应的支臂2的末端。每个挂斗4被两个铰链销钉支承，它们是由相对的支臂2同轴地伸出。每个挂斗4因此可以围绕被这些同轴的铰链销钉3限定的轴摆动。挂斗4容纳离心管轨道6。一组离心管5，每个贮存有待试验或检查的样品溶液，以预定的方式放置在离心管轨道6内。
旋转器主体1是用不锈钢或铝合金制造的，以及经锻造、铸造、机加工等。每个销钉3是用相同的材料与旋转器主体1整体地制成。或者，每个销钉3是不依赖旋转器主体1的分离的部件。例如，销钉3可以用不锈钢或类似的钢机加工制造。之后，销钉3安装或插入在支臂2的预定部分形成的接合孔内。挂斗4是用铝合金制造的，以及经机加工或铸造而成。或者，挂斗4可以用不锈钢板材冲压而成。
每个摆动旋转器的保证期限或保证寿命以及允许的转动速度由旋转器的制造厂确定。用户可以安全地使用此旋转器，但他们必须遵守制造厂确定的这些限制和条件。如果摆动旋转器强迫使用于超过允许的上限的更高的速度，或者如果摆动旋转器连续地使用超过保证寿命，则摆动旋转器将损坏，以及离心机也将损坏。当摆动旋转器损坏时引起的能量是如此巨大，它使离心分离机突然偏移或移动接近机器的操作者和使操作者遭受危险。
由上述可知，组成旋转器的全部组成零件需要保证摆动旋转器的性能，以及也需要保证满意的力学强度。用以达到保证的工作速度和寿命。
另一方面，现代的离心分离机要求在高速和大的离心力作用下进行先进的离心分离，以及要求同时处理大量的待试验或检查的样品。
普通的摆动旋转器使用的挂斗，当它是用金属材料机加工而成时，通常需要大量的劳动时间和人力来进行切割或机加工金属材料，使其成形为挂斗。这样增加了制造费用。此外，金属挂斗具有大的比重和大的厚度，这是由于金属材料固有的本性。当离心力施加在挂斗上，旋转器主体接收大的离心载荷。它有可能损坏离心分离机的性能。
另一方面，普通的摆动旋转器使用的挂斗，当它是用不锈钢冲压加工而成时，通常需要昂贵的冲压模以及专门化的冲压机设备。这样增加了制造费用。此外，当不锈钢经受冲压加工时，有可能制造的挂斗具有不同厚度的不均匀部分。例如，为了装配不锈钢制造的挂斗与摆动旋转器，需要非常复杂的或非常困难的加工，以便在此挂斗上形成正确的匹配或接合部分。这种加工有可能在加工后的挂斗上留下厚度不足的削弱部分。作为其结果，制造的挂斗具有低的强度以及可以在强烈的离心工作中损坏。
此外，当配备金属挂斗时，由于金属挂斗大的比重，摆动旋转器经受大的惯性矩。这样要求驱动电动机产生大的驱动功率。此外，需要长的时间用于驱动电动机以加速和减速转动器。摆动旋转器的转动能量随着惯性矩的增加成比例地增加。考虑此转动能量，离心分离机需要配备保护挡板(即安全壁或隔板)，它具有足够的强度，可以保护操作者抵御摆动旋转器破裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能的摆动旋转器，它具有优异的强度，小的惯性矩和可靠的安全性。
本发明的另一目的是提供一种离心分离用的挂斗。
为了实现此目的和其它相关的目的，本发明提供了离心分离机用的第一摆动旋转器，它具有带中心孔的旋转器主体，驱动电动机的驱动轴插入其中配合，以及至少一个挂斗被旋转器主体摆动地支承。第一摆动旋转器的挂斗具有样品容器保持元件和金属元件。样品容器保持元件是由复合材料制成，复合材料由增强纤维和树脂组成。以及，金属元件具有与旋转器主体接合部分。
希望，对于第一摆动旋转器，金属元件是一个金属环。金属环具有内壁与样品容器保持元件的外表面配合。以及，金属环具有一种安排，用以接收作用在样品容器保持元件上的离心力。
希望，对于第一摆动旋转器，样品容器保持元件具有开启的顶面和封闭的底面，并且带有由底面的周边向上延伸的垂直壁。凸缘设置在样品容器保持元件的上部。凸缘与金属环接合，从而使金属环可以接收作用在样品容器保持元件上的离心力。以及，凸缘是由复合材料制成，复合材料是由增强纤维和树脂组成，以及它与样品容器保持元件整体地制造。
希望，对于第一摆动旋转器，样品容器保持元件具有沿凸缘延伸的肋，从而增强凸缘的刚性。
希望，对于第一摆动旋转器，金属环借助粘接或冲压配合与样品容器成为整体。
希望，对于第一摆动旋转器聚芳酰胺纤维设置在样品容器保持元件的表面层。
此外，本发明提供了离心分离机用的第二摆动旋转器，它具有旋转器主体，旋转器主体具有对称分叉的支臂，以相等的角间距在径向上延伸，以及一组挂斗，摆动地支承在旋转器主体的相应的支臂之间。按照本发明的第二摆动旋转器，一组挂斗中的每个具有样品容器保持元件和金属元件，它们相互整体地连接。样品容器保持元件是由复合材料制成，复合材料由增强纤维和树脂组成。金属元件具有与样品容器保持元件的表面配合的表面，以及具有与旋转器主体接合的部分。以及，支承机构，设置用于借助金属环接收作用在样品容器保持元件上的离心力。
希望，对于第二摆动旋转器，样品容器保持元件具有开启的顶面和封闭的底面，并且带有由底面的周边向上延伸的垂直壁。
希望，对于第二摆动旋转器，支承机构是沿样品容器保持元件的开启的顶面形成的凸缘。
希望，对于第二摆动旋转器，肋沿凸缘延伸，从而增强凸缘的刚性。
希望，对于第二摆动旋转器，金属元件围绕样品容器保持元件的上部。
希望，对于第二摆动旋转器，样品容器保持元件具有垂直于样品容器保持元件的轴的表面。样品容器保持元件的轴与作用在样品容器保持元件上离心力的方向一致。以及，金属元件具有与样品容器保持元件的表面接触的表面，从而组成此支承机构。
再者，本发明提供了离心分离机用的摆动旋转器的挂斗，它具有由复合材料制造的样品容器保持元件，复合材料由增强纤维和树脂组成。金属元件与样品容器保持元件配合，以及，接合机构用于接合样品容器保持元件与金属元件。作用在样品容器保持元件上的离心力通过接合机构被金属元件接收。
希望，挂斗的金属元件是金属环。金属环具有内壁与样品容器保持元件的外表面配合。以及，金属环具有表面，作为接合机构的一部分，用于接收作用在样品容器保持元件上的离心力。
希望，挂斗的样品容器保持元件具有开启的顶面和封闭的底面，并且带有由底面的周边向上延伸的垂直壁。凸缘设置在样品容器保持元件的上部。凸缘与金属环的表面接合，从而使共同地组成接合机构，以便接收作用在样品容器保持元件上的离心力。
希望，挂斗的凸缘是由复合材料制成，复合材料是由增强纤维和树脂组成，以及与样品容器保持元件整体地制造。
希望，挂斗的样品容器保持元件具有沿凸缘延伸的肋，从而增强凸缘的刚性。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特点和优点将通过下列详细的说明并结合附图的阅读而明确表示出来，其中：
图1是按照本发明的最佳实施例的挂斗外观的透视图；
图2是按照本发明的最佳实施例的样品容器保持元件外观的透视图，它组成挂斗的一部分；
图3是按照本发明的最佳实施例的金属环外观的透视图，它组成挂斗的一部分；
图4是按照本发明的最佳实施例的改进的样品容器保持元件外观的透视图，它组成挂斗的一部分；
图5是按照本发明的最佳实施例的另一个改进的样品容器保持元件外观的透视图，它组成挂斗的一部分；
图6是按照本发明的最佳实施例的改进的金属环外观的透视图，它组成挂斗的一部分；
图7是配备普通的挂斗的摆动旋转器的外观的透视图；
图8是解释安装普通的挂斗至摆动旋转器的透视图；以及
图9是普通的挂斗外观的透视图。
具体实施方式
按照最佳实施例的离心分离机的摆动旋转器将参考图1至6解释。相同的零件使用相同的图号表示。
在图1中，挂斗4具有样品容器保持元件11，它成形为预定的筐形，以及金属环12，它与样品容器保持元件11匹配或装配。样品容器保持元件11具有开启的顶面和封闭的底面，并且带有由底面的周边向上延伸的垂直壁。样品容器保持元件11具有矩形或方形横截面，它是沿垂直于此样品容器保持元件11的垂直轴的横向或水平面切取的。虽然图中未示出，样品容器保持元件11的横截面不局限于矩形或方形的。因此希望，样品容器保持元件11具有圆形的或任何其它的横截面。样品容器保持元件11的形状应考虑准备容纳在此样品容器保持元件11内的样品容器的形状而确定。
金属环12围绕样品容器保持元件11的上部。金属环12与样品容器保持元件11紧密地接触。金属环12借助粘接或冲压配合与样品容器保持元件制成整体。金属环12的垂直尺寸(即高度)小于样品容器保持元件的。例如，金属环12的高度相对于样品容器保持元件11为其三分之一或更小。然而，金属环12的高度与样品容器保持元件11的高度比应考虑需要的金属环12和样品容器保持元件11的力学强度而确定。
金属环12具有内壁，正好与样品容器保持元件11的外壁配合。金属环12具有外壁，在其上形成接合部分13A。每个接合部分13A是具有圆边缘的凹槽。它与旋转器主体1的销钉3滑动匹配。挂斗4通过金属环12的接合部分13A被销钉3支承，从而可以相对于旋转器主体1摆动。样品容器保持元件11在其上端具有凸缘11A。凸缘11A完全沿样品容器保持元件11的上周边(即开启的顶面)延伸。
样品容器保持元件11的凸缘11A径向地向外延伸以及垂直于样品容器保持元件11的垂直壁。凸缘11A的下表面与金属环12的上端表面接触。金属环12接收作用在样品容器保持元件11上的离心力(当旋转器主体1转动时借助凸缘11A接收)。
在此方面，样品容器保持元件11具有垂直于样品容器保持元件11的轴的表面。样品容器保持元件11的轴与作用在样品容器保持元件上的离心力的方向一致。金属环12具有表面与样品容器保持元件的表面接触，从而组成支承机构，用于借助金属环12接收作用在样品容器保持元件11上的离心力。
凸缘11A相对于样品容器保持元件11的高度位置不局限于样品容器保持元件11的最上端，例如，希望提供的凸缘11A位于偏离样品容器保持元件11的最上端预定的距离。如果凸缘11A具有足够的刚性或强度，有可能局部地取消凸缘11A或者减少凸缘11A的宽度。
挂斗4被旋转器主体1摆动地支承，如图7至9所示。旋转器主体1具有中心孔1a，电动机(图中未示出)的驱动轴(图中未示出)插入其中配合。旋转器主体1围绕轴(即中心孔1a)转动。旋转器主体1具有对称分叉的支臂2，以相等的角间距在径向延伸，用于保持一组挂斗4在相应的支臂2之间。铰链销钉3连接至相应的支臂2的末端。每个挂斗4被两个铰链销钉3支承，它们由相对的支臂2同轴地延伸。每个挂斗可以围绕被同轴的铰链销钉3限定的轴摆动。
旋转器主体1是由不锈钢或铝合金制造，以及经锻造、铸造、机加工等。每个销钉3是用相同的材料与旋转器主体1整体地制成，或者，不依赖旋转器主体1单独地制成。例如，销钉3可以用不锈钢或类似的钢机加工制造。之后，销钉3安装或插入在支臂2的预定部分形成的接合孔内。
图2示出样品容器保持元件11的外观。样品容器保持元件11具有底面，以容纳离心管5和离心轨道6。离心轨道6具有一组孔或凹槽，用于稳定地保持离心管5。离心轨道6具有横向延伸板形状，正好与样品容器保持元件11的内壁配合。
样品容器保持元件11是用复合材料制造，以及整体地模塑成预定的筐形。复合材料由增强纤维14和树脂基体组成，例如，样品容器保持元件11是以下列方式制造的。
首先，一组编织的预浸料板或类似的增强纤维板在垂直于其表面的方向上铺层。随后，铺层的编织的预浸料板放入模具中，合作地限定样品容器保持元件11的形状。随后，在铺层的编织的预浸料板放在模具内的情况下，对铺层的编织的预浸料板进行热处理，以熔化树脂。以及随后，对加热的铺层的预浸料板进行压制加工，使铺层的预浸料板的熔化的树脂固化，从而模塑铺层的预浸料板成为样品容器保持元件11的形状。
希望使用的材料，例如增强纤维为碳纤维、玻璃纤维和有机高弹性纤维(即聚芳酰胺纤维)。这些纤维相互平行延伸，以及树脂浸渍进入这些纤维以获得单向的预浸料。或者，树脂浸渍进入上述增强纤维的编织物以获得编织的预浸料。也可以使用绳状增强纤维，它用于被称为纤维缠绕法，按照此方法树脂浸渍的绳状纤维直接地围绕样品容器保持元件11的阳模缠绕。
树脂基体通常是环氧树脂，不饱和聚酯树脂或酚树脂，它们是共同热硬化的或热固性树脂。代替地，树脂基体也可以使用尼龙树脂，聚缩醛树脂或聚碳酸酯树脂，它们是共同热塑性树脂。
图3示出金属环12。金属环12具有内壁，正好与样品容器保持元件11的外表面配合。样品容器保持元件11位于金属环12的内部。金属环12具有一对旋转器匹配部分13A，制成在其相对的侧面上。金属环12的旋转器匹配部分13A是与旋转器主体1的销钉3匹配。金属环12的顶面是平的。凸缘11A的下表面被金属环12的平顶面接收。
希望使用的材料，金属环12为铝合金或不锈钢，它们可以保证旋转器匹配部分13A足够的强度，因为旋转器匹配部分13A在大的作用在其间的载荷下围绕销钉3摆动。
为了降低制造费用，希望金属环12使用普通的机加工，或者如果需要，可使用失蜡铸造法、模铸法或其它精密铸造。
图4和5示出样品容器保持元件11的改进的实施例。按照它样品容器保持元件11具有肋11B，整个沿样品容器保持元件11的开启的顶面形成的凸缘11A的最外端延伸。肋11B向上(图4)或向下(图5)延伸，以及垂直于凸缘11A。肋11B增强了凸缘11A的刚性，从而防止凸缘11A由于作用在离心管5，离心轨道6和样品容器保持元件11本身的大的离心力而变形。作为其结果，凸缘11A的强度提高。当要求样品容器保持元件11减少重量时，提供与凸缘11A整体制成的肋11B可以有效地保证凸缘11A需要的刚性或强度。
图6示出样品容器保持元件11的另一改进的实施例，按照它旋转器主体1具有在相对的支臂2上形成的接合凹槽(图中未示出)。在此情况下销钉3取消，代替地，凸块13B设置在金属环12的相对的侧表面上。凸块13B与相对的支臂2的接合凹槽接合，从而使挂斗4相对于旋转器主体1摆动地支承。
如上所述，挂斗4是非金属复合材料元件(即样品容器保持元件11)和金属元件(即金属环12)的组合。样品容器保持元件11是由复合材料制造。复合材料由增强纤维14和树脂基体组成。使用这种复合材料有助于大大减少样品容器保持元件11的重量。
例如，由碳纤维和树脂组成的复合材料具有较低的密度，实质上等于1.6，即使如果它含有大量的纤维以保证优异的强度。复合材料的密度(1.6)大致为铝合金密度的60％，或者大致为不锈钢密度的20％。而且，复合材料的强度实质上类似于铝合金或不锈钢。换句话说，借助使用复合材料而实现的重量减少，导致离心分离器的性能改进，其程度与重量减少获得的相等。
再者，借助使用复合材料而实现的重量减少完全地减少了施加在驱动电动机上的载荷。它导致节省能量。驱动电动机加速或减速要求的时间可以缩短。要求的转动能量小。离心分离机用的安全机构，例如保护挡板(即安全壁或隔板)可以简化。离心分离机的制造费用可以降低。
此外，当增强纤维是碳纤维时，这里有可能破断，这是由于当挂斗在台上操作时与台的表面摩擦接触而引起。这样会损害挂斗的强度。为了解决此问题。希望在挂斗4的样品容器保持元件11的表面层内使用聚芳酰胺纤维或类似的有机高弹性纤维，因为这种纤维具有优异的耐剪切应力性。
挂斗4不局限于公开的样品容器保持元件11和金属环12的组合，例如，挂斗4可以由3件或更多件组成。当作用在挂斗4上的离心力较低时(由于摆动旋转器的低性能)，有可能减少金属环12的尺寸。例如，金属环12可以被较小的零件代替，比如金属轴承，用作旋转器的匹配部分，它与摆动的主体1的匹配销钉匹配。
由上述可以理解，本发明的挂斗是由非金属元件组成，作作容纳样品和金属元件的部分，而金属元件用作与旋转器主体接合的部分。非金属元件由复合材料制造，复合材料由纤维和树脂组成。因此，本发明可以极大程度的减少离心分离机用的挂斗的总重量。这样，本发明有可能改进摆动旋转器的性能和强度。有可能提供一种具有小惯性矩的摆动旋转器。有可能减少驱动电动机的尺寸。这样导致节省能量。此外，旋转器的加速或减速时间可以缩短。这样就改进了离心分离机的效率。再者。根据转动能量的减少，离心分离器需要的安全机构，比如保护挡板(即，安全壁或隔板)可以简化。离心分离机的制造费用可以降低。
本发明可以在不脱离其基本特征的精神条件下，以各种形式实施。所述的实施例因而仅是说明性的和不是限制性的。因为本发明的范围是由所附权利要求书限定的，而不是由在此之前的说明限定的。包括在权利要求界限内的或这些界限等效内容内的所有改变均包含于权利要求书内。
Claims (17)
1.一种离心分离机用的摆动旋转器，包括：
旋转器主体(1)，它具有中心孔(1a)，驱动电动机的驱动轴与其插入配合；以及
至少一个挂斗(4)，被上述旋转器主体(1)摆动地支承，其特征在于，
上述至少一个挂斗(4)具有样品容器保持元件(11)和金属元件(12)；
上述样品容器保持元件(11)是由复合材料制成，复合材料由增强纤维(14)和树脂组成；以及
上述金属元件(12)具有与上述旋转器主体(1)接合部分(13A；13B)。
2.按照权利要求1的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，
上述金属元件(12)是金属环，
上述金属环具有与上述样品容器保持元件(11)的外表面配合的内壁，以及
上述金属环具有一种安排，用以接收作用在上述样品容器保持元件(11)上的离心力。
3.按照权利要求2的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，
上述样品容器保持元件(11)具有开启的顶面和封闭的底面，并且带有由底面的周边向上延伸的垂直壁，
凸缘(11A)设置在上述样品容器保持元件的上部，上述凸缘与上述金属环接合，从而上述金属环可以接收作用在上述样品容器保持元件上的离心力，以及
上述凸缘(11A)是由上述复合材料制成，上述复合材料由增强纤维(14)和树脂组成，与上述样品容器保持元件(11)整体地制造。
4.按照权利要求3的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，上述样品容器保持元件(11)具有肋(11B)，沿上述凸缘(11A)延伸，从而增强上述凸缘(11A)的刚性。
5.按照权利要求2至4任何一项的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，上述金属环(12)是借助粘接或冲压配合与上述样品容器保持元件(11)制成整体。
6.按照权利要求3的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，聚芳酰胺纤维使用在上述样品容器保持元件(11)的表面层。
7.一种离心分离机用的摆动旋转器，包括：
旋转器主体(1)，它具有对称分叉的支臂(2)，以相等的角间距在径向上延伸；以及
一组挂斗(4)，在上述旋转器主体的相应的(2)支臂之间摆动地支承；其特征在于，
每个上述组挂斗(4)具有样品容器保持元件(11)和金属元件(12)，它们相互整体地接合；
上述样品容器保持元件(11)是由复合材料制成，复合材料由增强纤维(14)和树脂组成；
上述金属元件(12)具有与上述样品容器保持元件(11)的表面配合的表面以及具有与上述旋转器主体(1)接合的部分(13A；13B)；以及
支承机构，设置用于借助上述金属元件(12)接收作用在上述样品容器保持元件(11)上的离心力。
8.按照权利要求7的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，上述样品容器保持元件(11)具有开启的顶面和封闭的底面，并且带有由底面的周边向上延伸的垂直壁。
9.按照权利要求7或8的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，上述支承机构是沿上述样品容器保持元件(11)的上述开启的顶面形成的凸缘(11A)。
10.按照权利要求9的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，肋(11B)沿上述凸缘(11A)延伸，从而增强了上述凸缘(11A)的刚性。
11.按照权利要求7的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，上述金属元件(12)围绕上述样品容器保持元件(11)的上部。
12.按照权利要求11的离心分离机用的摆动旋转器，其特征在于，
上述样品容器保持元件(11)具有垂直于上述样品容器保持元件(11)的轴的表面，上述样品容器保持元件(11)的上述轴与作用在上述样品容器保持元件(11)上的离心力的方向是一致的，以及
上述金属元件(12)具有与上述样品容器保持元件(11)的表面接触的表面，从而组成上述支承机构。
13.一种在离心分离机内使用的摆动旋转器挂斗，其特征在于，
样品容器保持元件(11)由复合材料制成，复合材料由增强纤维(14)和树脂组成；
金属元件(12)与上述样品容器保持元件接合，以及
接合机构用于接合上述样品容器保持元件(11)与上述金属元件(12)，在其中作用在上述样品容器保持元件(11)上的离心力是通过上述接合机构被上述金属元件(12)接收。
14.按照权利要求13的摆动旋转器用的挂斗，其特征在于，
上述金属元件(12)是金属环，
上述金属环(12)具有与上述样品容器保持元件(11)的外表面配合的内壁，以及
上述金属环(12)具有表面，作为上述接合机构的部分，用于接收作用在上述样品容器保持元件(11)上的离心力。
15.按照权利要求14的摆动旋转器用的挂斗，其特征在于，
上述样品容器保持元件(11)具有开启的顶面和封闭的底面，并且带有由底面的周边向上延伸的垂直壁，
凸缘(11A)设置在上述样品容器保持元件(11)的上部，上述凸缘与上述金属环(12)的上述表面接合，从而共同地组成上述接合机构，用于接收作用在上述样品容器保持元件(11)上的离心力。
16.按照权利要求15的摆动旋转器用的挂斗，其特征在于，上述凸缘(11A)是由复合材料制成，复合材料由增强纤维(14)和树脂组成，以及与上述样品容器保持元件(11)整体地制造。
17.按照权利要求16的摆动旋转器用的挂斗，其特征在于，上述样品容器保持元件(11)具有肋(11B)，沿上述凸缘(11A)延伸，从而增强上述凸缘(11A)的刚性。
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