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CN100335808C - 具裸丝弹簧和滑脂润滑的越程交流发电机解耦器皮带轮 - Google Patents

具裸丝弹簧和滑脂润滑的越程交流发电机解耦器皮带轮 Download PDF

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CN100335808C
CN100335808C CNB038165430A CN03816543A CN100335808C CN 100335808 C CN100335808 C CN 100335808C CN B038165430 A CNB038165430 A CN B038165430A CN 03816543 A CN03816543 A CN 03816543A CN 100335808 C CN100335808 C CN 100335808C
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CN
China
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wheel hub
belt pulley
decoupler assembly
carriage
spring
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CNB038165430A
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克里斯·詹森
约翰·安特恰克
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Litens Automotive Inc
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Abstract

提供一种解耦器总成(20)，用于允许由机动车辆发动机中的蛇形皮带(14)来旋转地驱动交流发电机，以及用于允许皮带的速度相对于交流发电机波动。一轮毂由来自交流发电机的传动轴(15)固定地支承并随其旋转。一皮带轮(50)通过滚珠轴承构件(55)可旋转地轴颈连接至轮毂。所述滚珠轴承构件包含润滑剂，用于使其中的磨损最小化。一裸的螺旋形离合器弹簧(71)耦合在轮毂和皮带轮之间，用于在皮带轮相对于轮毂加速期间通过蛇形皮带把旋转运动从皮带轮传递到轮毂，以及在皮带轮相对于轮毂减速期间允许轮毂超越皮带轮。

Description

具裸丝弹簧和滑脂润滑的越程交流发电机解耦器皮带轮
技术领域
本发明涉及一种用于驱动机动车辆发动机中的皮带驱动件的皮带驱动总成，更具体地，涉及一种分离机构，用以允许皮带驱动件暂时地以与皮带驱动组件不一样的速度运行。
背景技术
众所周知，在机动车辆发动机中，使用环状蛇形皮带把发动机输出的一部分传递到许多皮带驱动配件上。典型的，每个构件包括一个输入传动轴以及一个与所述传动轴的远端啮合的皮带轮，以通过皮带来驱动啮合。这样一种皮带驱动件的例子是交流发电机。
同时，也已知道提供一解耦器(decoupler)，该解耦器工作地连接于皮带轮和交流发电机之间，以允许交流发电机传动轴“超越”或者以比皮带轮更快的速度旋转，以及允许皮带轮的速度由于发动机速度波动的原因而相对于交流发电机传动轴波动。
在2000年7月4日授予Mevissen等的美国专利6,083,130以及1992年8月18日授予Bytzek等的美国专利5,139,463中公开了解耦器的例子。
仍然需要提供一种比常规解耦器更容易制造且更耐久的解耦器。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供一种解耦器总成，用于在轴与驱动皮带之间传递扭矩。所述解耦器总成包括轮毂，所述轮毂设计得可以紧固到轴上。所述轮毂包括形成于其内的螺旋形的第一槽。一托架可旋转地安装在轮毂上。所述托架包括形成于其内的螺旋形的第二槽。一扭转弹簧延伸轮毂端与托架端之间，用以在轮毂与托架之间传递扭矩，其中，轮毂端被保持在螺旋形的第一槽内，用以防止扭转弹簧的轮毂端与轮毂之间相对运动，托架端被保持在螺旋形的第二槽内，用以防止扭转弹簧的托架端与托架之间相对运动。一皮带轮可旋转地连接至轮毂。所述皮带轮包括一外表面，该外表面设计得与驱动皮带摩擦啮合。所述皮带轮具有形成于其中的内表面。一离合器弹簧紧固在托架上并具有许多螺旋形的簧圈，这些簧圈与皮带轮的内表面摩擦啮合，以选择性连接轮毂与皮带轮。扭转弹簧和离合器弹簧沿相反的方向盘绕，使得在皮带轮相对于轮毂加速的期间，离合器弹簧扩张而与内表面的夹紧啮合，以及在皮带轮相对于轮毂减速的期间，离合器弹簧收缩而脱离与内表面的夹紧啮合。
附图说明
参照以下的详细描述，并连同附图一起考虑，本发明的优点将容易地被意识到同时更好地理解，在所述附图中：
图1是机动车辆发动机的正视图，该发动机包括一依据本发明一方面的解耦器总成；
图2是解耦器总成的局部放大剖视图；
图3是解耦器总成中离合器弹簧的立体图；
图4是用于支撑解耦器总成中离合器弹簧一端的托架的立体图；
图5是安装到托架上的离合器弹簧的立体图；
图6是本发明第二实施例解耦器总成的立体分解图；
图7是本发明第二实施例解耦器总成的剖视图；
图8是本发明第三实施例解耦器总成的剖视图。
具体实施方式
参考附图，图1中的10概括地指示一机动车辆发动机。发动机10包括一曲轴12，该曲轴驱动蛇形的环状皮带14，如本领域普通技术人员所公知的那样。发动机10也包括由皮带14驱动的皮带驱动件16。如在下文中所更详细描述的解耦器总成20，该解耦器总成工作地安装于皮带14和皮带驱动件16之间，用于在皮带14相对于皮带驱动件16减速时，把皮带驱动件16从皮带14自动解耦，并且允许皮带14的速度相对于皮带驱动件16波动。此外，关于解耦器总成结构与功能的详细描述可以在本发明人的美国专利6,083,130中找到，该专利公告于2000年7月4日，在此引入本文中作为参考。
参考图2，解耦器总成20包括轮毂22，该轮毂22具有对置的第一端24和第二端26以及在两者之间轴向延伸的大体呈圆柱形的体部28。体部28包括对置的内表面30和外表面32，这两个表面在轮毂22的第一端24和第二端26之间延伸。内表面30包括许多的邻近第一端24的内螺纹33，用于把轮毂22紧固到来自皮带驱动件16的传动轴15上。在第一端24内形成一直径减小的部分34。直径减小部分34包括外安装表面36，该表面具有小于体部28的外直径。与第二端26相对的邻接表面38在外安装表面36与体部28之间大致径向地延伸。一环形的止推垫圈39靠着邻接表面38置于外安装表面36上。
一套筒40形成于内第二端26内，用于在其内容纳一合适的工具，该工具可旋转地把轮毂22拧到传动轴15上。一环形的第一凸缘41邻近于第二端26从体部28径向地向外延伸。第一凸缘41包括外凸缘表面42，该凸缘表面42的外直径大于体部28。一环形表面44在体部28与外凸缘表面42之间大体上径向地延伸，与第二端26相对。在环形表面44内形成一大体上螺旋形的第一槽46，确定位于其中的第一定位表面48。
一大致呈圆柱形的皮带轮50可旋转地轴颈连接到轮毂22上。更具体地，皮带轮50在对置的第一端52与第二端54之间延伸。皮带轮50包括一内表面56，该表面在第一端52与第二端54之间延伸。一滚珠轴承构件耦合在皮带轮50和轮毂22之间。滚珠轴承构件包括内轴承座圈58与外轴承座圈59，内轴承座圈58紧固于外安装表面36的一部分上，外轴承座圈59紧固于内表面56的一部分上，邻近皮带轮50的第一端52。多个滚珠轴承55滚动地啮合于轴承构件的内座圈58与外座圈59之间。一圆柱形的衬套60轴颈连接地安装在皮带轮50和第一凸缘41之间。轴衬60包括一衬壁62，该衬壁在内表面56邻近第二端54的部分与第一凸缘41的外凸缘表面42之间延伸。一衬套凸缘64从衬壁62向内径向延伸，并且顶靠第一凸缘41内的环形表面44。
皮带轮50包括一外周66，其内形成许多V形的凹槽68，用于滚动啮合和导引皮带14。
参考图2至5，一单向的离合器组件70工作地连接于轮毂22与皮带轮50之间。离合器组件70包括离合器弹簧71以及托架75。离合器弹簧71包括多个在一弯曲或者钩状的近端73与一相对的远端74之间延伸的螺旋形的簧圈72。优选地，离合器弹簧71由不加涂层的弹簧钢材料制成，并且具有非圆形截面用于增强摩擦接触。更加优选地，离合器弹簧71的截面是矩形的或者正方形的。离合器弹簧71受压与皮带轮50的内表面56摩擦啮合。优选地，施加一与滚珠轴承构件所用的润滑脂类似或者相容的(compatible)润滑剂，以将离合器弹簧71和皮带轮50内表面56之间的磨损减到最少。
托架75旋转地安装在轮毂22上。托架75大体是环形的，并且在相对的第一侧76与第二侧78之间轴向地延伸。一钩形的槽84形成于托架75的第二侧78内，其构形为可以保持离合器弹簧71的钩状近端73。一大体上螺旋形的槽86形成于托架75的第二侧78内，确定第二定位表面88，该定位表面大致与环形表面44内的第一定位表面48相对。
参考图2，一螺旋形的扭转弹簧90在轮毂端92与托架端94之间延伸。为了在轮毂22与托架75之间传递扭矩，扭转弹簧90在第一定位表面48与第二定位表面88之间轴向压缩。更具体地，扭转弹簧90的轮毂端92停留在轮毂22的第一槽46内。类似的，扭转弹簧90的托架端94停留在托架75第二侧78的第二槽86内。扭转弹簧90压缩引起的轴向力使托架75的第二侧78保持与止推垫圈39顶接啮合。扭转弹簧90也允许托架75与轮毂22之间的相对运动，以调节由于通常的发动机运行速度波动变化而引起的皮带轮50的速度变化。扭转弹簧90和离合器弹簧71沿相反的方向卷绕。
一盖100固定安装在形成于皮带轮50内的凸缘102上，用于防止污染物进入解耦器总成20以及把润滑剂保持在解耦器总成20内。
在运行中，开动发动机10，皮带14由发动机10驱动，皮带轮50在皮带14的驱动方向加速以及旋转。皮带轮50在被驱动方向的加速以及相对于轮毂22的旋转产生了皮带轮50内表面56与优选地离合器弹簧71的所有簧圈72之间的摩擦。应该理解，甚至在开始时，离合器弹簧71的至少一簧圈72与皮带轮50的内表面56摩擦啮合，离合器弹簧71仍然会工作。离合器弹簧71螺旋形地卷绕，从而，皮带轮50的内表面56与至少一簧圈72之间的摩擦，将会引起离合器弹簧71迅速地向外扩张并且夹紧皮带轮50的内表面56。皮带轮50在相对于轮毂22的驱动方向的继续转动将引起往外径向力大致指数增加，该往外径向力由簧圈72施加于内表面56，直至离合器弹簧71的所有簧圈72与皮带轮50完全制动啮合。当离合器弹簧71与内表面56完全啮合时，皮带轮50的转动完全地沿来自皮带驱动件16的传动轴15的转动方向。此外，离心力帮助使离合器弹簧71保持在与皮带轮50内表面56制动啮合。
托架75沿驱动方向的旋转运动通过扭转弹簧90传递到轮毂22上，从而，大体上，托架75、止推垫圈39、轮毂22以及来自皮带驱动件16的传动轴15与皮带轮50一起转动。此外，扭转弹簧90弹性地允许托架75与轮毂22之间的相对运动，从而调节由发动机10运行速度波动引起的皮带轮50的速度波动。
当皮带轮50减速时，旋转着的传动轴15以及皮带驱动件16内的旋转物质的惯性驱动轮毂22，轮毂22一开始会“超越”皮带轮50或者继续沿驱动方向以比皮带轮50高的速度转动。特别是，轮毂22相对于皮带轮50更高的速度引起离合器弹簧71相对于皮带轮50的内表面56径向收缩。离合器弹簧71与皮带轮50之间的制动啮合脱开，从而允许轮毂22和来自皮带驱动件16的传动轴15相对于皮带轮50的超越。当皮带轮50相对于离合器组件70以及轮毂22减速时，簧圈72可能继续与内表面56摩擦啮合。当皮带轮50加速超过轮毂22的速度时，离合器弹簧71的簧圈72开始再一次与内表面制动啮合。
参考图6和7，显示了解耦器总成20’的第二实施例，其中，与第一实施例中元件类似的另一实施例中的元件用加撇的参考字符指引。解耦器总成20’安装于发动机的输出或者曲轴106与皮带14’之间，以允许皮带14’超越曲轴106。解耦器总成20’包括一大体为环状的弹簧支架110。轮毂22’的槽46’有一大体呈U形的截面，用以在其中保持弹簧支架110。
第一突出部112从弹簧支架110伸出。在扭转弹簧90’的轮毂端92’处形成第一槽口114，以在其中轴向地容纳第一突出部112。第一突出部112与第一槽口114之间的啮合阻止扭转弹簧90’的轮毂端92’相对于弹簧支架110和轮毂22’的旋转运动。类似的，第二突出部116从皮带轮的连接壁128伸出。在托架上形成第二槽口118，以在其中轴向容纳第二突出部116。第二突出部116与第二槽口118之间的啮合阻止托架75’相对于皮带轮的相对旋转运动。
皮带轮50’包括一用于在其中座放皮带14’的外周120以及一内凸缘部分122。内凸缘部分122具有大体上呈U形的横截面，由外皮带轮壁124与内皮带轮壁126以及延伸于其间的第一连接壁128确定。托架75’保持在外皮带轮壁124与内皮带轮壁126以及内凸缘部分122的第一连接壁128之间，因此，托架75’随皮带轮50’转动。第二连接壁130在外皮带轮壁124与外周120之间径向地延伸。
托架75’包括一槽或者切口132，该槽或者切口132有助托架75’弯曲并且适应于与解耦器总成22’的转动相关联的荷载。
参照图8，显示了解耦器总成20”的第三实施例，其中，在随后的装配操作中，轮毂22”的体部28”和第一凸缘41”分别地形成并且相互固接。轮毂22”的体部28”大体是圆柱形的，并且在第一端24”与第二端26”之间延伸。第一凸缘41”包括一安装部分140，该安装部分具有一中心孔142，用于穿过其容纳轮毂22”的外凸缘表面36”。第一凸缘41”包括一大体上呈U形的横截面，由端壁134大体上平行的凸缘内壁136与凸缘外壁138之间径向地延伸而确定。弹簧支架110”保持在凸缘内壁136、凸缘外壁138以及端壁134之间，因此，弹簧支架110”与第一凸缘41”一起转动。
皮带轮50”的外边缘120”以及内凸缘部分122”分别地形成，并在随后的装配操作中使用合适的方法(例如焊接)相互固接。内凸缘部分122”的大体上呈U形的横截面开口朝向第一凸缘41”。托架75”被保持在外皮带轮壁124”与内皮带轮壁126”以及第一连接壁128”之间，因此，托架75”与皮带轮50”一起转动。
一环状板143邻近于顶接表面38”同心地安装在外安装表面36”上。止推垫圈144置于第一凸缘41”与环状板143之间。止推垫圈144与凸缘41”的端壁134轴向间隔开，用以在其间容纳皮带轮50”的内凸缘部分122”。
一扭转震动阻尼器146，如本领域内的技术人员所知，紧固安装至第一凸缘41”的外凸缘壁138，用于缓冲发动机运行相联系的曲轴106处所受的震动。
已经以示例的方式描述了本发明，应该理解，所使用的术语确定为是描述性的而不是限制性的。根据以上的教导，本发明的许多修改以及变化是可能的。因此，应该理解在所附权利要求的范围内，本发明能够以所具体描述以外的方式实施。

Claims (29)

1.一种用于在轴与驱动皮带之间传递扭矩的解耦器总成，所述解耦器总成包括：
一构形为固定地安装至所述轴的轮毂，所述轮毂包括一形成于其中的螺旋形的第一槽；
一可旋转地安装至所述轮毂的托架，所述托架包括一形成于其中的螺旋形的第二槽；
一在一轮毂端与一托架端之间延伸用于在所述轮毂与托架之间传递扭矩的扭转弹簧，其中，所述轮毂端被保持在所述螺旋形的第一槽内，用于防止所述扭转弹簧的所述轮毂端与所述轮毂之间的相对运动，并且，所述托架端被保持在所述螺旋形的第二槽内，用于防止所述扭转弹簧的所述托架端与所述托架之间的相对运动；
一可旋转地耦合于所述轮毂的皮带轮，所述皮带轮具有一外周，所述外周构形为与所述驱动皮带摩擦啮合，所述皮带轮具有形成于其中的内表面；
一离合器弹簧，所述离合器弹簧固定地紧固至所述托架，具有多个由无涂层的弹簧钢材料制成的螺旋形簧圈且与所述皮带轮的所述内表面摩擦啮合，以选择性地耦合所述轮毂与皮带轮，所述扭转弹簧与所述离合器弹簧以相反的方向盘绕，以使所述离合器弹簧在所述皮带轮相对于所述轮毂加速的期间扩张至与所述内表面的夹紧啮合，而在所述皮带轮相对于所述轮毂减速的期间收缩而脱出与所述内表面的夹紧啮合；
润滑剂，所述润滑剂置于所述离合器弹簧与皮带轮的所述内表面之间以将两者之间的磨损减到最小；以及
止推垫圈，所述止推垫圈抵靠所述托架安装在所述轮毂上。
2.如权利要求1所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一在第一与第二端之间轴向延伸的体部。
3.如权利要求2所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一在第一与第二端之间延伸的圆柱形的外表面。
4.如权利要求3所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一第一凸缘，该第一凸缘从所述体部径向地往外延伸以确定一直径大于所述体部的外凸缘表面。
5.如权利要求4所述的解耦器总成，其特征在于：所述第一凸缘包括一在所述体部与所述外凸缘表面之间径向延伸的环形表面。
6.如权利要求5所述的解耦器总成，其特征在于：所述螺旋形的第一槽形成于所述环形表面内，用于在其中保持所述扭转弹簧的所述轮毂端，以防止所述扭转弹簧的所述轮毂端与所述轮毂之间的相对运动。
7.如权利要求6所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一直径减小的部分，该部分具有一直径小于所述轮毂的所述体部的外安装表面。
8.如权利要求7所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一在所述体部与所述外安装表面之间径向延伸的邻接表面。
9.如权利要求8所述的解耦器总成，其特征在于：所述托架呈环形，并且在相对的第一与第二侧之间轴向延伸。
10.如权利要求9所述的解耦器总成，其特征在于：所述螺旋形的第二槽形成于所述托架的所述第一与第二侧之一内，用于在其中保持所述扭转弹簧的所述托架端，以防止所述扭转弹簧的所述托架端与所述托架之间的相对运动。
11.如权利要求10所述的解耦器总成，其特征在于：所述离合器弹簧在一钩形的近端与一相对置的远端之间延伸。
12.如权利要求11所述的解耦器总成，其特征在于：至少所述托架的所述第一与第二端之一包括一钩形槽，以在其中保持所述离合器弹簧的所述钩形近端，用于防止所述离合器弹簧的所述钩形近端与所述托架之间的相对运动。
13.如权利要求12所述的解耦器总成，其特征在于：所述离合器弹簧包括一非圆形的截面，以改善所述多个簧圈与所述皮带轮的所述内表面之间的摩擦啮合。
14.如权利要求13所述的解耦器总成，其包括一轴承元件，该轴承元件安装于所述皮带轮与所述轮毂之间，以把所述皮带轮可旋转地安装于所述轮毂上。
15.如权利要求14所述的解耦器总成，其特征在于：置于所述离合器弹簧与皮带轮的所述内表面之间的所述润滑剂是第一润滑剂，并且所述解耦器总成包括第二润滑剂，所述第二润滑剂同所述轴承元件联系在一起用于将其中的磨损减到最少，所述第一润滑剂与所述第二润滑剂相容，从而，假如所述第二润滑剂从所述轴承元件中移出，并与位于所述离合器弹簧和所述内表面之间的所述第一润滑剂混合，所述解耦器继续起作用。
16.如权利要求15所述的解耦器总成，其特征在于：所述轴承元件包括一滚珠轴承组件，该滚珠轴承组件具有一啮合所述轮毂的内轴承座圈以及一啮合所述皮带轮的外轴承座圈。
17.如权利要求16所述的解耦器总成，其特征在于：所述止推垫圈座置于所述直径减小部分的所述外安装表面上，用于在所述托架与所述轮毂之间轴向地压缩所述扭转弹簧。
18.如权利要求17所述的解耦器总成，其特征在于：所述滚珠轴承组件的所述内轴承座圈压配合至所述直径减小部分的所述外安装表面上，以使所述止推垫圈保持紧靠着所述邻接表面，借此维持所述扭转弹簧的所述轴向压缩。
19.如权利要求18所述的解耦器总成，其特征在于：所述托架包括一切口，该切口允许所述托架挠曲并适应与解耦器总成转动相关的荷载。
20.一种用于在一发动机从动曲轴与一驱动皮带之间传递扭矩的解耦器总成，所述解耦器总成包括：
一构形为固定地安装至曲轴的轮毂；
一固定地紧固于所述轮毂的弹簧支架，所述弹簧支架具有一从其伸出的第一突出部；
一可旋转安装于所述轮毂上的托架，所述托架具有第二槽口；
一在一轮毂端与一托架端之间延伸用于在所述弹簧支架与托架之间传递扭矩的扭转弹簧，其中，所述轮毂端包括与所述第一突出部啮合的第一槽口，用于阻止所述扭转弹簧的所述轮毂端与所述弹簧支架之间的相对转动；
一可旋转地耦合于所述轮毂的皮带轮，所述皮带轮具有一外周，所述外周构形为与所述驱动皮带摩擦啮合，所述皮带轮具有形成于其中的内表面，所述皮带轮包括与所述第二槽口啮合的第二突出部，用于阻止所述托架与所述皮带轮之间的相对转动；
一固定地紧固至所述托架的离合器弹簧，所述离合器弹簧具有多个与所述皮带轮的所述内表面摩擦啮合的螺旋形的簧圈，用于选择性地耦合所述轮毂与皮带轮，所述扭转弹簧与所述离合器弹簧反向地盘绕，以使所述离合器弹簧在所述轮毂相对于所述皮带轮加速的期间扩张至与所述内表面的夹紧啮合，且在所述轮毂相对于所述皮带轮减速的期间收缩而脱出与所述内表面的夹紧啮合。
21.如权利要求20所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一在第一与第二端之间延伸的体部。
22.如权利要求21所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一直径减小的部分，该直径减小部分确定了一具有小于所述体部的外直径的外安装表面。
23.如权利要求22所述的解耦器总成，其特征在于：所述轮毂包括一在所述外安装表面与所述体部之间延伸的邻接表面。
24.如权利要求23所述的解耦器总成，所述解耦器总成包括一具有一安装部分的凸缘，该安装部分用于把所述凸缘固定地安装到所述外安装表面上。
25.如权利要求24所述的解耦器总成，其特征在于：所述凸缘包括一U形截面，由在内凸缘壁与外凸缘壁之间延伸的端壁确定。
26.如权利要求25所述的解耦器总成，其特征在于：所述托架被保持在所述内凸缘壁和外凸缘壁与所述端壁之间，从而，所述托架与所述离合器弹簧和所述凸缘一起旋转。
27.如权利要求26所述的解耦器总成，其特征在于：所述皮带轮包括一具有U形截面的内凸缘部分，该内凸缘部分由一在外皮带轮壁与内皮带轮壁之间延伸的连接壁确定。
28.如权利要求27所述的解耦器总成，其特征在于：所述弹簧支架被保持在所述外皮带轮壁与内皮带轮壁和所述连接壁之间，从而，所述弹簧支架与所述皮带轮一起旋转。
29.如权利要求28所述的解耦器总成，所述解耦器总成包括一止推垫圈，该止推垫圈置于所述具有安装部分的凸缘的所述安装部分与所述邻接表面之间，以持续地作用于所述弹簧支架和托架的所述第一与第二突出部，使所述弹簧支架和托架的所述第一与第二突出部分别与所述扭转弹簧的所述轮毂端和托架端的所述第一槽口和第二槽口相啮合。
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