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寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯
所在學(xué)院： 機電學(xué)院
班 級： 10機自6班
姓 名： 周旦
學(xué) 號： 1021080655
指導(dǎo)教師： 陳光群
合作導(dǎo)師：
2013 年 11 月 15 日
譯文：
題目ZF9HP48自動變速箱傳動系統(tǒng)，設(shè)計和機械零件
盧茨蓋特納和麥克艾本霍赫的采埃孚股份公司
摘要：
用這種8HP變速箱，ZF公司在市場上建立了一個模型范圍，在節(jié)約燃料,功率-重量比和功能的方面提供相當(dāng)大的進展。前橫置變速箱來源于8HP變速箱的齒輪組概念，導(dǎo)致更高的設(shè)計成本，它與前橫置變速箱有著非常受限制的安裝空間相矛盾。
用9HP變速箱的傳動概念，8HP變速箱的優(yōu)點被成功地轉(zhuǎn)移到前橫置傳動設(shè)計，并在同一時間，所有關(guān)于安裝空間的限制都被解決。由于其齒輪的高效率和阻力矩的降低，9HP48變速器較今天前橫向安裝的標準6速自動變速器相比，節(jié)省了16％的燃料。
該出版物給出9HP48變速箱的機械設(shè)計的詳細描述。通過一個新的齒輪組的概念，4個行星齒輪組和6個轉(zhuǎn)移元件，要求高效率和大的總傳輸，重要的是實現(xiàn)節(jié)省燃料和舒適，可以被體現(xiàn)在低速輪步驟。這是第一次，兩個正面鎖定爪形離合器換檔元件同時被施加在軸向平行的葉片細胞泵，以減小阻扭矩。為了實現(xiàn)傳動的設(shè)計和安裝空間的典型的前橫置車輛之間的相容性，一個完全新的傳動體系結(jié)構(gòu)被使用。除了新的體系結(jié)構(gòu)，安裝目標的實現(xiàn)變得容易通過爪形離合器，兩個行星齒輪組嵌套在彼此的頂部，和多盤離合器，以及一個新的扭矩轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。
此外，9HP48傳動器的設(shè)計根據(jù)一個模塊化的原則。其結(jié)果是，它的基本傳動可以補充顧客意愿和要求。因此，不同的起始元素和全輪驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用，也可以實現(xiàn)以最佳的成本在前橫置客車的受限制安裝空間條件中。
引文：盧茨蓋特納和麥克艾本霍赫.，“ZF9HP48自動變速箱傳動系統(tǒng)，設(shè)計與機械零件，”SAE詮釋。J. Passeng。汽車-機械系統(tǒng)。6（2）：2013，DOI：10.4271/2013-01-1276。
1．簡介
以75%的市場份額(見圖1),橫向安裝的前置發(fā)動機的車輛在世界上表現(xiàn)為最常見的驅(qū)動概念。
用8HP變速箱，ZF在市場上建立了一個模型范圍，在節(jié)約燃料,功率-重量比,和功能方面提供相當(dāng)大的進展。然而，8HP變速箱的齒輪組概念注定要被縱向安裝的標準傳動設(shè)計。作為一個橫向變速箱的一種推導(dǎo)導(dǎo)致更高的設(shè)計成本和不利的設(shè)計，與前橫置變速箱有著非常受限制的安裝空間相矛盾。
圖1 世界各地的傳動量
壓力施加在傳動裝置的成本和規(guī)格甚至更高，由于實際是橫向安裝的前置發(fā)動機的車輛，尤其普遍在緊湊和中型轎車的成本不穩(wěn)定市場。
在此背景下9HP48前橫置變速箱的發(fā)展開始尋找一個合適的安裝特定空間的齒輪組概念。
2．傳動系統(tǒng)
新的齒輪組的概念的先決條件是：必須有可能來實現(xiàn)它在市場上建立的6速變速器的安裝空間。當(dāng)它涉及到大小，橫向變速箱的傳動長度是非常重要的。然而，在高速齒輪傳播，大量齒輪，小齒輪速比，和高效率的低阻力扭矩方面的高要求也必須被滿足。
在搜索齒輪組概念過程中所獲得的經(jīng)驗已經(jīng)證明：在齒輪傳播和齒輪數(shù)方面的更高要求只能用額外的轉(zhuǎn)變元素或齒輪組實現(xiàn)。在搜索的一個齒輪組概念過程中的新方法是必要的，為了解決附加組件，安裝空間，減少的阻力矩和降低成本的矛盾。
其結(jié)果是標準相對于在離合器及齒輪組的徑向中的可施工性，以嵌套的方式成為必不可少的。只有齒輪組的概念，促進離合器及齒輪組的布置在彼此頂部擁有足夠的潛力，以便有助于解決方法。然而，這會產(chǎn)生可能在固定齒輪傳動比的齒輪組和相互連接的各個組件方面的限制。
針對此背景下在安裝空間和阻力矩降低方面需求，選擇利用爪式離合器作為移位元素也獲得了新的意義，然而，爪式離合器的可能性功能齒輪組概念的選擇具有顯著的影響。
除了這些另外突出的橫向傳動的標準，基本上應(yīng)用于傳動系統(tǒng)的邊界條件，比如平等于組件轉(zhuǎn)矩負載，速度因素等還待觀察。
在這些邊界條件下的傳動合成開始在選定的搜索領(lǐng)域（參見圖2）。
下面齒輪組概念9HP48被選中，從數(shù)百個可能的系統(tǒng)（見圖3）通過一個系統(tǒng)的選擇過程，還占了一個全面的評價和權(quán)重標準目錄的搜索領(lǐng)域，其中導(dǎo)致約1500萬個變種。
圖2 搜索領(lǐng)域與評估
圖3 傳動示意圖9HP48
選定的齒輪組系統(tǒng)，其特征在于下述的顯著的性能。
四個多盤換檔元素和兩個爪式離合器換檔元素用于換檔元件。多盤換檔元素中，有兩個作為制動和兩個作為離合器而設(shè)計的。兩個爪式離合器換檔元素只能執(zhí)行一個換檔，可以方便地安裝在中心的傳動，下面分別齒輪組1的中心軸承。所有簡單的換檔，可以進行通過改變兩個換檔元件（參見圖4）。
在齒輪組上選擇合適的比率設(shè)置啟用，齒輪組1和齒輪組2被布置在彼此的頂部。其結(jié)果是，只有三個齒輪組的水平包括在安裝的傳動長度。盡管這個限制比率的選擇，所選擇的系統(tǒng)是有可能表現(xiàn)出9.823大的總傳播，它為降低在有利的齒輪速比差和良好的效率是非常重要的（參見圖5）。
圖4 換檔模式9HP48
圖5 比率步幅9HP48
多虧了這個選擇的比率也可能在傳動所需的空間和重量優(yōu)化的整體結(jié)構(gòu)中確保均衡的速度和轉(zhuǎn)矩分裂。沒有高速和轉(zhuǎn)矩的因素存在是由于特定運動的設(shè)計和齒輪組的耦合。出于這個原因，沒有不必要的大尺寸的部件（軸，齒輪組和離合器）是必需的和一個諧波傳動設(shè)計是合理的。速度和轉(zhuǎn)矩的因素在圖6.1和圖6.2列舉說明了。
圖6.1 速度水平因子
圖6.2 速度水平因子
系統(tǒng)的基本特征總結(jié)于以下列表：
9個齒輪
總傳動比9.823
小齒輪速比差和高效率的諧波步幅范圍
4個齒輪組
6個換檔元素
2個多盤制動器
2個多盤離合器
2個爪式離合器
3．概念設(shè)計
為了找到一個橫向安裝空間，是理想的傳動結(jié)構(gòu)，基本組成部分的設(shè)計在尋找最佳系統(tǒng)的時候已經(jīng)做了系統(tǒng)地分析。齒輪組和換檔的元件，以及通過軸把它們連接起來的可能性，在這里是決定性的。因此，在這個階段已經(jīng)進行了一些設(shè)計研究，為了確定對于緊湊的設(shè)計有最有利的安排，同時保持最佳的組件功能。
為了實現(xiàn)成本目標，有必要在一個單一的軸線上安排中央傳動。當(dāng)它實現(xiàn)齒輪設(shè)置，因此決定找到一個只有三個齒輪組陸續(xù)被安排的設(shè)計。這是唯一的方式在單一的軸上安排中央傳動，同時在相同的時間不超過的最大可能的傳動。由于在齒輪組1和2上固定齒數(shù)比的合適選擇，有可能在彼此的頂部安排這兩種齒輪組，從而實現(xiàn)了在軸向長度上的三個齒輪組水平的目的。
由于比較小的直徑的爪式離合器換檔元件為正在安裝其他組件之間提供了可能，而無需額外的設(shè)計長度。這意味著，爪式離合器可以安排在下面的齒輪組1。爪式離合器F使用下面的中央輸出齒輪的安裝空間。
多盤傳動元件的設(shè)計在很大程度上取決于鏈接的齒輪組的可能性。在這里重要的是另外利用的排列選項，當(dāng)設(shè)計直徑和多盤數(shù)量以這樣一個在彼此頂部嵌套設(shè)計的方式是可能的。這種設(shè)計的一個額外的并發(fā)癥，這些幾何邊界條件必須選擇在這樣一種方式，耐用性和換檔舒適性的必要要求，是目前的最高程度的要求。在這些條件下設(shè)計離合器B是可能的，以及制動器C和D以嵌套的方式。
這使得設(shè)計9HP48傳動變得可能，同時符合可用的安裝空間，如在圖7中看到的。
橫向的設(shè)計元件是：
可選的扭振減振器套件為起始元件變矩器
中央傳動在同一軸上嵌套的基本組成部分
軸向平行的葉片細胞泵
通過中央正齒輪輸出
中間比率上的車位鎖
在模塊化套件設(shè)計綜合差動
兩部分組成的外殼理念
圖7 9HP48
4．技術(shù)數(shù)據(jù)
技術(shù)數(shù)據(jù)表1中給出。
表1 9hp48技術(shù)數(shù)據(jù)
5．設(shè)計
5.1 變矩器
由于它的魯棒性，關(guān)于舒適的高性能和正特性的變矩器被選擇作為一個標準的起動裝置。在這個新的開發(fā)和性能優(yōu)化液力變矩器的一個工具箱為不同的阻尼系統(tǒng)實現(xiàn)去耦轉(zhuǎn)矩的不規(guī)則（見圖8）。依靠與傳動系統(tǒng)相聯(lián)合的發(fā)動機類型，它有可能理想的去耦系統(tǒng)。執(zhí)行整個動力傳動系統(tǒng)的解耦模擬，也進行了此阻尼系統(tǒng)的一個預(yù)選和優(yōu)化。隨著高性能變矩器和離合器最優(yōu)化的油耗，建立一個舒適的汽車是可能的。當(dāng)開發(fā)變矩器的一個特別挑戰(zhàn)是獲得一個精密的設(shè)計，從而具有很短的總長度的傳動，同時實現(xiàn)了高的性能。水力特性曲線超過85％的效率水平也滿足這要求。這個非常渺茫變矩器的整體性能無疑能被當(dāng)做一個水準。
圖8 變矩器橫截面模型套件
5.2 泵
一個非常緊湊的，雙沖程葉片細胞泵第一次采用的是ZF公司的前橫向傳動（見圖9）。該泵被配置到與輸入軸軸向平行。驅(qū)動器的發(fā)動通過一個倒齒鏈的滾筒。鏈葉輪直接位于軸承座頂蓋，經(jīng)由液力變矩器葉輪輪轂驅(qū)動。在同一時間，與此同時,葉輪作為傳動側(cè)面安裝為變矩器。
圖9 雙沖程葉片泵
泵位于靠近中間板中的吸濾器和液壓控制單元。這導(dǎo)致短路徑，良好的流動管道和橫截面。一個吸流充電（圖10），通過主壓力閥提高灌裝和促進高氣蝕速度。這樣的設(shè)計也導(dǎo)致一個高度集成的預(yù)裝配單元。泵的設(shè)計是通過計算機仿真來調(diào)整變速器特殊的需要，并通過計算流體動力學(xué)手段來優(yōu)化。軸向平行的葉片細胞泵的優(yōu)點在于它可以在效率，阻力矩和功能性方面被優(yōu)化，在廣泛領(lǐng)域中不受幾何限制，因此提供了相當(dāng)大的貢獻來提高燃油經(jīng)濟性。
圖10 石油供應(yīng)/泵/油過濾器吸入充電/（開關(guān)設(shè)備）
5.3 齒輪組
一個系統(tǒng)包括四個行星齒輪組形成變速箱的機械核心。一個特別的挑戰(zhàn)在比率的選擇中是有要求的，至少兩個齒輪組被布置成彼此。適當(dāng)?shù)脑O(shè)計通過系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)的齒輪組1和2。齒的數(shù)目（表2）和齒輪的幾何形狀的后續(xù)設(shè)計，是然后實施在考慮之中的聲響，耐用性和可生產(chǎn)性要求。
表2 齒數(shù)
嵌套齒輪組1/2的一個重要的先決條件是這兩個齒輪組不同時在主體的行程齒輪中嚙合。這是唯一的方式來避免在聲響和熱行為方面的缺點。這個先決條件滿足僅僅在反向齒輪和第九齒輪同時嚙合的齒輪組。齒輪組1和2必要聯(lián)系的結(jié)果，這是很自然的整合兩個齒輪組形成一個行星架，從而達到一個非常高的功能整合（見圖11）。使用廣泛的有限元方法模擬，它是可能以鋁壓鑄件的設(shè)計方式來設(shè)計行星架。除了在重量和質(zhì)量慣性上大量減少，鋁壓鑄件的設(shè)計也促進在加工范圍上的全面降低，從而實現(xiàn)了成本更低的設(shè)計。成本能被更過的減少，通過整合更多的功能。其結(jié)果是，載波屬于第三齒輪組和一個油收集盤的功能被合并例如在鋁行星架。齒輪組1的環(huán)形齒輪演示了更進一步的功能整合步驟。齒輪組1的環(huán)形齒輪也是齒輪組2的太陽齒輪，由于內(nèi)部和外部配有運行齒輪。
圖11 行星架的1/2
圖12 行星架4
對于負載的原因，對于四齒輪組的行星架這是不可能選擇鋁作為材料。然而，這個行星架也必須履行其基本功能之上的進一步任務(wù)。例如，這些任務(wù)包括扭矩傳遞到中央的圓柱齒輪和行星齒輪組的軸心。為了結(jié)合所有這些要求，盡可能選擇低成本的燒結(jié)金屬作為材料的復(fù)合設(shè)計。與此有可能滿足在強度和使用壽命方面的要求，一方面，集成高精度的擴充功能；另一方面無需額外的加工努力。此外，燒結(jié)金屬提供的優(yōu)點是，它可以被部分地硬化。該技術(shù)被用在高負荷的部件，如扭矩驅(qū)動程序。
5.4 多盤離合器
行星齒輪系統(tǒng)的均勻轉(zhuǎn)矩和速度負載形成基礎(chǔ)，是因為幾乎沒有的摩擦表面和小的摩擦半徑的低阻力矩離合器設(shè)計。為了實現(xiàn)規(guī)定的安裝空間，有必要找到一個設(shè)計，能夠使多盤離合器相互嵌套，盡可能在技術(shù)上是有利的。許多設(shè)計的變種被建立是通過能設(shè)計的系統(tǒng)分析和元件的連通性。移動元件B和C根據(jù)圖13的設(shè)計，通過過系統(tǒng)的評估被選中。特別的小心是必須的，當(dāng)設(shè)計油的供應(yīng)由于緊湊的設(shè)計與各自集成多功能到一個組件（例如多盤載體B / C）。必須確保有足夠的油量可供使用，以便冷卻的多盤，在同一時間，確保各自的橫截面可供使用，以便能夠排油，為了保持低的阻力損失。因此，部件的設(shè)計是伴隨著全面的計算流體動力學(xué)，以使盡可能理想的基本設(shè)計。在同一時間，模擬形成一個良好的基礎(chǔ)，以便與測試結(jié)果相比能夠執(zhí)行一個有針對性的優(yōu)化。以油供應(yīng)作為基礎(chǔ)，是由一個策略能夠控制閥中在液壓傳動控制單元積極影響的油量供給而形成。這確保了對于離合器的冷卻有盡可能多的油供給需求。另一方面，油的數(shù)量能減少到最低限度，以減少阻力損失。
圖13 離合器/制動器?
5.5 爪形離合器換檔元件
與多盤換檔元件相比，爪形離合器換檔元件具有比較小的結(jié)構(gòu)和較低阻力轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點。然而，在一定的條件下傳動系統(tǒng)中的爪式離合器換擋元件只能更換多盤換檔元件。最重要的要求是，變速齒輪可以進行自由的負載。這個要求是存在于9HP48傳動系統(tǒng)中的兩個位置。爪式離合器換檔元件F取代了一個多盤制動器，并且它將變速箱體與齒輪組4的太陽齒輪相連結(jié)。爪式離合器換檔元件A取代了一個多盤離合器，并且它將齒輪組1的環(huán)形齒輪與輸入軸相連結(jié)（見圖14）。
多個設(shè)計參數(shù)互相影響，當(dāng)設(shè)計爪形離合器齒輪時。齒的數(shù)量與齒之間的間隙是決定性的，關(guān)于在接合過程中的速度差的程度。一個高度嚙合速度對于功能是有利，但在舒適性和負載方面也有一些缺點。
圖14 3D爪形離合器
為了確保爪式離合器完全嚙合一個齒輪的變化，去確定換檔元件的位置是必要的。液壓最終位置識別系統(tǒng)是實現(xiàn)此目的。在活塞兩側(cè)之間的連結(jié)是通過在活塞中的一個小孔特別創(chuàng)建的。在末端位置，該孔通過壓縮室的前表面被密封。如果活塞不完全鄰接，一個壓力釋放發(fā)生在穿過孔的卸載的活塞側(cè)面。通過這種壓力，爪式離合器的位置可以被認為借助于開關(guān)裝置中的壓力傳感器。為了提高在公差方面的魯棒性，這個孔被納入爪形離合器A的軸向滑動活塞（見圖15）。作為一個簡單的箱體安裝設(shè)置的結(jié)果，這項措施在爪式離合器F上是不必要的。
圖15 爪形離合器A
5.6 柱形直齒輪
這個核心組件是柱形直齒輪，它將一根軸上的中央傳動與差速器相連接。力分布貫穿一個中央柱形直齒輪，是通過一個中間的差比。
中央柱形直齒輪層疊在一個堅固的GGG60板，通過低摩擦四點接觸球軸承。這個輸入是從行星齒輪架完成的，屬于齒輪組4到柱形直齒輪，通過一個花鍵。
對于中間齒輪比的安裝，一個在行內(nèi)的兩個圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)被選中。
對于高負載的齒輪安裝的一個重要前提是一個高的懸置剛度。同時溫度取決于軸承內(nèi)部間隙不應(yīng)該會顯著地改變。只有在這些條件下，它可能有一個低的齒輪噪聲和高功率密度布局，同時超過一個廣泛的工作范圍。此外只有在這些邊界條件下，盡可能低的軸承預(yù)張力的選擇被啟動，這反過來又有助于阻力矩的減少。
因此，對于中間齒輪比，在圖16中所示的布置，兩個線圓錐滾子軸承被選擇。
通過鋁和鋼的不同熱膨脹系數(shù)，產(chǎn)生，由周圍的箱體和左側(cè)安裝元件，在上升的溫度下，軸向間隙增加。在安裝元件的左手側(cè)，通過溫度的上升，軸向的間隙減少。這是通過在箱體側(cè)壁鋁載體的右手裝載的軸承內(nèi)圈。通過本總體布置一個播放的平衡，是由在安裝元件中的溫度補償形成。在布局中的主要元素是通過仿真計算來改編圓錐角，懸置剛度，以及一個周圍的合適設(shè)計。
圖16 中央柱形直中齒輪四點接觸球軸承和中間齒輪軸承/對準偏差計算
5.7 車位鎖
車位鎖被設(shè)計為常規(guī)的一個圓錐體與一個棘輪的驗證系統(tǒng)（見圖17）?？ㄗφ加猛ㄟ^一個彈簧承載的障礙錐體。錐體是引起一個鋼精鑄件部分被創(chuàng)造于功能區(qū)，是對于公差限制的目的。車位聯(lián)鎖齒輪本身集成到中間的齒輪比。
圖17 車位鎖系統(tǒng)
根據(jù)車位鎖系統(tǒng)的設(shè)計，兩個變換（參見圖18.1和18.2）對車位鎖的驅(qū)動是有效的。在機械的換檔系統(tǒng)上，車位鎖是通過拔出電纜被直接驅(qū)動的。在變速線變體上執(zhí)行接合的過程是使用一根彈簧。在驅(qū)動操作過程中，該系統(tǒng)是由液壓脫離，固定電，并通過一個電磁閥。這確保了車位鎖中斷或切換時，該車輛在N位置（洗車功能）的情況下仍保持打開狀態(tài)。由傳感器記錄，車位鎖的位置。如果發(fā)動機在緊急模式下處于關(guān)閉狀態(tài)，那么車位鎖會通過彈簧自動鎖定。
圖18.1 車位鎖驅(qū)動M-SHIFT
圖18.2 車位鎖驅(qū)動E-換檔
5.8 差速器
根據(jù)不同的應(yīng)用和車輛制造商的策略，有各種各樣差速器關(guān)于功能方面的要求。因此，在最前的哪些版本預(yù)期將需要的進行了研究，并基本設(shè)計（參見圖19）中做了相應(yīng)地考慮。一個打開的差速器，在錐齒輪的設(shè)計是用來作為基本模式。
可能的選項
1.一個外部差速器的改編，
2.一個全輪分電盤的系統(tǒng)的額外輸入，是通過在差速器的擴展情況下，
3.一個全輪分電盤的系統(tǒng)的改編，是通過軸向平行的附加軸。
機械鎖定裝置，或在必要時，有源系統(tǒng)可用于差速器的功能處。
圖19 差速器變換
6．設(shè)計套件/尺寸
模塊化的設(shè)計原則是9HP48變速箱的先決條件。只有利用這個原理，有可能找到一個變速箱的體系結(jié)構(gòu)，在程序集方面任然相同，在中央傳動通常要求高的投資水平。然而，由于選擇范圍，也允許一個高的自由度，所以各種選項被實現(xiàn)于一個模塊化的設(shè)計套件的形式中。除了熟悉的適應(yīng)領(lǐng)域，如發(fā)動機法蘭，液力變矩器，傳動裝置，和輸出，設(shè)計套件整體構(gòu)件部分是：
?機械換檔系統(tǒng)或線控換檔
?液壓的布置和電子控制元件
?最終傳動中心距
?各種全輪驅(qū)動系統(tǒng)的改編
?在不同的設(shè)計中帶和不帶油冷卻器
?傳動連接器的定位
圖20 設(shè)計套件
在設(shè)計的9HP48變速箱時，它重要的是不僅在傳動長度上符合的規(guī)定，同時，在潛在應(yīng)用額外的幾何體方面配合特定的限制也是很重要的。這里提到的例子包括從發(fā)動機和車輛的結(jié)構(gòu)所帶來的限制，以及底盤部件（參見圖20）。9HP48的設(shè)計，對它來說大多是符合這些要求。
圖21 安裝模型9HP48 86公斤附件。油*
7．匯總
9HP傳動家族在與客戶相關(guān)的領(lǐng)域取得了重大的改進。除了對改善燃油經(jīng)濟性有相當(dāng)大的貢獻，同時增加了力度，可能減速到一個更高的乘坐舒適度。作為起始元件變矩器的使用，確保了一個更高的啟動舒適度和一個理想的減振，能通過一個扭振減振器的設(shè)計套件被實現(xiàn)。爪式離合器元件和齒輪組相互嵌套的使用是可能由于一個新的齒輪組系統(tǒng)的使用。這可確保在車輛中前橫置驅(qū)動器關(guān)于安裝空間的要求得到滿足。這個變速箱被設(shè)計為一個模塊化的設(shè)計套件。這對滿足盡可能多的顧客的要求鋪平了道路，同時保留了中央傳動。還要執(zhí)行進一步功能的前景，例如在聯(lián)合9H48的系統(tǒng)上，去設(shè)計了一個完整的傳動生成在原有位子的條件。
命名的客戶價值，高功率重量比，和有利的成本/效益比，ZF公司已經(jīng)在前橫向傳動部門成功創(chuàng)造一個里程碑，它就是9HP48變速箱。
參考文獻
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聯(lián)系信息
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