第八章答案.docx
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第八章答案
第八章答案
授课题目
第一讲:
§1概论
教具准备
多媒体课件
授课日期
课时安排
2学时
教学目的与要求
1、理解液压传动的基本原理、两个重要的基本概念;
2、学会液压传动的组成;
3、理解液压传动的优缺点及应用;
4、知道液压技术发展动态。
教学重点难点
液压传动的基本概念(难点);液压传动的基本理论(重点)
教学设计与时间安排
方法及手段
在第一讲进行之前,首先组织学生观看液压传动在国民经济各领域中的应用等相关内容的录像,为进一步学习车床的传动系统和主要结构做准备。
一、【复习提问】5分钟
①什么是液压传动?
液压传动——利用液体静压力传递动力
液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。
液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量。
二、【导入】5分钟
液压传动的工作原理?
液压传动的工作原理,可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。
三、【新课内容及实践】75分钟
点睛:
本章学习技巧
头脑中有液压传动的画面,紧跟屏幕,注意液体流动的方向。
第一节液压传动的工作原理
一、液压传动系统的工作原理
图1-1液压千斤顶工作原理图
1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4,7—单向阀5—吸油管6,10—管道
8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱
通过对上面液压千斤顶工作过程的分析,可以初步了解到液压传动的基本工作原理。
液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。
压下杠杆时,小油缸2输出压力油,是将机械能转换成油液的压力能,压力油经过管道6及单向阀7,推动大活塞8举起重物,是将油液的压力能又转换成机械能。
大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。
由此可见,液压传动是一个不同能量的转换过程。
1、简化模型
在液压传动中,人们利用没有固定形状但具有确定体积的液体来传递力的运动。
下图是一个经过简化的液压传动模型。
图中有两个直径不同的液压缸2和4,缸内各有一个与内壁紧密配合的活塞。
如图活塞5上有重物W则当活塞1上施加的力F达到一定大小时,就能阻止重物W下降。
2、力比和速比
1)等压特性:
根据帕斯卡定律“平衡液体内某一点的液体压力等值地传递到液体内各处”,即:
输出端的力之比等于二活塞面积之比。
P1=P2=P=F/A1=W/A2
或:
W/F=A2/A1
2)等体积特性:
假设活塞1向下移动体积L1’则液压缸被挤出的液体体积为A1L1。
这部分液体进入液压缸4,使活塞5上升L2,其让出的体积为A2L2。
即:
A1L1=A2L2或L2/L1=A1/A2
进一步认为这些动作是在时间t内完成,活塞1的速度v1=L1/t,活塞5的速度v2=L2/t,则有:
V2/V1=A1/A2
这说明输出,输入的位移和速度都与二活塞面积成反比。
上式可写成:
A1V1=A2V2
这在流体力学中称为液流连续性原理,它反映了物理学中质量守恒这一现实。
3.能量守恒特性WV2=FV1
注:
等式左边和右边分别代表输出和输入的功率。
这说明能量守恒也适用于液压传动。
通过以上分析,上述模型中两个不同面积的活塞和液压缸相当于机械传动中的杠杆,其面积比相当于杠杆比,即A1/A2=b/a。
因之采用液压传动可达到传递动力,增力,改变速比等目的,并在不考虑损失的情况下保持功率不变。
4.两个重要概念
1.液压传动中的液体压力取决于负载
2.流量决定速度
第二节液压传动系统的组成及图形符号
图1-2为一台简化了的机床工作台液压传动系统。
我们通过它进一步了解液压传动系统应具备的基本性能和组成情况。
图1-2机床工作台液压系统工作原理图
1—工作台2—液压缸3—活塞4—换向手柄5—换向阀
6,8,16—回油管7—节流阀9—开停手柄10—开停阀
11—压力管12—压力支管13—溢流阀14—钢球15—弹簧
17—液压泵18—滤油器19—油箱
液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成。
其工作原理如下:
液压泵由电动机驱动后,从油箱中吸油。
油液经滤油器进入液压泵,油液在泵腔中从入口低压到泵出口高压,在图1-2(a)所示状态下,通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔,推动活塞使工作台向右移动。
这时,液压缸右腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。
如果将换向阀手柄转换成图1-2(b)所示状态,则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔、推动活塞使工作台向左移动,并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。
工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。
当节流阀开大时,进入液压缸的油量增多,工作台的移动速度增大;当节流阀关小时,进入液压缸的油量减小,工作台的移动速度减小。
为了克服移动工作台时所受到的各种阻力,液压缸必须产生一个足够大的推力,这个推力是由液压缸中的油液压力所产生的。
要克服的阻力越大,缸中的油液压力越高;反之压力就越低。
这种现象正说明了液压传动的一个基本原理——压力决定于负载。
二、液压传动系统的组成
提问:
液压传动系统由哪些部分组成?
从机床工作台液压系统的工作过程可以看出,一个完整的、能够正常工作的液压系统,应该由以下五个主要部分来组成:
1.能源装置(动力元件):
它是供给液压系统压力油,把机械能转换成液压能的装置。
最常见的形式是液压泵。
2.执行装置(元件):
它是把液压能转换成机械能以驱动工作机构的装置。
其形式有作直线运动的液压缸,有作回转运动的液压马达,它们又称为液压系统的执行元件。
3.控制调节装置(元件):
它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。
如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。
4.辅助装置(元件):
上述三部分之外的其他装置,例如油箱,滤油器,油管等。
它们对保证系统正常工作是必不可少的。
5.工作介质:
传递能量的流体,即液压油等。
三、液压传动系统图的图形符号
图1-3机床工作台液压系统的图形符号图
1—工作台2—液压缸3—油塞4—换向阀
5—节流阀6—开停阀7—溢流阀8—液压泵9—滤油器10—油箱
图1-2所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直观性强、容易理解的优点,当液压系统发生故障时,根据原理图检查十分方便,但图形比较复杂,绘制比较麻烦。
我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准,即“液压系统图图形符号(GB786—76)”。
第三节液压传动的优缺点及应用
一、液压传动系统的主要优点
液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要优点:
(1)由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构,这是比机械传动优越的地方。
例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克服长驱动轴效率低的缺点。
由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型工程机械上,已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方。
(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
例如,相同功率液压马达的体积为电动机的12%~13%。
液压泵和液压马达单位功率的重量指标,目前是发电机和电动机的十分之一,液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。
(3)可在大范围内实现无级调速。
借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速,调速范围可达1∶2000,并可在液压装置运行的过程中进行调速。
(4)传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。
正因为此特点,金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。
(5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等,同时液压件能自行润滑,因此使用寿命长。
(6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,而且可以实现遥控。
(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用。
液压传动优点总结
1.优点:
功率大来重量轻,大力大矩显威风;
运动平稳响应快,无机调速显神通;
操纵简单自动化,过载保护它更行;
元件标准系列化,散热润滑也出名.
二、液压传动系统的主要缺点
(1)液压系统中的漏油等因素,影响运动的平稳性和正确性,使得液压传动不能保证严格的传动比。
(2)液压传动对油温的变化比较敏感,温度变化时,液体粘性变化,引起运动特性的变化,使得工作的稳定性受到影响,所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。
(3)为了减少泄漏,以及为了满足某些性能上的要求,液压元件的配合件制造精度要求较高,加工工艺较复杂。
(4)液压传动要求有单独的能源,不像电源那样使用方便。
(5)液压系统发生故障不易检查和排除。
液压传动缺点总结
难保严格传动比,液压不宜远距离;
元件精度要求高,温度影响需注意;
信号传递不如电,液压介质很娇气;
总的效率比较低,找到故障较费力.
总之,液压传动的优点是主要的,随着设计制造和使用水平的不断提高,有些缺点正在逐步加以克服。
液压传动有着广泛的发展前景。
机械、电子(计算机)、液压三者相结合的机电液一体化技术
电子是神经,
液压是肌肉,
机械是骨头。
四、【课内小结】5分钟
总结本次课讲解内容。
本次课程是液压传动的第一次课,难点是液压传动的基本概念;举例应简单易懂,易于理解。
对两个重要概念的建立和理解对整个课程的学习至关重要。
重点是液压传动的基本理论。
观看录像10分钟。
教师边播放、边讲解,引导学生注意观察。
使学生对液压传动有一初步的感性认识。
本章开始,使学生对整章的学习方法有个大概的了解,提高学习效率。
多媒体课件演示
通过对机床工作台液压传动系统的分析使学生建立起压力决定于负载的概念
指出这是本章的重点:
适当放慢速度,要求学生学会。
重点内容结合板书便于学生记笔记。
加深理解和记忆。
引导学生带着问题学习下面的内容,一边学习,一边自己找到答案。
板书和多媒体课件结合讲解,便于理解并深印象。
通过对机床工作台液压传动系统的分析,先让学生自己总结液压传动系统的组成,最后总结出结论,便于记忆。
课后小结
本次课程是液压传动的第一次课,难点是液压传动的基本概念;举例应简单易懂,易于理解。
1.液压传动中的液体压力取决于负载
2.流量决定速度
授课题目
第二讲§2液压流体力学基础
§2-1液压油、§2-2液体静力学
教具准备
多媒体课件
授课日期
课时安排
学时
目的与要求
1、压油的粘性概念、粘度表示方法;液压油的粘温关系
2、液压油的选用原则。
3、液压油的污染及控制
4、液压油的种类。
5、液体静力学公式。
教学重点难点
液压油的粘性概念、粘度表示方法。
液压油的选用原则
教学设计与时间安排
方法及手段
一、【复习提问】3分钟
1、液压传动的两个重要概念
1)液压传动中的液体压力取决于负载
2)流量决定速度。
2、液压系统的组成?
二、【导入】4分钟
总结学生回答的问题。
引入:
液压油是液压传动系统中的传动介质,而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、冷却和防锈作用。
那么液压油具有哪些性质呢?
三、【新课内容及实践】135分钟
液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响,液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化,因此液压油的质量优劣直接影响液压系统的工作性能。
故此,合理的选用液压油也是很重要的。
一、液压油的物理特性
1、密度ρ
ρ=m/V[kg/m3]
一般矿物油的密度为850~950kg/m3
2、重度γ
γ=G/V[N/m3]
一般矿物油的重度为8400~9500N/m3
因G=mg所以γ=G/V=ρg
3、液体的可压缩性
当液体受压力作用二体积减小的特性称为液体的可压缩性。
体积压缩系数β=-▽V/▽pV0
体积弹性模量K=1/β
4、流体的粘性
液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力,液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。
粘性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动,在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。
粘性的大小可用粘度来衡量,粘度是选择液压用流体的主要指标,是影响流动流体的重要物理性质。
图1-4液体的粘性示意图
当液体流动时,由于液体与固体壁面的附着力及流体本身的粘性使流体内各处的速度大小不等,以流体沿如图1-4所示的平行平板间的流动情况为例,设上平板以速度u0向右运动,下平板固定不动。
紧贴于上平板上的流体粘附于上平板上,其速度与上平板相同。
紧贴于下平板上的流体粘附于下平板图1-4液体的粘性示意图上,其速度为零。
中间流体的速度按线性分布。
我们把这种流动看成是许多无限薄的流体层在运动,当运动较快的流体层在运动较慢的流体层上滑过时,两层间由于粘性就产生内摩擦力的作用。
根据实际测定的数据所知,流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速du成正比,而与此二流体层间的距离dz成反比,即:
F=μAdu/dz
以τ=F/A表示切应力,则有:
τ=μdu/dz(1-1)
式中:
μ为衡量流体粘性的比例系数,称为绝对粘度或动力粘度;du/dz表示流体层间速度差异的程度,称为速度梯度。
流体的粘度通常有三种不同的测试单位。
(1)绝对粘度μ。
绝对粘度又称动力粘度,它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。
动力粘度μ在物理意义上讲,是当速度梯度du/dz=1时,单位面积上的内摩擦力的大小,即:
(1-2)
动力粘度的国际单位为牛顿·秒/米2,符号为N·s/m2,或为帕·秒,符号为Pa·s。
(2)运动粘度ν。
运动粘度是绝对粘度μ与密度ρ的比值:
ν=μ/ρ(1-3)
式中:
ν为液体的动力粘度,m2/s;ρ为液体的密度,kg/m3。
运动粘度的SI单位为米2/秒,m2/s。
还可用CGS制单位:
斯(托克斯),St斯的单位太大,应用不便,常用1%斯,即1厘斯来表示,符号为cSt,故:
1cSt=10-2St=10-6m2/s
液体的运动粘度没有明确的物理意义,但它在工程实际中经常用到。
因为它的单位只有长度和时间的量纲,类似于运动学的量,所以被称为运动粘度。
它的国际计量单位为m2/s,
1m2/s=104St=106cSt(厘斯)
我国液压油的牌号就是用它在温度为40℃时的运动粘度(厘斯)平均值来表示的。
例如32号液压油,就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32mm2/s。
(3)相对粘度。
相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性的。
(4)压力对粘度的影响。
在一般情况下,压力对粘度的影响比较小,在工程中当压力低于5MPa时,粘度值的变化很小,可以不考虑。
(5)温度对粘度的影响。
液压油粘度对温度的变化是十分敏感的,当温度升高时,其分子之间的内聚力减小,粘度就随之降低。
提问:
我们知道了液压油的主要性质,那么液压系统对液压油有那些具体要求呢?
二、液压系统对液压油的要求
液压油是液压传动系统的重要组成部分,是用来传递能量的工作介质。
除了传递能量外,它还起着润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。
液压油的质量及其各种性能将直接影响液压系统的工作。
从液压系统使用油液的要求来看,有下面几点:
1.适宜的粘度和良好的粘温性能一般液压系统所用的液压油其粘度范围为:
ν=11.5×10-6~35.3×10-6m2/s(2~5°E50)
2.润滑性能好在液压传动机械设备中,除液压元件外,其他一些有相对滑动的零件也要用液压油来润滑,因此,液压油应具有良好的润滑性能。
为了改善液压油的润滑性能,可加入添加剂以增加其润滑性能。
3.良好的化学稳定性即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。
4.对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性
5.对金属材料具有防锈性和防腐性
6.比热、热传导率大,热膨胀系数小
7.抗泡沫性好,抗乳化性好
8.油液纯净,含杂质量少
9.流动点和凝固点低,闪点(明火能使油面上油蒸气内燃,但油本身不燃烧的温度)和燃点高
此外,对油液的无毒性、价格便宜等,也应根据不同的情况有所要求。
三、液压介质的种类(液压油的分类)
普通液压油
专用液压油
1、石油基液压油抗磨液压油
高粘度指数液压油
合成液压油——磷酸酯液压油
2、难燃液压油水——乙二醇液压油
含水液压油油包税乳化液
乳化液
水包油乳化油
1)石油基液压油——这种液压油是以石油的精炼物为基础,加入各种为改进性能的添加剂而成。
添加剂有抗氧添加剂、油性添加剂、抗磨添加剂等。
不同工作条件要求具有不同性能的液压油,不同品种的液压油是由于精制程度不同和加入不同的添加剂而成。
2)合成液压油——磷酸脂液压油是难燃液压油之一。
它的使用范围宽,可达-54~135℃。
抗燃性好,氧化安定性和润滑性都很好。
缺点是与多种密封材料的相容性很差,有一定的毒性。
3)—乙二醇液压油这种液体由水、乙二醇和添加剂组成,而蒸馏水占35%~55%,因而抗燃性好。
这种液体的凝固点低,达-50℃,粘度指数高(130~170),为牛顿流体。
缺点是能使油漆涂料变软。
但对一般密封材料无影响。
4)乳化液乳化液属抗燃液压油,它由水、基础油和各种添加剂组成。
分水包油乳化液和油包水乳化液,前者含水量达90%~95%,后者含水量大约40%。
提问:
我们知道了液压系统对液压油的要求,那么我们如何选用液压油呢?
四、液压油的选用
正确而合理地选用液压油,乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。
液压油有很多品种,可根据不同的使用场合选用合适的品种,在品种确定的情况下,最主要考虑的是油液的粘度,其选择考虑的因素如下。
(1)液压系统的工作压力:
工作压力较高的系统宜选用粘度较高的液压油,以减少泄露;反之便选用粘度较低的油。
例如,当压力p=7.0~20.0Mpa时,宜选用N46~N100的液压油;当压力p<7.0Mpa时宜选用N32~N68的液压油。
(2)运动速度:
执行机构运动速度较高时,为了减小液流的功率损失,宜选用粘度较低的液压油。
(3)液压泵的类型:
在液压系统中,对液压泵的润滑要求苛刻,不同类型的泵对油的粘度有不同的要求,具体可参见有关资料。
(4)工作环境温度高时选用粘度较高的液压油,减少容积损失。
总的来说,应尽量选用较好的液压油,虽然初始成本要高些,但由于优质油使用寿命长,对元件损害小,所以从整个使用周期看,其经济性要比选用劣质油好些。
-
提问:
我们学习了选用液压油,那么如何正确使用液压油以延长其使用寿命,提高经济效益呢?
五、液压油的污染与保养
液压油是否清洁,不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命,而且直接关系到液压系统是否能正常工作。
液压系统多数故障与液压油受到污染有关,因此控制液压油的污染是十分重要的。
1、液压油的污染
液压油使用一段时间后会受到污染,常使阀内的阀芯卡死,并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。
造成液压油污染的原因有三方面:
1)污染:
(1)外部侵入的污物;
(2)外部生成的不纯物
2)恶化:
液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关,其中以温度影响最大,故液压设备运转时,须特别注意油温之变化。
3)泄漏:
液压设备因配管不良,油封破损是造成泄漏的原因,泄漏发生时空气、水、尘埃便可轻易的侵入油中,故当泄漏发生时,必须立即加以排除。
2、液压油的保养
液压油经长期使用,油质必会恶化,一般皆用目视法判定油质是否恶化,当油颜色混蚀并有异味时,须立即更换;保养方法有二种:
一为定期更换(约为5000-20000小时),其次是使用过滤器定期过滤。
也可采用在线监控液压油是否达到规定值,定期抽查液压油。
液压油的粘度、酸值、水分及杂质是确定液压油是否更换的重要指标。
提问:
我们学习液压油的性质,那么液压油在静止或运动时具有哪些力学规律呢?
我们首先研究液体在静止状态下的力学规律。
第二节液体静力学
一、液体静压力:
静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。
静压力在液压传动中简称压力,在物理学中则称为压强。
如何定义液体中某点的压力?
2.液体静压力有两个重要特性:
(1)液体静压力垂直于承压面,其方向和该面的内法线方向一致。
这是由于液体质点间的内聚力很小,不能受拉只能受压之故。
为什么?
(2)静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。
为什么?
如果某点受到的压力在某个方向上不相等,那么液体就会流动,这就违背了液体静止的条件。
二、液体静力学方程
pdA=p0dA+γhdA
故p=p0+γh
(1)静止液体中任一点的压力均由两部分组成,即液面上的表面压力p0和液体自重而引起的对该点的压力γh。
(2)静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布,且在同一深度上各点的压力相等,压力相等的所有点组成的面为等压面,很显然,在重力作用下静止液体的等压面为一个平面。
(3)可通过下述三种方式使液面产生压力p0:
三、压力的表示方法及单位
(1)绝对压力=大气压力+表压力
(2)表压力=绝对压力-大气压力
(3)真空度=大气压力-绝对压力
压力单位为帕斯卡,简称帕,符号为Pa,1Pa=1N/m2。
由于此单位很小,工程上使用不便,因此常采用它的倍单位兆帕,符号MPa。
1Mpa=105Pa
四、帕斯卡原理:
在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。
这就是帕斯卡原理或静压传递原理。
图中是运用帕斯卡原理寻找推力和负载间关系的实例。
图中垂直、水平液压缸截面积为A1、A2;活塞上负载为F1、F2。
两缸互相连通,构成一个密闭容器,则按帕斯卡原理,缸内压力到处相等,p1=p2,于是F2=F1.A2/A1,如果垂直液缸活塞上没负载,则在略去活塞重量及其它阻力时,不论怎样推动水平液压缸活塞,不能在液体中形成压力。
F1=F2A1/A2
五、液压静压力对固体壁面的作用力
结论:
作用在曲面上的液压力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积
四、【课内小结】
总结本次课的主要内容。
1)学会液压油的粘性概念、粘度表示方法。
2)学会液压油的选用原则。
3)学会液压油的污染及控制
4)知道液压油的种类。
5)学会液体静力学公式。
6)压力的表示方法
使学生积极回忆:
液压传动的两个重要概念,液压传动的两个重要概念的建立和理解对整个课程的学习至关重要。
提示:
液压系统由五部分组成。
强调:
粘性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动,在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。
公式讲解一带而过,不必细究,知道公式的出处即可。
强调:
重点学会液压油的粘度,特别是运动粘度的概念。
注意板书和多媒体课件相结合,提高教学效果。
强调:
学会液压油牌号的定义,会解释某种液压油的牌号的含义。
强调:
普通液压油属于石油基液压油,是以石油地精炼物未基础,加入抗氧化或抗磨剂等混合而成的液压油,不同性能、不同品种、不同精度则加入不同的添加剂。
强调:
学会液压油选用最主要考虑的是油液的粘度。
提示:
关于液压油的选用建议学生做笔记。
授课题目
第四讲§2-2液体动力学
教具准备
多媒体
授课日期
第四周
(1)
课时安排
2
教学目的与要求
1、学会伯努利方程的应用。
2、理解动量方程的含义。
记住动量方程应例题的结论。
教学重点难点
1、学会
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- 关 键 词:
- 第八 答案