機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

上傳人:san****019 文檔編號:21427207 上傳時間:2021-04-30 格式:PPT 頁數(shù):65 大小:4.07MB
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1、 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 輔 導(dǎo) 材 料主 要 內(nèi) 容 :一 、 課 程 設(shè) 計(jì) 的 任 務(wù) 及 其 性 能 指 標(biāo)二 、 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計(jì)三 、 機(jī) 械 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 步 驟 及 要 點(diǎn)四 、 檢 測 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 及 其 要 點(diǎn)五 、 控 制 器 及 其 信 息 接 口 設(shè) 計(jì)六 、 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 ( 論 文 ) 參 考 書 目 : 機(jī) 電 一 體 化 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ) 、 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 指 導(dǎo) 書 尹 志 強(qiáng) 等編 著 , 機(jī) 工 出 版 社 、 單 片 微 機(jī) 測 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 大 全 王 福

2、 瑞 等 編 著 , 北 京航 空 航 天 大 學(xué) 出 版 社 、 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊 、 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 手 冊 電 動 機(jī) ( 步 進(jìn) 電 機(jī) 、 直 流 伺 服 電 機(jī) 等 ) 產(chǎn) 品 技 術(shù) 手 冊傳 感 器 ( 光 電 編 碼 盤 、 接 近 開 關(guān) 等 ) 產(chǎn) 品 技 術(shù) 手 冊 一 、 課 程 設(shè) 計(jì) 的 任 務(wù) 及 其 性 能 指 標(biāo)1、 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 介 紹課 程 設(shè) 計(jì) 的 題 目 : X-Y數(shù) 控 進(jìn) 給 工 作 臺 設(shè) 計(jì) 數(shù) 控 進(jìn) 給 工 作 臺 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 要 部 件 之 一 , 是 典 型 的 位置 伺 服 系 統(tǒng) ,

3、有 三 種 形 式 : 開 環(huán) 系 統(tǒng)半 閉 環(huán) 系 統(tǒng)閉 環(huán) 系 統(tǒng) 課 程 設(shè) 計(jì) 的 任 務(wù)v根 據(jù) 技 術(shù) 要 求 設(shè) 計(jì) 一 XY數(shù) 控 工 作 臺 ,包 括 機(jī) 械 系 統(tǒng) 和 控 制 系 統(tǒng) 。v設(shè) 計(jì) 工 作 可 分 成 兩 部 分 : 一 是 書 面 設(shè) 計(jì) ,包 括 機(jī) 械 部 分 總 裝 配 圖 紙 、 控 制 器 的 原理 圖 和 部 分 程 序 設(shè) 計(jì) 。 二 是 實(shí) 驗(yàn) 調(diào) 試 工作 , 即 實(shí) 現(xiàn) 對 實(shí) 際 工 作 臺 進(jìn) 行 運(yùn) 動 控 制 。 工 作 臺 圖 形 數(shù) 控 工 作 臺 主 要 性 能 指 標(biāo) : ( 參 數(shù) 要 求 )X方 向 工 作 行 程

4、: 300mmY方 向 工 作 行 程 : 200mm工 作 臺 面 參 考 尺 寸 : 500X300( mm2)平 均 切 削 力 : 1500N平 均 切 削 進(jìn) 給 速 度 : 600mm/分最 高 運(yùn) 動 速 度 : 6m/分定 位 精 度 : 0.01mm工 作 壽 命 : 每 天 8小 時 , 工 作 8年 二 、 總 體 方 案 設(shè) 計(jì)v 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 分 析v 主 要 參 數(shù) 及 技 術(shù) 指 標(biāo) 的 確 定v 方 案 制 定v 在 具 體 設(shè) 計(jì) 之 前 , 本 著 簡 單 、 實(shí) 用 、 經(jīng) 濟(jì) 、 安 全 、 美 觀 的 基 本 原 則 所 進(jìn) 行 的 綜 合 性 的

5、設(shè) 計(jì) 。產(chǎn) 生 的 技 術(shù) 文 件 :v 1.設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 ( 技 術(shù) 任 務(wù) 書 )v 2.機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動 簡 圖 ( 系 統(tǒng) 簡 圖 )v 3 關(guān) 鍵 元 器 件 確 定v 4.總 裝 配 圖 v 5.部 件 裝 配 圖v 6.電 氣 、 光 學(xué) 、 氣 動 、 液 壓 原 理 圖v 7.總 體 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 : 1、 確 定 控 制 方 式定 位 精 度 中 等 , 負(fù) 載 不 大 , 適 合 采 用 開 環(huán) 控 制 方 式 或 采用 半 閉 環(huán) 控 制 方 式2、 確 定 機(jī) 械 傳 動 方 案根 據(jù) 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 對 傳 動 系 統(tǒng) 的 要 求

6、: 采 用 低 摩 擦 系 數(shù)的 傳 動 器 件 : 滾 珠 絲 杠 、 滾 動 導(dǎo) 軌 ; 無 間 隙 聯(lián) 軸 器 ; 消 除 反 向 傳 動 間 隙 等 。3、 確 定 檢 測 方 案半 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 采 用 增 量 式 光 電 編 碼 盤 檢 測 電 機(jī) 或 絲 杠 轉(zhuǎn) 角 、轉(zhuǎn) 速 、 零 位 。二 、 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) ( 續(xù) 1) 二 、 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) ( 續(xù) 2)全 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 采 用 直 線 光 柵 測 量 工 作 臺 位 移 、 增 量 式 光 電 編碼 盤 檢 測 電 機(jī) 或 絲 杠 轉(zhuǎn) 速 。4、 執(zhí) 行 元 件 確 定開 環(huán) 系 統(tǒng) 選 用 步 進(jìn)

7、 電 機(jī) , 半 閉 環(huán) 和 全 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 選 擇 直 流 伺服 電 機(jī) 或 交 流 伺 服 電 機(jī) 。5、 控 制 器 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 選 擇單 片 機(jī) 、 可 編 程 控 制 器 、 工 業(yè) 控 制 計(jì) 算 機(jī) 是 機(jī) 電 一 體 化 系統(tǒng) 控 制 器 采 用 的 三 種 基 本 計(jì) 算 機(jī) 。 總 體 方 案 示 意 圖 ( 開 環(huán) ) 總 體 方 案 示 意 圖 (半 閉 環(huán) ) 總 體 方 案 示 意 圖 (全 閉 環(huán) ) 三 、 機(jī) 械 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 步 驟 及 要 點(diǎn)1、 機(jī) 械 系 統(tǒng) 初 步 設(shè) 計(jì) ( 草 圖 )需 要 考 慮 的 幾 個 問 題 : 絲 杠 的

8、 支 承 方 式 反 向 間 隙 消 除 、 聯(lián) 軸 器 選 擇 2、 結(jié) 構(gòu) 尺 寸傳 動 比 、 脈 沖 當(dāng) 量幾 何 尺 寸 -滾 珠 絲 杠 工 作 長 度 、 其 它 幾 何 尺 寸 等計(jì) 算 選 擇 滾 珠 絲 杠計(jì) 算 選 擇 滾 動 導(dǎo) 軌初 選 電 動 機(jī) 、 電 機(jī) 支 承初 選 傳 感 器 、 安 裝 ( 什 么 位 置 ? 如 何 安 裝 ? ) 3、 設(shè) 計(jì) 原 則A、 滿 足 精 度 的 設(shè) 計(jì) 原 則 1 結(jié) 構(gòu) 最 簡 單 原 則 2. 阿 貝 原 則 ( 同 線 原 理 )3 變 形 最 小 原 則 4 基 面 統(tǒng) 一 原 則 5. 粗 精 分 離 和 精 度

9、 匹 配 原 則 6 運(yùn) 動 學(xué) 原 理 和 彈 性 平 均 原 理 7 平 均 效 應(yīng) 原 理 和 誤 差 補(bǔ) 償 原 理 ( 彈 性平 均 原 理 和 多 次 重 復(fù) 測 量 ) 阿 貝 原 則 ( 同 線 原 理 )如 : 直 線 光 柵 的 安 裝 結(jié) 構(gòu) 變 形 最 小 原 則 如 : 工 作 臺 滑 座 的 支 承 距 離 確 定 基 面 統(tǒng) 一 原 則 粗 精 分 離 和 精 度 匹 配 原 則v軸 徑 ( 需 要 和 不 需 安 裝 軸 承 的 )v支 承 件 平 面 ( 有 無 安 裝 件 ? 安 裝 精 度 如何 ? )v是 否 需 要 定 位 和 調(diào) 整 ? 運(yùn) 動 學(xué)

10、原 理 和 彈 性 平 均 原 理 B、 滿 足 強(qiáng) 度 的 設(shè) 計(jì) 原 則v1 等 強(qiáng) 度 原 則 v2 力 自 平 衡 原 則 v3 力 自 加 強(qiáng) 原 則 v4 力 作 用 路 徑 最 短 原 則 v5 力 自 保 護(hù) 原 則 摩 擦 離 合 器 超 越 離 合 器 對 于 同 一 個 零 件 而 言 , 各 處 應(yīng) 力 相 等 ,壽 命 相 同 等 強(qiáng) 度 原 理 力 自 平 衡 原 則v采 取 相 應(yīng) 的 措 施 消 除 或 減 輕 機(jī) 電 系 統(tǒng) 中的 無 用 的 力 ( 如 離 心 力 、 變 速 慣 性 力 ) 力 自 加 強(qiáng) 原 則 力 作 用 路 徑 最 短 原 則減 少

11、變 形 和 材 料 的 使 用 C、 符 合 人 機(jī) 工 程 原 則v外 形 應(yīng) 直 挺 光 滑 , 變 化 有 致 , 結(jié) 構(gòu) 配 置勻 稱 , 大 方 穩(wěn) 重 ( 分 割 原 則 )v色 彩 新 穎 和 諧 , 與 環(huán) 境 相 協(xié) 調(diào) , 以 利 于操 作 者 心 情 舒 暢 , 減 少 心 理 錯 覺 , 提 高工 作 效 率 。 ( 色 彩 原 則 )v操 作 路 徑 短 、 舒 適 。 ( 人 體 結(jié) 構(gòu) ) D、 價(jià) 值 系 數(shù) 最 優(yōu) 原 則v根 據(jù) 價(jià) 值 工 程 原 理 , 產(chǎn) 品 的 價(jià) 值 V常用 產(chǎn) 品 的 總 功 能 F與 成 本 C的 比 值 ,即 V=F/C來 表

12、 示 。 v要 提 高 產(chǎn) 品 的 價(jià) 值 系 數(shù) , 在 很 大 程 度上 決 定 于 設(shè) 計(jì) 。 4、 總 裝 配 圖 3、 總 裝 配 圖 ( 續(xù) ) 四 、 檢 測 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 及 其 要 點(diǎn)半 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 的 檢 測 任 務(wù) : 位 置 檢 測 、 速 度 檢 測 , 通 常 采 用光 電 編 碼 盤 可 同 時 用 于 以 上 兩 個 參 數(shù) 的 檢 測 。1、 轉(zhuǎn) 角 測 量 傳 感 器 -光 電 編 碼 盤 參 數(shù) 選 擇 : 脈 沖 分 辨 率 測 量 方 法 : 計(jì) 數(shù) 值 *脈 沖 分 辨 率2、 零 位 檢 測傳 感 器 -行 程 開 關(guān) +光 電 編 碼 盤

13、四 、 檢 測 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 及 其 要 點(diǎn) ( 續(xù) )檢 測 方 法 :3、 位 移 檢 測傳 感 器 直 線 光 柵監(jiān) 測 方 法 : 五 、 控 制 器 及 其 信 息 接 口 設(shè) 計(jì)設(shè) 計(jì) 數(shù) 控 工 作 臺 的 功 能 :工 作 方 式 : 點(diǎn) 動 工 作 、 步 進(jìn) 工 作 、 自 動 工 作工 作 速 度 : 快 速 進(jìn) 給 、 工 作 進(jìn) 給工 作 方 向 : 正 向 運(yùn) 動 、 反 向 運(yùn) 動回 零 位超 限 報(bào) 警進(jìn) 給 坐 標(biāo) 顯 示 五 、 控 制 器 及 其 信 息 接 口 設(shè) 計(jì) ( 續(xù) 2)2、 選 擇 計(jì) 算 機(jī)3、 操 作 面 板 ( 決 定 人 機(jī) 接 口

14、 ) 五 、 控 制 器 及 其 信 息 接 口 設(shè) 計(jì) ( 續(xù) 2) 4、 人 機(jī) 接 口 設(shè) 計(jì)( 1) 分 析 信 號 形 式 、 統(tǒng) 計(jì) 數(shù) 量( 2) 設(shè) 計(jì) 接 口 3、 人 機(jī) 接 口 設(shè) 計(jì) (續(xù) 1) 3、 人 機(jī) 接 口 設(shè) 計(jì) (續(xù) 2) 3、 人 機(jī) 接 口 設(shè) 計(jì) (續(xù) 3) 4、 機(jī) 電 接 口 設(shè) 計(jì)( 1) 信 息 輸 入 接 口 光 電 編 碼 盤 、 直 線 光 柵 、 接 近開 關(guān) 等 半 閉 環(huán) 系 統(tǒng)細(xì) 分 -辨 向 -計(jì) 數(shù) ( 1) 信 息 輸 入 接 口 光 電 編 碼 盤 ( 續(xù) ) ( 1) 信 息 輸 入 接 口 ( 續(xù) ) ( 2) 控

15、制 輸 出 接 口A、 步 進(jìn) 電 機(jī) 接 口B、 直 流 伺 服 電 機(jī) 接 口( 3) 電 氣 原 理 圖 5、 程 序 設(shè) 計(jì)設(shè) 計(jì) 程 序 流 程 圖 程 序 編 制 ( 不 作 硬性 要 求 ) 六 、 設(shè) 計(jì) 說 明 書按 以 下 目 錄摘 要第 一 章 總 體 設(shè) 計(jì)1.1. 1.1.11.2第 二 章 機(jī) 械 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)2.1 第 三 章 檢 測 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 第 四 章 控 制 器 設(shè) 計(jì)第 五 章 系 統(tǒng) 評 價(jià) 或 誤 差 分 析總 結(jié)參 考 文 獻(xiàn) 課 程 設(shè) 計(jì) 須 交 材 料1、 機(jī) 電 系 統(tǒng) 草 圖 1張2、 電 氣 原 理 圖 1張3、 程 序 框 圖

16、若 干4、 設(shè) 計(jì) 說 明 書 1份 ( 封 面 按 江 南 大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 格 式 規(guī) 定 ) 日 程 安 排v 共 三 周 時 間 ( 12月 7日 至 12月 25日 )v 第 1天 - 準(zhǔn) 備 ( 實(shí) 驗(yàn) 室 實(shí) 踐 , 參 考 資 料 及 設(shè) 計(jì) 手 冊 )v 第 2、 3天 -總 體 方 案 確 定 , 完 成 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 草 圖 。v 選 擇 機(jī) 械 傳 動 、 導(dǎo) 向 、 支 承 件v 第 4天 - 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 、 選 擇 執(zhí) 行 元 件 和 傳 感 器 。 。v 第 5-8天 - 完 成 電 氣 原 理 圖 。v 第 9-10天 - 完 成 程 序 框 圖 。v

17、 第 11-13天 - 完 成 設(shè) 計(jì) 說 明 書 。 v 第 14、 15天 - 答 辯 。v 考 核 方 法v考 核 成 績 由 設(shè) 計(jì) 、 答 辯 、 平 時 成 績 三部 分 組 成 分 別 占 50%、 30%、 20%。v設(shè) 計(jì) 成 績 由 設(shè) 計(jì) 的 正 確 性 、 圖 紙 質(zhì) 量 、說 明 書 質(zhì) 量 、 獨(dú) 創(chuàng) 性 等 幾 方 面 決 定 。v平 時 成 績 由 平 時 表 現(xiàn) 和 按 日 程 檢 查 的完 成 情 況 決 定 。 原 理 性 設(shè) 計(jì)v工 作 原 理 的 設(shè) 計(jì)v基 準(zhǔn) 器 件 的 選 擇v運(yùn) 動 方 式 的 選 擇v定 位 原 理 的 選 擇v總 體 結(jié) 構(gòu)

18、 形 式 的 選 擇 原 理 性 設(shè) 計(jì) 的 方 法v 一 個 好 的 功 能 原 理 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 既 有 創(chuàng) 新 構(gòu) 思 , 同 時有 能 滿 足 用 戶 的 需 求 。v 例 如 : 剪 草 機(jī) 浮 法 玻 璃 生 產(chǎn) 方 式v 功 能 原 理 設(shè) 計(jì) 的 任 務(wù) :v 針 對 某 一 確 定 的 功 能 要 求 , 去 尋 求 一 些 物 理效 應(yīng) 并 借 助 某 些 作 用 原 理 來 求 得 一 些 實(shí) 現(xiàn) 該 功能 的 解 法 原 理 來 , 即 構(gòu) 思 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 功 能 目 標(biāo) 的新 的 解 法 原 理 。 ( 提 倡 百 家 爭 鳴 , 發(fā) 散 思 維 )v 例 如 :

19、中 央 電 視 臺 比 賽 機(jī) 器 人 /清 掃 機(jī) 器 人 的真 空 吸 附 和 滾 刷 刷 洗 黑 箱 法 設(shè) 計(jì)v 將 系 統(tǒng) 所 要 完 成 的 功 能 , 抽 象 成 輸 入 量 和 輸 出 量 , 輸 入 、輸 出 量 只 是 涉 及 到 物 料 流 、 能 量 流 和 信 號 流 。v 對 于 待 設(shè) 計(jì) 的 系 統(tǒng) 而 言 , 在 求 解 之 前 , 猶 如 一 個 看 不 見內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 的 黑 箱 。v 黑 箱 法 根 據(jù) 系 統(tǒng) 的 某 種 輸 入 及 要 求 獲 得 的 某 種 輸 出 的功 能 要 求 , 從 中 尋 找 出 某 種 物 理 效 應(yīng) 或 原 理 來

20、實(shí) 現(xiàn) 輸 入 輸 出 之 間 的 轉(zhuǎn) 換 , 得 到 相 應(yīng) 的 解 決 辦 法 。v 優(yōu) 點(diǎn) : 擺 脫 了 具 體 的 設(shè) 計(jì) 對 象 , 而 按 系 統(tǒng) 的 功 能 和 對 三大 流 進(jìn) 行 定 性 描 述 來 進(jìn) 行 思 考 , 使 問 題 簡 化 , 以 利 于 啟發(fā) 設(shè) 計(jì) 人 員 構(gòu) 思 出 更 新 、 更 好 的 功 能 原 理 方 案 來 。 黑 箱 法 示 意 圖 功 能 元 、 功 能 結(jié) 構(gòu) 圖 的 概 念v 功 能 元 : 一 個 系 統(tǒng) 的 總 功 能 可 以 分 解 為 一 些 分 功 能 ( 子 系 統(tǒng) 功能 ) , 如 果 分 功 能 仍 然 較 復(fù) 雜 ,

21、 則 進(jìn) 一 步 分 解 到 更 低 層 次 的 分功 能 , 直 到 分 解 到 最 后 不 能 再 分 解 的 基 本 功 能 單 位 為 止 , 這 個基 本 功 能 單 位 就 叫 功 能 元 。v 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 中 常 用 的 基 本 功 能 元 有 : 物 理 功 能 元 、 數(shù) 學(xué) 功 能 元 和邏 輯 功 能 元v 分 功 能 的 組 合 將 形 成 系 統(tǒng) 的 總 功 能 ( 功 能 結(jié) 構(gòu) 圖 )v 功 能 元 組 合 的 方 式 有 : 串 聯(lián) 結(jié) 構(gòu) 、 并 聯(lián) 結(jié) 構(gòu) 、 循 環(huán) 結(jié) 構(gòu)v 對 于 某 一 個 具 體 的 系 統(tǒng) 來 說 , 其 總 功 能 需 要

22、分 解 到 什 么 程 度 ,主 要 取 決 于 在 哪 個 層 次 上 能 找 到 相 應(yīng) 的 技 術(shù) 效 應(yīng) 和 結(jié) 構(gòu) 來 實(shí) 現(xiàn)其 功 能 要 求 。 而 這 一 步 要 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 者 的 知 識 、 閱 歷 及 所 所 集 的資 料 等 情 況 來 決 定 。 物 理 功 能 元 數(shù) 學(xué) 功 能 元 邏 輯 功 能 元 功 能 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 組 合 功 能 結(jié) 構(gòu) 的 三 種 方 式 功 能 元 的 求 解v功 能 元 求 解 的 方 法 :v1) 參 考 有 關(guān) 資 料 、 專 刊 或 產(chǎn) 品v2) 利 用 各 種 創(chuàng) 造 性 方 法v3) 利 用 設(shè) 計(jì) 目 錄 目

23、錄 求 解 法 示 例 ( 一 ) 目 錄 求 解 法 示 例 ( 二 ) 系 統(tǒng) 原 理 方 案 的 綜 合v將 各 種 功 能 元 的 局 部 解 合 理 地 予 以組 合 , 就 可 以 得 到 一 個 系 統(tǒng) 的 多 個原 理 解 。v組 合 的 方 法 : 形 態(tài) 矩 陣 法 功 能 原 理 設(shè) 計(jì) 的 舉 例 ( 瓶 蓋 整 列 裝 置 )一 : 明 確 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) ( 工 廠 現(xiàn) 場 能 夠 提 供 的電 源 和 氣 源 )二 : 功 能 分 析三 : 功 能 元 求 解四 : 功 能 元 求 解 的 組 合五 : 評 價(jià) 于 決 策 功 能 分 解v 黑 箱 分 析 :總 功 能 分 析 : 功 能 元 求 解 目 錄 表 結(jié) 構(gòu) 總 體 設(shè) 計(jì)v 結(jié) 構(gòu) 總 體 設(shè) 計(jì) 是 將 原 理 方 案 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 化v 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 時 的 若 干 注 意 事 項(xiàng) :1) 任 務(wù) 分 配 原 理 一 個 載 體 完 成 一 個 任 務(wù) 一 個 載 體 擔(dān) 任 多 個 任 務(wù) 多 個 載 體 完 成 一 個 任 務(wù)2) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 的 穩(wěn) 定 性當(dāng) 出 現(xiàn) 干 擾 使 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 發(fā) 生 改 變 的 同 時 , 會 產(chǎn)生 一 種 與 干 擾 作 用 相 反 , 并 使 系 統(tǒng) 恢 復(fù) 穩(wěn) 定的 效 應(yīng) 。

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