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1、 摘 要 螺旋夾緊器是利用人力作用使螺桿上下做直線運動為原理的簡單機械機構,使用起來比較方便，可用于科研、化工、工業(yè)等場所。本設計是用于較小工件、零件等機加工時常用的螺旋夾緊器裝置,它可以將螺旋運動轉(zhuǎn)換為直線運動，實現(xiàn)使用較小的人力去固定和夾緊物體，從而達到減輕人類勞動、提高勞動生產(chǎn)效率。其工作原理是通過人力作用，將動力傳導到螺旋副，使螺桿上下作直線運動達到固定和夾緊作用。 所設計的螺旋夾緊器是以零件的設計計算與校核為主要內(nèi)容的設計，包括螺旋副、螺桿和螺母的設計計算與校核及其它零部件的選擇確定，最后運用AutoCAD軟件分別畫出所設計的螺旋夾緊器的各個零部件及裝配圖。 關鍵詞

2、：螺旋，夾緊器，設計 ABSTRACT Screw Clamp is the use of human role to screw up and down to do a simple linear motion machinery for the principle of agency, so that it is more convenient to operate, can be used for research, chemicals, industry and other places. This d

3、esign is used for spiral clamping device where small parts and machine parts are processed, which can convert the spiral movement to linear motion. It can make an achievement of using smaller manpower to fix and clamp objects. Therefore, human labor is relieved and working productivity is improved.

4、Its principle is that through the manpower, the power is transmitted to the screw to make it up and down in a straight line to reach the effect of fixing and clamping. The main content of the design of the spiral clamp is calculation and checking of machine parts, which include screw pair, screw and

5、 nut and other parts’ selection. Finally using AutoCAD software respectively work out all the parts and assembly drawing of the Screw Clamp design. KEYWORDS: screw, clamp, design 目 錄 前言 1 第1章 課題要求 2 1.1主要內(nèi)容與要求 2 1.2主要技術指標 2 第2章 方案的擬定 3 第3章 螺旋副及其結(jié)構設計 5 3.1螺桿設計與計

6、算 6 3.1.1材料選擇 6 3.1.2尺寸設計 6 3.1.3螺桿尺寸校核與確定 9 3.2螺母設計與計算 13 3.2.1材料選擇 13 3.2.2尺寸設計 13 3.2.3螺母尺寸校核與確定 15 第4章 其它零部件及其結(jié)構設計 17 4.1手柄設計 17 4.1.1材料選擇 17 4.1.2尺寸設計與確定 17 4.2基座設計 18 4.2.1材料選擇 18 4.2.2尺寸設計與確定 18 4.3機架設計 19 4.3.1材料選擇 19 4.3.2尺寸設計與確定 19 4.4其他零部件設計 19 第5章 結(jié)論 20 致謝 21 參考文獻 22

7、 附錄1 23 附錄2 24 22 前 言 人類在長期的生產(chǎn)實踐中創(chuàng)造了機器，并使其不斷發(fā)展形成了當今多種多樣的類型。20世紀80年代以來，以微電子、信息、新材料、系統(tǒng)科學等為代表的新一代科學技術的發(fā)展及其在機械工程領域中的廣泛滲透、應用和衍生，極大地拓展了機械產(chǎn)品設計制造活動的深度和廣度，改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品設計方法、產(chǎn)品結(jié)構、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和設備以及生產(chǎn)組織模式，產(chǎn)生了一大批新的機械設計制造方法和制造系統(tǒng)。在現(xiàn)代生產(chǎn)和日常生活中，機器已成為代替或減輕人類勞動、提高勞動生產(chǎn)率的主要手段，也是完

8、成人類難以承擔的各種復雜和危險勞動的重要工具。機器在現(xiàn)代社會中的應用隨處可見，如起重機、汽車、車床、電動機、內(nèi)燃機等，使用機器進行生產(chǎn)的水平是衡量一個國家的技術水平和現(xiàn)代化程度的重要標志。 機械是人類生產(chǎn)和生活的基本工具要素之一，是人類物質(zhì)文明最重要的一個組成部分。機械工業(yè)擔負著向國民經(jīng)濟各部門，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和社會生活各個方面提供各種性能先進、使用安全可靠的技術裝備任務，在國家現(xiàn)代化建設中占有舉足輕重的地位。隨著機械化生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，除機械制造部門外，在動力、采礦、冶金、石油、化工、輕紡、食品等許多生產(chǎn)部門工作的工程技術人員，都會經(jīng)常接觸各種類型的機械。螺旋夾緊器是利用人力作用使螺桿上

9、下做直線運動為原理的簡單機械機構,使用起來比較方便，可用于科研、化工、工業(yè)等場所。 本設計是工業(yè)等各個領域常用的螺旋夾緊器裝置，是以零件的設計計算為主要內(nèi)容的設計。螺旋夾緊器裝置可以將螺旋運動轉(zhuǎn)換為直線運動，實現(xiàn)使用較小的人力去固定和夾緊物體，從而達到減輕人類勞動、提高勞動生產(chǎn)效率。其原理是通過人力作用，將動力傳導到螺旋副，使螺桿上下作直線運動達到固定和夾緊作用。 主要設計內(nèi)容包括螺旋副、螺桿和螺母的設計計算與校核及其它零部件的選擇確定。設計過程綜合機械設計基礎的大部分內(nèi)容，通過設計進一步掌握機械傳動部件和簡單機械裝置的設計，具備運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料的能力，提高機械

10、設計能力，為日后從事技術革新創(chuàng)造條件。 第1章 課題要求 1.1主要內(nèi)容與要求 1、方案的擬定 2、材料選擇 3、零部件及結(jié)構的初步設計 4、受力件的校核計算 5、零部件及結(jié)構設計的最終確定 6、編寫設計說明書 7、繪制零件圖及裝配圖 1.2主要技術指標 1、最大夾緊力為25KN 2、夾持物最大尺寸為150mm 第2章 方案的擬定 螺旋傳動是通過螺桿和螺母的旋合傳遞運動和動力，主要用來把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。 1、按使用要求的不同可分為以下三類： （1）傳力螺旋，以

11、傳遞動力為主，要求用較小的力矩轉(zhuǎn)動螺桿（或螺母）而使螺母（或螺桿）產(chǎn)生軸向運動和較大的軸向力，這個軸向力可以用來做起重和加壓等工作。 （2）傳導螺旋，以傳遞運動為主，并要求具有很高的運動精度，它常用作刀架或工作臺的進給機構。 （3）調(diào)整螺旋，用于調(diào)整并固定零件或部件之間的相對位置。 2、按摩擦性質(zhì)的不同可分為以下三類： （1）滑動螺旋，常用梯形、矩形或鋸齒型螺旋副，滑動螺旋結(jié)構簡單、便于制造、易于自鎖，應用廣泛。 （2）滾動螺旋，在螺桿和螺母之間有可滾動的鋼球?qū)烧吒糸_，將螺旋副的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。 （3）靜壓螺旋，螺桿與螺母螺旋面間被注入的壓力油膜分隔開，螺旋副表面處于液體摩

12、擦狀態(tài)。 此設計為螺旋夾緊器裝置，用于固定和夾緊物體，由于螺旋夾緊器結(jié)構簡單、成本低，故選用傳力螺旋且是滑動螺旋。如圖2-1，螺旋夾緊器裝置在工件加工過程中使用極為普遍，屬于夾具，是夾緊物體和固定物體的重要機械，主要由螺旋副、螺桿、螺母、手柄、基座和機架等組成。螺母固定在機架上，以圓周運動搖動搖柄，搖柄將動力傳給螺桿，螺桿在螺母中上下作直線運動，螺桿向上運動時，螺旋夾緊器處于不工作狀態(tài)，螺桿向下運動時，被夾物體所受壓力越來越大，從而達到固定和夾緊作用。 圖2-1 螺旋夾緊器 第3章 螺旋副及其結(jié)構設計

13、 螺旋副由螺桿和螺母組成，是螺旋夾緊器必不可少的重要組成部分。螺旋副在工作中起到了決定性作用，因此選擇材料時要嚴格按照要求。螺桿和螺母的材料除要求有足夠的強度、耐磨性外，還要求兩者配合時摩擦系數(shù)小。一般螺桿選用Q275、45、50鋼等；重要螺桿可選用T12、40Cr、65Mn鋼等，并進行熱處理。常用的螺母材料有鑄造錫青銅ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5,重載低速時可選用強度高的鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3；在低速輕載，特別是不經(jīng)常運轉(zhuǎn)時，也可選用耐磨鑄鐵。 表3-1 滑動螺旋副常用材料及應用范圍 螺旋副 材料牌號 應用范圍

14、螺桿 Q235、Q275、 45、50 材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運動，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動 40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi 材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動 9Mn2V、CrWMn 38CrMoAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導螺旋傳動 螺母 ZCu10P1、 ZCu5Pb5Zn5 材料減摩、耐磨性好，用于一般傳動。 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，強度高，用于重載低速傳動。對于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青

15、銅或巴氏合金 滑動螺旋傳動的主要零件是螺桿和螺母。螺桿材料應有足夠的強度和耐磨性，以及良好的加工性，對于精密傳動螺旋，還要求熱處理后有較好的尺寸穩(wěn)定性。螺母材料除應具有足夠的強度外，還要求與螺桿配合傳動時摩擦因數(shù)小、耐磨性好。常用螺旋副材料如表3-1。 3.1螺桿設計與計算 3.1.1材料選擇 本設計是常用的螺旋夾緊器，其特點是重載低速，螺旋副的傳動螺桿采用經(jīng)熱處理的合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr制成，熱處理硬度值為200HB，抗拉強度，屈服強度，具有一定的耐磨性。 3.1.2尺寸設計 本設計的螺旋夾緊器螺桿尺寸可根據(jù)使用要求及條件確定。螺旋傳動按其螺旋副的摩擦性質(zhì)不同，分為滑動螺

16、旋副，滾動螺旋副和靜壓螺旋副?；瑒勇菪苯Y(jié)構簡單，便于制造，易于自鎖，所以螺旋夾緊器選擇滑動螺旋副。螺紋類型有矩形，梯形和鋸齒形。矩形螺紋牙型為正方形，傳動效率高，但生產(chǎn)精度較低；梯形螺紋牙根強度高，螺紋工藝性好，易加工，強度適中，傳動性能可靠；鋸齒螺紋牙根出有相當大的圓角，減小了應力集中，提高了動載強度，工作效率比梯形螺紋高,但生產(chǎn)成本高。根據(jù)機械設計手冊，選擇具有單向受力優(yōu)點的梯形單線螺紋，右旋，以達到自鎖要求。 滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性

17、計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力，使其小于材料的許用壓力。 1、按耐磨性計算螺紋尺寸值： 根據(jù)機械設計任務書技術指標給出最大夾緊力為25KN,所以本設計的軸向力可以定為，對于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，受力比較均勻，所以螺紋圈數(shù)不宜過多，故取1.2～2.5，此處取2。螺桿—螺母材料分別為鋼—青銅，滑動速度為手動低速，查機械設計手冊18～25，取。 由機械設計手冊查的梯形螺紋公式： （3-1） 將上述數(shù)據(jù)帶入（3-1）式得： 查機械設計手冊，取外螺紋大徑，螺距，牙頂間隙的梯形螺紋，如圖3-1。 圖3

18、-1 梯形螺紋基本尺寸 基本牙型高度： 外螺紋牙高： 內(nèi)螺紋牙高： 牙頂高： 外螺紋中經(jīng)： 內(nèi)螺紋中經(jīng)： 外螺紋小徑： 內(nèi)螺紋小徑： 內(nèi)螺紋大徑： 外螺紋牙頂圓角： 牙底圓角： 2、 螺旋升角： 3、 當量摩擦系數(shù)與當量摩擦角： 牙型角，螺桿與螺母材料為鋼與青銅，查機械設計手冊有摩擦因數(shù)0.08～0.10，取。 當量摩擦系數(shù)： 當量摩擦角： 3.1.3 螺桿尺寸校核與確定 一、螺桿尺寸校核 螺桿在全部旋出降至最低位置時, 其受力情況最為不利,且螺桿為一壓桿，同時承受壓力及扭矩, 因此應分

19、別按照耐磨性、自鎖條件、抗壓強度及穩(wěn)定性對螺桿進行校核計算。 1、 耐磨性條件校核： 鋸齒螺紋工作高度： 螺母高度從初步設計得： 軸向外載荷： 螺紋旋合圈數(shù)： 螺旋夾緊器滑動裝置滑動速度較低，根據(jù)螺桿和螺母材料為鋼—青銅，查資料得其許用壓強=18～25。 根據(jù)機械設計手冊查的工作壓強公式： （3-2） 由式得： =18～25 由，得所選螺桿和螺母合適。 2

20、、螺紋的自鎖性驗算： 螺紋升角： 當量摩擦角： 有，即螺紋升角小于當量摩擦角，滿足自鎖條件。 3、螺桿的強度校核： 螺桿所受轉(zhuǎn)矩： 由機械設計手冊查得當量應力公式： （3-3） 當量應力由公式算出： 確定許用應力，查表得（3～5）。因夾緊裝置屬于靜載，許用應力可取較大值： 由以上計算有，故螺桿符合要求。 4、 螺桿螺紋牙的強度校核: 查機械設計手冊有梯形螺紋牙根部寬度:

21、 查機械設計手冊得螺桿許用剪切應力，許用彎曲應力=（1.0～1.2）。由機械設計手冊及相關資料查的螺桿的剪切強度和彎曲強度的公式如下： 剪切強度公式： （3-4） 彎曲強度公式: （3-5） 剪切強度： 確定許用應力，查表得（3～5）。因夾緊裝置屬于靜載，許用應力可取較大值： 由，得所設計的螺桿符合要求。 彎曲強度：

22、 =（1.0～1.2） 由，得所設計的螺桿符合要求。 5、 螺桿的穩(wěn)定性校核： 對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向壓力大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力必須小于臨界載荷。 確定螺桿的柔度值： （3-6） 式中 -螺桿的長度系數(shù) -螺桿危險截面慣性半徑 (1)、螺桿的長度系數(shù)的確定： 螺桿上部螺母端： 在1.5～3.0內(nèi)屬于不完全固

23、定，本設計所設計的螺旋夾緊器為一端固定一端為不完全固定，查機械設計手冊，得。 （2）、螺桿危險截面慣性半徑的確定： 本設計的螺旋夾緊器，其螺桿最大工作長度主要根據(jù)外界條件和人類身高因素等確定，所以本設計螺桿的最大工作長度可以取為。 螺桿的柔度值： 臨界載荷： =2.5～4 由可得穩(wěn)定性條件滿足。 6、效率計算： 螺旋夾緊器裝置為回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，由機械設計手冊查的效率公式： （0.95～0.99） （3-7） 系數(shù)（0.95～0.99）屬于軸承效率，軸承形式為滑動軸承，

24、取小值0.95。 本設計的螺旋夾緊器根據(jù)機械設計手冊相關知識，只需要計算上升時效率，上升時支架載荷與運動方向反，取“+”號。 因為是手動螺旋夾緊裝置，故螺桿的剛度及橫向振動不予驗算。 二、螺桿尺寸最終確定 經(jīng)過計算與校核，根據(jù)計算尺寸螺桿可設計成如圖3-2,其具體尺寸見附錄1。 圖3-2 螺桿模型圖 3.2螺母設計與計算 3.2.1材料選擇 螺母材料一般可選用青銅，對于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金,ZCuAl10Fe3耐磨性好，強度高，使用于重載、低速的傳動，所以螺母材料選擇青銅ZCuAl10Fe3制成

25、。 3.2.2尺寸設計 由機械設計手冊查的求取螺母高度的公式： （3-8） 對于整體式螺母=1.2～2.5，取。 螺母高度： 螺紋中經(jīng)： 螺紋小徑： 螺紋大徑： 圖3-3 螺母相關尺寸圖 因為螺紋各圈受力不均勻，低10圈以上的螺紋實際上起不到分擔載荷的作用，所以螺紋圈數(shù)一般不宜超過10圈。取，所以，滿足10～12的要求。 螺母高度： 設計固定高度： (0.2～0.3)=0.2560=15 螺母壓入支架上的

26、孔內(nèi)，圓柱接觸面間的配合常采用間隙配合。為了安裝簡便，需在螺母上下兩端做出倒角，還應裝置緊定螺釘，緊定螺釘直徑由軸向力大小決定，一般為6～12，螺釘為，螺母螺紋的相關尺寸如圖3-3。 3.2.3螺母尺寸校核與確定 由機械設計手冊查的求取梯形螺紋牙根部寬度的公式： （3-9） 梯形螺紋牙根部寬度: 查機械設計手冊得螺母許用剪切應力=30～40，許用彎曲應力=40～60。由機械設計手冊及相關資料查的螺母的剪切強度和彎曲強度的公式如下。 剪

27、切強度公式: （3-10） 彎曲強度公式: （3-11） 根據(jù)螺母螺紋圈的受力情況并結(jié)合公式可得到如下校核計算結(jié)果。 剪切強度： 30～40 因，所以所設計螺母符合要求。 彎曲強度： 40～60 因，所以所設計螺母符合要求。 第4章 其它零部件及其結(jié)構設計 4.1手柄設計 4.1.

28、1材料選擇 螺旋夾緊器的手柄是傳遞動力的主要組成部分，因此它必須具備一定的耐磨性。手柄材料經(jīng)常采用Q235和Q215，此設計選擇Q235作為手柄材料，查機械設計手冊其。 4.1.2尺寸設計與確定 圖4-1 手柄尺寸圖 根據(jù)外界條件及人為因素，所設計的螺旋加緊器人力機械，可根據(jù)人類手臂長度來確定，所以選擇長度作為手柄長度。 查機械設計手冊的彎曲強度公式： （4-1） 把手柄看成一個懸臂梁，可由彎曲強度公式確定其直徑D,其中（為工人臂力），，。 變化公式帶入數(shù)據(jù)得： 所以取。 手柄

29、可設計成倒“工”字形，且一端設計成一個圓孔帽，使之蓋在螺桿上端并用鍵緊固，以防止手柄打滑脫離螺桿，具體尺寸如上圖4-1。 4.2基座設計 4.2.1材料選擇 基座在本設計中具有將物體固定和夾緊的作用，他相當于鉗子，是固定物體和夾緊物體的重要支柱，是螺旋夾緊器不可缺少的重要組成部分。根據(jù)機械設計常用規(guī)則，它對材料的選擇沒有嚴格要求,因此我們可以根據(jù)市場經(jīng)濟和加工成本等要求選擇QT420鑄鐵。 4.2.2尺寸設計與確定 根據(jù)設計任務書技術指標給出夾持物的最大尺寸為，本次設計的螺旋夾緊器可設計成只運用于夾持圓柱體的夾緊器，根據(jù)夾緊物最大尺寸為φ150，所以我們可以把基座設計成V

30、型形狀且角度為。上基座可根據(jù)實際裝機經(jīng)驗設計成“T”形直接裝到螺桿上，下基座可用螺栓固定在工作臺上，其形狀及具體尺寸可見附錄1。 4.3機架設計 4.3.1材料選擇 機架是機械必不可少的重要組成部分，它對機械不僅取到了固定作用，而且是整個機械的脊髓。由于鑄鐵的鑄造性能好、價廉以及吸振能力強，所以運用廣泛。本設計是螺旋夾緊器的機架，可根據(jù)市場價格要求，可選擇經(jīng)濟實惠的HT250鑄鐵。 4.3.2尺寸設計與確定 根據(jù)使用場所、受力情況和螺母尺寸，螺旋夾緊器支架可設計成門框形式，并用螺栓固定在工作臺上，其形狀和具體尺寸可見附錄1。 4.4其它零部件設計 1、根

31、據(jù)設計要求螺母采用4個的螺釘固定在機架上，下基座和機架采用12個的螺栓固定在工作臺上。 2、根據(jù)設計需要，手柄與螺桿連接處可采用鍵連接，本設計采用半圓頭普通平鍵，結(jié)合螺桿直徑并查機械設計手冊，選用的鍵為：，，。 即 1096～2003。 3、螺釘和螺栓連接處都采用墊圈，螺桿與螺母之間采用潤滑油。 第5章 結(jié) 論 螺旋夾緊器設計，主要是以設計為主，即運用大學所學的專業(yè)知識，特別是用工程制圖、金屬材料及熱處理及機械設計等相關知識設計出符合要求的夾具裝置。本設計選擇梯形螺紋,螺桿材料為調(diào)質(zhì)鋼40Cr,螺母為銅合金ZCuAl10Fe3,通過耐磨

32、性校核、螺紋自鎖性驗算、螺桿強度校核、螺紋牙強度校核及螺桿的穩(wěn)定性校核，螺旋傳動設計合理達到要求。其它零部件經(jīng)過設計和校核，滿足螺旋夾緊裝置。通過設計所得出的螺旋夾緊器，結(jié)構緊湊合理，滿足預期要求。 螺旋夾緊器設計最主要的收獲就是螺旋傳動設計方法，根據(jù)所學專業(yè)知識并結(jié)合各方面的因素從整體出發(fā)，結(jié)合實際生活經(jīng)驗從而設計出這個螺旋夾緊裝置。普通工件加工時，它可用于固定和夾緊工件，從而使工件加工更加方便和穩(wěn)定。在設計過程中，張老師作為我的指導老師，他治學嚴謹，學識淵博，視野廣闊，為我營造了一種良好的學術氛圍。他置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了明確的學術目標，領會了

33、基本的思考方式，而且還掌握了基本的設計方法。通過這次畢業(yè)設計，使我各方面的能力得到了鍛煉與提高，特別是設計能力，為我走上社會做了一個很好的鋪墊。在我畢業(yè)設計的寫作過程中，張老師兢兢業(yè)業(yè)的工作精神使我很受感動，我會以老師為榜樣，在將來的學習和工作中對每一件事都認真負責，勤奮刻苦的完成每一件事。 通過本設計，我從各個方面認識到了機械的重要性，在一步步的設計過程中，我體會到了機械人員所要求的嚴謹，同時也加強了自己的專業(yè)知識水平。電腦AutoCAD作圖的能力，機械設計手冊及其相應軟件的綜合應用是我本設計所得到的最大收獲，不僅豐富的我的綜合運用能力，而且為就業(yè)做好了鋪墊。當然在這過程中還有許多不完善的

34、東西，在以后的學習工作設計過程中要改正。 參考文獻 [1]范欽珊.工程力學[M].北京:清華大學出版社，2001. [2]侯旭明.金屬力學性能[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000. [3]史美堂.金屬材料及熱處理[M].上海:上海科學技術出版社，2005. [4]楊可楨.機械設計基礎[M].北京:高等教育出版社，2006. [5]陸鳳儀.機械設計[M].北京:高等教育出版社，2007.7. [6]孫寶鈞.機械設計課程設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994. [7]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.1. [8]曲玉峰.

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