《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第16章:機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第16章:機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)目錄contents機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)概述需求分析與功能定義原理構(gòu)思與結(jié)構(gòu)選型總體布局規(guī)劃與參數(shù)確定傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案評(píng)價(jià)與決策支持總結(jié)回顧與未來(lái)展望01機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)概述

機(jī)械系統(tǒng)基本概念與組成機(jī)械系統(tǒng)定義由若干相互關(guān)聯(lián)、相互作用的機(jī)械元件組成的,能夠完成特定功能的整體。機(jī)械系統(tǒng)組成包括動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分和控制部分等。機(jī)械系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)功能、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式等不同標(biāo)準(zhǔn),機(jī)械系統(tǒng)可分為不同類(lèi)型,如傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、制造系統(tǒng)等。在滿(mǎn)足特定功能需求的前提下,通過(guò)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能、成本等方面,提高機(jī)械系統(tǒng)的整體效益。目的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié),直接影響機(jī)械系統(tǒng)的質(zhì)量、可靠性、壽命和經(jīng)濟(jì)效益等方面。意義優(yōu)秀的方案設(shè)計(jì)能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)更高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,提升品牌形象和用戶(hù)滿(mǎn)意度。價(jià)值方案設(shè)計(jì)目的和意義方案優(yōu)化在詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,對(duì)方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,提高機(jī)械系統(tǒng)的性能。詳細(xì)設(shè)計(jì)對(duì)篩選出的方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算等。方案評(píng)估對(duì)提出的方案進(jìn)行初步評(píng)估,篩選出較優(yōu)方案。明確設(shè)計(jì)任務(wù)分析用戶(hù)需求,確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束條件。方案構(gòu)思進(jìn)行創(chuàng)意性思考,提出多種可行的方案。設(shè)計(jì)流程與步驟評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)創(chuàng)新性指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)械系統(tǒng)的制造成本、使用成本等經(jīng)濟(jì)因素。評(píng)價(jià)機(jī)械系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、制造等方面的創(chuàng)新性。功能性指標(biāo)可靠性指標(biāo)環(huán)保性指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)械系統(tǒng)是否滿(mǎn)足特定的功能需求。評(píng)價(jià)機(jī)械系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和壽命等方面。評(píng)價(jià)機(jī)械系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響,如噪音、排放等方面。02需求分析與功能定義通過(guò)訪談、問(wèn)卷調(diào)查等方式收集用戶(hù)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的需求。與用戶(hù)溝通需求整理需求文檔編寫(xiě)將收集到的需求進(jìn)行分類(lèi)、篩選和整理,明確用戶(hù)的核心需求和期望。撰寫(xiě)需求說(shuō)明書(shū),詳細(xì)描述用戶(hù)需求及對(duì)應(yīng)的功能點(diǎn)。030201用戶(hù)需求獲取與整理針對(duì)用戶(hù)需求,分析機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具備的功能及其相互關(guān)系。功能分析將用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為具體的機(jī)械系統(tǒng)功能,明確功能實(shí)現(xiàn)的方式和程度。功能轉(zhuǎn)化繪制功能流程圖,直觀展示機(jī)械系統(tǒng)的功能邏輯。功能流程圖功能需求分析與轉(zhuǎn)化描述方法采用文字、圖表、數(shù)學(xué)模型等多種方式對(duì)功能進(jìn)行描述,確保描述的準(zhǔn)確性和完整性。功能定義對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的每個(gè)功能進(jìn)行詳細(xì)定義,包括功能名稱(chēng)、功能描述、實(shí)現(xiàn)方式等。功能清單列出機(jī)械系統(tǒng)的所有功能及其描述,方便后續(xù)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作。功能定義及描述方法技術(shù)約束經(jīng)濟(jì)約束法規(guī)約束環(huán)境約束約束條件確定01020304分析機(jī)械系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、制造、使用等方面的技術(shù)限制,明確技術(shù)可行性??紤]機(jī)械系統(tǒng)的成本、價(jià)格、市場(chǎng)等因素,確保經(jīng)濟(jì)合理性。遵守相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),確保機(jī)械系統(tǒng)的合法性和安全性。關(guān)注機(jī)械系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響,滿(mǎn)足環(huán)保要求。03原理構(gòu)思與結(jié)構(gòu)選型03類(lèi)比法借鑒相似或相近事物的原理,將其應(yīng)用于新領(lǐng)域,以產(chǎn)生新的構(gòu)思。01頭腦風(fēng)暴法集思廣益,鼓勵(lì)創(chuàng)新思維,通過(guò)集體討論產(chǎn)生大量構(gòu)思方案。02形態(tài)分析法將產(chǎn)品分解為若干獨(dú)立要素,分別研究后重新組合,以產(chǎn)生新的構(gòu)思。原理構(gòu)思方法論述平面連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)典型機(jī)構(gòu)原理介紹通過(guò)連桿的平面運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的傳遞和轉(zhuǎn)換,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。通過(guò)齒輪的嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的傳遞和轉(zhuǎn)換,具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、效率高等特點(diǎn)。利用凸輪的輪廓曲線(xiàn)推動(dòng)從動(dòng)件做預(yù)期運(yùn)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律。利用螺旋副的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或力的傳遞,具有自鎖性、傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。滿(mǎn)足功能要求在滿(mǎn)足功能要求的前提下,應(yīng)盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),提高可靠性。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠制造容易維修方便經(jīng)濟(jì)性原則01020403在滿(mǎn)足上述要求的前提下,應(yīng)盡量降低成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。所選結(jié)構(gòu)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力要求。所選結(jié)構(gòu)應(yīng)便于制造和維修,以降低生產(chǎn)成本和維修費(fèi)用。結(jié)構(gòu)選型原則及策略分析成功案例中的創(chuàng)新點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用效果等,總結(jié)其成功的關(guān)鍵因素。剖析失敗案例中的設(shè)計(jì)缺陷、制造問(wèn)題、使用不當(dāng)?shù)仍?,提出改進(jìn)措施和避免類(lèi)似失敗的建議。案例分析:成功與失敗原因剖析失敗案例成功案例04總體布局規(guī)劃與參數(shù)確定根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的使用場(chǎng)景和性能要求,明確各部件的功能和作用。明確功能需求將機(jī)械系統(tǒng)劃分為若干個(gè)功能模塊,便于設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)。模塊化設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足功能需求的前提下,盡量減小機(jī)械系統(tǒng)的體積和重量。緊湊性原則確保操作界面符合人機(jī)工程學(xué)原理,提高操作便捷性和舒適性。人機(jī)工程學(xué)考慮總體布局規(guī)劃原則及技巧負(fù)載分析根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的工作負(fù)載,確定各部件的受力情況和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。精度要求根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的精度要求,確定各部件的尺寸、形狀和位置公差??煽啃苑治鐾ㄟ^(guò)可靠性試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析,確定機(jī)械系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)和薄弱環(huán)節(jié)。優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,提高機(jī)械系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵參數(shù)確定方法論述綜合考慮機(jī)械系統(tǒng)的多個(gè)性能指標(biāo),如成本、重量、體積、可靠性等,進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。多目標(biāo)優(yōu)化利用仿真軟件對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析,預(yù)測(cè)性能并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。仿真分析運(yùn)用創(chuàng)新思維和方法,探索新型機(jī)械系統(tǒng)方案,提高設(shè)計(jì)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。創(chuàng)新設(shè)計(jì)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械系統(tǒng)的性能和可靠性,為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。試驗(yàn)驗(yàn)證01030204優(yōu)化設(shè)計(jì)策略探討實(shí)例分析:布局規(guī)劃對(duì)比實(shí)例一某型機(jī)械手臂的布局規(guī)劃對(duì)比。通過(guò)對(duì)比不同布局方案的優(yōu)缺點(diǎn),選擇最優(yōu)方案并進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。實(shí)例二某型傳動(dòng)裝置的布局規(guī)劃對(duì)比。分析不同布局方案對(duì)傳動(dòng)效率、穩(wěn)定性和可靠性的影響,確定最佳布局方案。實(shí)例三某型加工中心的布局規(guī)劃對(duì)比。針對(duì)不同加工需求,對(duì)比不同布局方案的加工精度、效率和成本等指標(biāo),選擇最適合的布局方案。實(shí)例四某型農(nóng)業(yè)機(jī)械的布局規(guī)劃對(duì)比??紤]農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)需求,對(duì)比不同布局方案的適應(yīng)性和便捷性,確定最優(yōu)布局方案。05傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型齒輪傳動(dòng):傳遞功率大,傳動(dòng)比準(zhǔn)確,效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,但制造和安裝精度要求較高,成本也較高。帶傳動(dòng):適用于兩軸中心距較大的傳動(dòng),帶具有良好的撓性,可緩和沖擊,吸收振動(dòng),過(guò)載時(shí)打滑起保護(hù)作用,但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。鏈傳動(dòng):與帶傳動(dòng)相比,鏈傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象,平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確,工作可靠,效率高,傳遞功率大,過(guò)載能力強(qiáng),相同工況下的傳動(dòng)尺寸小,但瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù),傳動(dòng)平穩(wěn)性較差,工作時(shí)有噪聲。蝸桿傳動(dòng):傳動(dòng)比大,結(jié)構(gòu)尺寸緊湊,傳動(dòng)平穩(wěn),無(wú)噪聲,具有自鎖性,但制造精度要求高,價(jià)格較貴,效率較低。傳動(dòng)系統(tǒng)類(lèi)型及特點(diǎn)介紹分配原則使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等,以充分發(fā)揮各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效能;使減速器的尺寸最小,以降低成本和重量;使各級(jí)傳動(dòng)的大齒輪浸入油中的深度大致相等,以使?jié)櫥?jiǎn)便。計(jì)算方法根據(jù)總傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型,按照分配原則進(jìn)行分配,然后計(jì)算出各級(jí)傳動(dòng)比。傳動(dòng)比分配原則及計(jì)算方法根據(jù)工作機(jī)的工作條件、性能要求、生產(chǎn)批量等因素,選擇適合的傳動(dòng)裝置類(lèi)型。根據(jù)傳動(dòng)比、效率、壽命等要求,選擇具體的傳動(dòng)件和軸承等部件。典型傳動(dòng)裝置選型指南根據(jù)原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù),選擇匹配的傳動(dòng)裝置。考慮制造、安裝、維護(hù)等方便性,選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。案例一某機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化。原系統(tǒng)存在傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低等問(wèn)題,通過(guò)重新設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案,采用新型傳動(dòng)件和軸承,優(yōu)化傳動(dòng)比分配,實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、高效化和輕量化。案例二某汽車(chē)變速器傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)。原變速器存在換擋不順暢、噪聲大等問(wèn)題,通過(guò)改進(jìn)齒輪設(shè)計(jì)、優(yōu)化軸承選型和潤(rùn)滑方式等措施,提高了變速器的換擋性能和舒適性,降低了噪聲和振動(dòng)。案例三某風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性提升。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)在高空、惡劣環(huán)境下的可靠性要求,通過(guò)采用高強(qiáng)度材料、優(yōu)化齒輪修形和軸承預(yù)緊力等措施,提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的承載能力和可靠性,延長(zhǎng)了使用壽命。案例分析:傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐06控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)控制器執(zhí)行器傳感器被控對(duì)象控制系統(tǒng)組成要素剖析將控制器的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置,如電動(dòng)機(jī)、氣缸等。檢測(cè)被控對(duì)象的物理量,并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)难b置,如溫度傳感器、壓力傳感器等。需要控制的機(jī)械系統(tǒng)或設(shè)備,如機(jī)床、生產(chǎn)線(xiàn)等。根據(jù)設(shè)定值和反饋信號(hào),按照一定的控制規(guī)律輸出控制信號(hào)的裝置。控制精度要求根據(jù)被控對(duì)象的控制精度要求,選擇相應(yīng)的控制策略,如PID控制、模糊控制等。系統(tǒng)穩(wěn)定性要求考慮被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性要求,選擇能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定的控制策略。實(shí)時(shí)性要求對(duì)于需要快速響應(yīng)的控制系統(tǒng),應(yīng)選擇具有實(shí)時(shí)性的控制策略。經(jīng)濟(jì)性要求在滿(mǎn)足控制要求的前提下,應(yīng)盡可能選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的控制策略??刂撇呗赃x擇依據(jù)探討執(zhí)行器選型根據(jù)被控對(duì)象的負(fù)載特性和運(yùn)動(dòng)要求,選擇適合的執(zhí)行器類(lèi)型,如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等。傳感器選型根據(jù)被控對(duì)象的檢測(cè)要求和環(huán)境條件,選擇適合的傳感器類(lèi)型,如光電傳感器、磁電傳感器等??刂破鬟x型根據(jù)控制系統(tǒng)的要求和特點(diǎn),選擇適合的控制器類(lèi)型,如PLC、DCS等。典型控制元件選型指南123根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)的工藝流程和控制要求,設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng)方案,包括控制器、執(zhí)行器、傳感器等的選型和配置。控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)好的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化,確保生產(chǎn)線(xiàn)能夠按照設(shè)定的工藝流程穩(wěn)定運(yùn)行,并達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)效率和質(zhì)量要求。控制系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化定期對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí),確保生產(chǎn)線(xiàn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,并根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行相應(yīng)的功能擴(kuò)展和技術(shù)升級(jí)??刂葡到y(tǒng)維護(hù)與升級(jí)實(shí)例分析:自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)07方案評(píng)價(jià)與決策支持技術(shù)性能指標(biāo)包括功能實(shí)現(xiàn)程度、精度、效率等。創(chuàng)新性指標(biāo)包括新穎性、先進(jìn)性、實(shí)用性等。社會(huì)性指標(biāo)包括環(huán)保性、安全性、可維護(hù)性等。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括成本、價(jià)格、收益等。方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建層次分析法(AHP)將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干層次和因素,進(jìn)行比較和權(quán)重計(jì)算。模糊綜合評(píng)價(jià)法運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論,對(duì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?;疑P(guān)聯(lián)分析法根據(jù)因素間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度,衡量因素間關(guān)聯(lián)程度。TOPSIS法逼近理想解排序法,通過(guò)計(jì)算各方案與理想解和負(fù)理想解的距離進(jìn)行排序。多屬性決策方法應(yīng)用魯棒性評(píng)估評(píng)估方案在輸入?yún)?shù)變化時(shí),保持性能穩(wěn)定的能力。在輸入?yún)?shù)不確定的情況下,給出輸出結(jié)果的變動(dòng)范圍。區(qū)間分析研究輸入?yún)?shù)變化對(duì)輸出結(jié)果的影響程度,識(shí)別敏感因素。靈敏度分析通過(guò)隨機(jī)抽樣,模擬輸入?yún)?shù)的不確定性對(duì)輸出結(jié)果的影響。蒙特卡羅模擬靈敏度分析和魯棒性評(píng)估1案例背景介紹說(shuō)明案例的來(lái)源、目的和相關(guān)背景信息。方案描述與比較詳細(xì)闡述各備選方案的特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,并進(jìn)行比較。評(píng)價(jià)過(guò)程與結(jié)果運(yùn)用上述評(píng)價(jià)方法和工具,對(duì)備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià),并給出排序結(jié)果。決策建議與討論根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,提出推薦方案和改進(jìn)建議,并討論可能存在的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。案例分析:方案評(píng)價(jià)決策過(guò)程展示08總結(jié)回顧與未來(lái)展望機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基本概念01包括機(jī)械系統(tǒng)的定義、組成要素、設(shè)計(jì)原則等。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的流程與方法02從需求分析、方案設(shè)計(jì)、方案評(píng)價(jià)到方案優(yōu)化等整個(gè)設(shè)計(jì)流程的介紹,以及各種設(shè)計(jì)方法的比較與選擇。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的實(shí)例分析03通過(guò)典型機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)案例,深入剖析機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)總結(jié)回顧智能化與自動(dòng)化隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展,機(jī)械系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平將不斷提高,實(shí)現(xiàn)更加高效、精準(zhǔn)的生產(chǎn)和服務(wù)。綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展在環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念日益深入人心的背景下,機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造將更加注重節(jié)能減排、資源循環(huán)利用等方面,推動(dòng)行業(yè)的綠色發(fā)展。個(gè)性化與定制化隨著消費(fèi)者需求的多樣化和個(gè)性化,機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造將更加注重產(chǎn)品的個(gè)性化和定制化,滿(mǎn)足不同用戶(hù)的特殊需求。行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等相關(guān)課程,掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ),為創(chuàng)新提供有力支撐。積極參與實(shí)踐活動(dòng)通過(guò)參加機(jī)械設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等活動(dòng),鍛煉自己的

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