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CN112324813A - 一种用于膜片联轴器的减振装置及其减振方法 - Google Patents

一种用于膜片联轴器的减振装置及其减振方法 Download PDF

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CN112324813A
CN112324813A CN202011208072.7A CN202011208072A CN112324813A CN 112324813 A CN112324813 A CN 112324813A CN 202011208072 A CN202011208072 A CN 202011208072A CN 112324813 A CN112324813 A CN 112324813A
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Jiangsu University of Science and Technology
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Abstract

一种用于膜片联轴器的减振装置，包括中间轴，所述中间轴为两端大直径中间小直径的套筒形结构，两端分别相继连接有中间法兰和外法兰，中间法兰与中间轴之间通过若干螺栓Ⅲ连接，中间轴的大直径孔中沿周向均布有多个动力吸振构件。所述外法兰内安置有多组膜片组，膜片组与中间法兰和外法兰通过若干螺栓Ⅰ连接。所述膜片组由多片膜片与多个减振元件相间排列并接安装，膜片组内孔套装有法兰Ⅰ，法兰Ⅰ呈阶梯状，膜片组内侧安装有挡块，法兰Ⅰ、膜片组和挡块通过若干螺栓Ⅱ连接。膜片组的放置有效增大了共振带宽，动力吸振装置轴向吸振与径向吸振并存，能承受较大载荷，减振效果增强，大大提升膜片联轴器使用寿命，满足联轴器的动力传递和结构强度。

Description

一种用于膜片联轴器的减振装置及其减振方法
技术领域
本发明涉及一种用于膜片联轴器的减振装置，具体是涉及一种用于膜片联轴器的减振结构及其减振方法，属于联轴器减振降噪领域。
背景技术
随着减振技术的高速发展，对阻尼结构提出了更高的要求，如何减少机械设备及系统的振动，提高系统的寿命及消除噪声污染受到更加广泛的重视。舰船用高弹性联轴器，传递扭矩的同时，具有高效的响应特性，同时对动力传递系统还有很好的隔振作用。膜片挠性联轴器主要是由膜片、主动轴和从动轴轴端、带有法兰盘的中间轴和连接螺栓组成，主要起到传递扭矩的作用，同时补偿轴与轴之间各种类型的偏差。
金属膜片联轴器能传递扭矩，具有弹性减振、不需润滑等的优点。但研究膜片联轴器的人员通常在结构设计上进行修改，很少有在结构减振上有所改善，因此设计出结构简单且能够降低联轴器振动传递的内部结构，对于船舶膜片联轴器减振具有重要的工程应用价值，提高联轴器的使用寿命。
申请号为201910519755.5的专利公开了一种三联膜片组的膜片联轴器，将中间膜片组与调心轴承固连在一起，利用调心球轴承的调心性能，降低由于附加位移而作用在膜片上的附加载荷，从而达到补偿较大的角向位移、轴向位移、径向位移，但是该膜片联轴器的膜片组中膜片之间直接接触，必然会增加膜片的磨损疲劳，并且三组膜片组只限制了任意方向上的随机振动，缓和冲击振动，但并不能达到良好的减振效果，而膜片联轴器的隔振特性也是评价联轴器性能好坏的一个重要参数，该型膜片联轴器在减振方面无显著提升，仍然需要不断改进。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题和缺陷，提供了一种船用膜片联轴器的减振装置。
为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案为：
一种用于膜片联轴器的减振装置，包括中间轴12，所述中间轴12为两端大直径中间小直径的套筒形结构体，中间轴12两端分别相继连接有中间法兰11和外法兰8，中间法兰11与中间轴12之间通过若干螺栓Ⅲ14连接，所述中间轴12的大直径孔中沿周向方向均布有多个动力吸振构件13，所述外法兰8内安置有多组膜片组5，膜片组5与中间法兰11和外法兰8通过若干螺栓Ⅰ4连接，所述膜片组5由多片膜片7与多个减振元件6相间排列并接安装，膜片组5内孔套装有法兰Ⅰ1，法兰Ⅰ1呈阶梯状，膜片组5内侧安装有挡块10，法兰Ⅰ1、膜片组5和挡块10通过若干螺栓Ⅱ9连接。
进一步优选，所述中间轴12大直径孔内端面上沿周向方向均布开有若干阶梯孔，所述中间法兰11与中间轴12相向的端面同一轴线沿周向方向均布开有相对应的若干阶梯孔。
进一步优选，所述动力吸振构件13包括橡胶块13-1和质量块13-2，所述橡胶块13-1为设有沉孔的圆盘，所述质量块13-2为圆柱形，所述质量块13-2的两端分别套装有橡胶块13-1，两个所述橡胶块13-1分别嵌入中间法兰11端面和中间轴12大直径孔内端面的阶梯孔中，所述橡胶块13-1沿轴向构成串联，径向构成并联。
进一步优选，所述动力吸振构件13的数量为4～6个；所述质量块13-2的直径为中间轴12大直径孔的孔壁到小直径孔的孔壁距离的1/2，长度为大直径孔深度的2/3；所述橡胶块13-1直径与中间轴12大直径孔的孔壁到小直径孔的孔壁距离相等，橡胶块13-1的沉孔部分深度为质量块13-2长度的1/6。
进一步优选，所述膜片组5的外侧并且在外法兰8内设有一垫片Ⅱ3，膜片组5的外侧并且在法兰Ⅰ1阶梯上设有一垫片Ⅰ2；所述膜片7为圆环薄板结构体，厚度为6～8mm，相邻膜片间的减振元件6为设有中心孔的圆盘，厚度为膜片7厚度的0.4～0.5倍。
进一步优选，所述膜片组5为3～6组，每组由2～4个膜片7和1～3个减振元件6组成。
进一步优选，所述减振元件6包括外环垫片6-1、阻尼结构6-2和内环垫片6-3，其中，外环垫片6-1和内环垫片6-3厚度相同，内环垫片6-3外径沿轴向方向随着组数增加呈阶梯状增大，相邻组间的减振元件6中内环垫片6-3外径与后一组中内环垫片6-3外径相同，后一组中内环垫片6-3比前一组中内环垫片6-3外径大15～20mm，减振元件6远离中心的半径方向过内环垫片6-3后的阻尼结构6-2断截面呈束腰型，所述阻尼结构6-2内部为蜂窝式空腔6-2-2，两侧为复合薄膜6-2-1，内外环为软橡胶环6-2-4，蜂窝式空腔6-2-2的腔壁6-2-3外层与复合薄膜6-2-1内壁通过一层高强度胶吸附粘贴，软橡胶环6-2-4与外环垫片6-2、内环垫片6-3胶粘接而成，复合薄膜6-2-1外表面沿半径方向呈内凹弧形，蜂窝式空腔6-2-2厚度为外环垫片6-1厚度的1/2，阻尼结构6-2断截面中心点往外延伸3/8的位置为复合薄膜6-2-1外表面内凹弧中心点，设内凹弧中心点到外环垫片6-1的垂直距离为H，复合薄膜6-2-1长为L'，根据弧半径公式
Figure BDA0002757701160000031
求出复合薄膜6-2-1外表面内凹弧半径。
进一步优选，所述腔壁6-2-3由棉麻毛毡与聚氨酯泡沫塑料复合而成，所述复合薄膜6-2-1由碳纳米管纤维制成。
进一步优选，所述膜片7材料为弹簧钢，所述橡胶块13-1材料为丁基橡胶，所述质量块13-2材料为合金钢。
进一步优选，所述法兰Ⅰ1上设有若干通孔，通孔个数在16～20个。
动力吸振构件13的工作原理：
动力吸振构件13中轴向方向两个弹簧串联，而橡胶的刚度为
Figure BDA0002757701160000032
E为橡胶弹簧的弹性模量，A1为弹簧截面积，L1为弹簧轴向长度，两个橡胶块轴向刚度分别为k1和k2，则总轴向刚度
Figure BDA0002757701160000033
动力吸振构件13中径向方向两个橡胶并联，而橡胶的刚度为
Figure BDA0002757701160000034
E为橡胶弹簧的弹性模量，A2为弹簧截面积，L2为弹簧径向长度，两个橡胶块径向刚度分别为k1和k2，则总径向刚度K2'＝k1+k2。质量m为质量块13-2的质量，因此动力吸振构件的频率为
Figure BDA0002757701160000035
或
Figure BDA0002757701160000036
本发明的一种用于膜片联轴器的减振装置的减振方法，具体方式如下：
(A)振动波由输入法兰Ⅰ1向膜片组5传递，然后通过外法兰8传递到中间法兰11和中间轴12，引起膜片振动变形，而减振元件6在一定程度上消耗掉部分能量，增大了联轴器的共振带宽，有效减少中低频段共振次数及振动传递；
(B)设置于膜片7之间的减振元件6内部的蜂窝式空腔6-2-2和腔壁6-2-3吸声，抑制传递到中间轴12的噪声；
(C)部分振动能量通过中间法兰11传递到中间轴12，而动力吸振构件13中橡胶块13-1外壁面与中间轴12内壁面之间直接接触，橡胶块13-1内壁面与质量块13-2外壁面之间直接接触，橡胶块13-1振动变形而产生摩擦生热将振动能量衰减，轴向吸振与径向吸振并存，从而使传递到联轴器输出端的振动得到控制。
本发明的一种用于船舶膜片联轴器的减振装置具有的优点和有益效果：
(1)本发明的减振装置运用了弹性膜片组进行减振吸声，动力吸振构件进行吸振，减振装置在中低频的减振量能达到3dB～5dB，在高频减振量能达到6dB～8dB；
(2)本发明的减振元件中内环垫片外径沿轴向方向随着组数增加呈阶梯状增大，则振动波传递的膜片内径沿轴向方向呈阶梯状变大，使得共振频率往高频移动，增大了联轴器共振带宽，每增加一组膜片组，共振频率就往高频偏移5Hz～8Hz，有效减少中低频段共振次数，减小了联轴器的损坏概率；
(3)本发明中阻尼结构表面的复合薄膜和内部的蜂窝式空腔及复合材料制成的腔壁具有相当的柔韧性及强度，有吸声效果，并且增强了传递载荷能力；
(4)本发明中中间轴大直径孔中的动力吸振构件能对较宽频带进行轴向吸振和径向吸振，频率范围100Hz～1000Hz；
(5)本发明中减振元件中的阻尼结构成束腰型，且表面的复合薄膜具有柔韧性，避免膜片与膜片直接接触磨损，提高了膜片的寿命；
(6)本发明结构紧凑，结构形式简单，易于制造和安装，减振效果好。
附图说明
图1为本发明实施例中膜片联轴器减振装置的装配剖面图；
图2为本发明实施例中膜片联轴器减振装置的A向视图；
图3为本发明实施例中减振元件6结构示意图；
图4为本发明实施例中减振元件6内部蜂窝式空腔示意图；
图5为本发明实施例中膜片联轴器减振装置的B-B向剖视图；
图6为本发明实施例中膜片联轴器减振装置的C-C向剖视图；
图7为本发明实施例中膜片联轴器减振装置的D向局部放大视图；
图中：1.法兰Ⅰ；2.垫片Ⅰ；3.垫片Ⅱ；4.螺栓Ⅰ；5.膜片组；6.减振元件；7.膜片；8.外法兰；9.螺栓Ⅱ；10.挡块；11.中间法兰；12.中间轴；13.动力吸振构件；14.螺栓Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1至图7所示，为本发明的一种用于膜片联轴器的减振装置，包括中间轴12，所述中间轴12为两端大直径中间小直径的套筒形结构，中间轴12两端分别相继连接有中间法兰11和外法兰8，中间法兰11与中间轴12之间通过若干螺栓Ⅲ14连接，所述中间轴12的大直径孔中沿周向方向均布有多个动力吸振构件13，所述外法兰8内安置有多组膜片组5，膜片组5与中间法兰11和外法兰8通过若干螺栓Ⅰ4连接，所述膜片组5由多片膜片7与多个减振元件6相间排列并接安装，膜片组5内孔套装有法兰Ⅰ1，法兰Ⅰ1呈阶梯状，膜片组5内侧安装有挡块10，法兰Ⅰ1、膜片组5和挡块10通过若干螺栓Ⅱ9连接。
上述所述中间轴12大直径孔内端面上沿周向方向均布开有若干阶梯孔，所述中间法兰11与中间轴12相向的端面同一轴线沿周向方向均布开有相对应若干阶梯孔。
上述所述动力吸振构件13包括橡胶块13-1和质量块13-2，所述橡胶块13-1为设有沉孔的圆盘，所述质量块13-2为圆柱形，所述质量块13-2的两端分别套装有橡胶块13-1，两个所述橡胶块13-1分别嵌入中间法兰11端面和中间轴12大直径孔内端面的阶梯孔中，所述橡胶块13-1沿轴向构成串联，径向构成并联。
上述所述动力吸振构件13的数量为4～6个；所述质量块13-2的直径为中间轴12大直径孔的孔壁到小直径孔的孔壁距离的1/2，长度为大直径孔深度的2/3；所述橡胶块13-1直径与中间轴12大直径孔的孔壁到小直径孔的孔壁距离相等，橡胶块13-1的沉孔部分深度为质量块13-2长度的1/6。
上述所述膜片组5的外侧并且在外法兰8内设有一垫片Ⅱ3，膜片组5的外侧并且在法兰Ⅰ1阶梯上设有一垫片Ⅰ2；所述膜片7为圆环薄板结构，厚度为6～8mm，相邻膜片间的减振元件6为设有中心孔的圆盘，厚度为膜片7厚度的0.4～0.5倍。
上述所述膜片组5为3～6组，每组由2～4个膜片7和1～3个减振元件6组成。
上述所述减振元件6包括外环垫片6-1、阻尼结构6-2和内环垫片6-3，其中，外环垫片6-1和内环垫片6-3厚度相同，内环垫片6-3外径沿轴向方向随着组数增加呈阶梯状增大，相邻组间的减振元件6中内环垫片6-3外径与后一组中内环垫片6-3外径相同，后一组中内环垫片6-3比前一组中内环垫片6-3外径大15～20mm，减振元件6远离中心的半径方向过内环垫片6-3后的阻尼结构6-2断截面呈束腰型，所述阻尼结构6-2内部为蜂窝式空腔6-2-2，两侧为复合薄膜6-2-1，内外环为软橡胶环6-2-4，蜂窝式空腔6-2-2的腔壁6-2-3外层与复合薄膜6-2-1内壁通过一层高强度胶吸附粘贴，软橡胶环6-2-4与外环垫片6-2、内环垫片6-3胶粘接而成，复合薄膜6-2-1外表面沿半径方向呈内凹弧形，蜂窝式空腔6-2-2厚度为外环垫片6-1厚度的1/2，阻尼结构6-2断截面中心点往外延伸3/8的位置为复合薄膜6-2-1外表面内凹弧中心点，设内凹弧中心点到外环垫片6-1的垂直距离为H，复合薄膜6-2-1长为L'，根据弧半径公式
Figure BDA0002757701160000061
求出复合薄膜6-2-1外表面内凹弧半径。
上述所述腔壁6-2-3由棉麻毛毡与聚氨酯泡沫塑料复合而成，所述复合薄膜6-2-1由碳纳米管纤维制成。
上述所述膜片7材料为弹簧钢，所述橡胶块13-1材料为丁基橡胶，所述质量块13-2材料为合金钢。
上述所述法兰Ⅰ1上设有若干通孔，通孔个数在16～20个。
上述动力吸振构件13的工作原理：
动力吸振构件13中轴向方向两个弹簧串联，而橡胶的刚度为
Figure BDA0002757701160000062
E为橡胶弹簧的弹性模量，A1为弹簧截面积，L1为弹簧轴向长度，两个橡胶块轴向刚度分别为k1和k2，则总轴向刚度
Figure BDA0002757701160000063
动力吸振构件13中径向方向两个橡胶并联，而橡胶的刚度为
Figure BDA0002757701160000064
E为橡胶弹簧的弹性模量，A2为弹簧截面积，L2为弹簧径向长度，两个橡胶块径向刚度分别为k1和k2，则总径向刚度K2'＝k1+k2。质量m为质量块13-2的质量，因此动力吸振构件的频率为
Figure BDA0002757701160000065
或
Figure BDA0002757701160000066
本发明的一种用于膜片联轴器的减振装置的减振方法，具体方式如下：
(A)振动波由输入法兰Ⅰ1向膜片组5传递，然后通过外法兰8传递到中间法兰11和中间轴12，引起膜片振动变形，而减振元件6在一定程度上消耗掉部分能量，增大了联轴器的共振带宽，有效减少中低频段共振次数及振动传递；
(B)设置于膜片7之间的减振元件6内部的蜂窝式空腔6-2-2和腔壁6-2-3吸声，抑制传递到中间轴12的噪声；
(C)部分振动能量通过中间法兰11传递到中间轴12，而动力吸振构件13中橡胶块13-1外壁面与中间轴12内壁面之间直接接触，橡胶块13-1内壁面与质量块13-2外壁面之间直接接触，橡胶块13-1振动变形而产生摩擦生热将振动能量衰减，轴向吸振与径向吸振并存，从而使传递到联轴器输出端的振动得到控制。
具体实施中可根据实际的联轴器的振动频率以及法兰的内径、中间轴的质量确定所述膜片组5中的膜片7内径，以及膜片7和减振元件6的个数、厚度，动力吸振装置9的体积及个数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的改变和变形。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，包括中间轴(12)，所述中间轴(12)为两端大直径中间小直径的套筒形结构体，中间轴(12)两端分别相继连接有中间法兰(11)和外法兰(8)，所述中间法兰(11)与中间轴(12)之间通过若干螺栓Ⅲ(14)连接；所述中间轴(12)的大直径孔中沿周向方向均布有多个动力吸振构件(13)，所述外法兰(8)内安置有多组膜片组(5)，所述膜片组(5)与中间法兰(11)和外法兰(8)通过若干螺栓Ⅰ(4)连接；所述膜片组(5)由多片膜片(7)与多个减振元件(6)相间排列并接安装，膜片组(5)内孔套装有法兰Ⅰ(1)，所述法兰Ⅰ(1)呈阶梯状，膜片组(5)内侧安装有挡块(10)，所述法兰Ⅰ(1)、膜片组(5)和挡块(10)通过若干螺栓Ⅱ(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述中间轴(12)大直径孔内端面上沿周向方向均布开有若干阶梯孔，所述中间法兰(11)与中间轴(12)相向的端面同一轴线沿周向方向均布开有相对应的若干阶梯孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述动力吸振构件(13)包括橡胶块(13-1)和质量块(13-2)，所述橡胶块(13-1)为设有沉孔的圆盘，所述质量块(13-2)为圆柱形，所述质量块(13-2)的两端分别套装有橡胶块(13-1)，两个所述橡胶块(13-1)分别嵌入所述中间法兰(11)端面的阶梯孔和中间轴(12)大直径孔内端面的阶梯孔中，所述橡胶块(13-1)沿轴向构成串联，径向构成并联。
4.根据权利要求1所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述动力吸振构件(13)的数量为4～6个；所述质量块(13-2)的直径为中间轴(12)大直径孔的孔壁到小直径孔的孔壁距离的1/2，长度为大直径孔深度的2/3；所述橡胶块(13-1)直径与中间轴(12)大直径孔的孔壁到小直径孔的孔壁距离相等，橡胶块(13-1)的沉孔深度为质量块(13-2)长度的1/6。
5.根据权利要求1所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述膜片组(5)的外侧并且在外法兰(8)内设有一垫片Ⅱ(3)，膜片组(5)的外侧并且在法兰Ⅰ(1)阶梯上设有一垫片Ⅰ(2)；所述膜片(7)为圆环薄板结构，厚度为6～8mm，相邻膜片间的减振元件(6)为设有中心孔的圆盘，厚度为膜片(7)厚度的0.4～0.5倍；所述膜片组(5)为3～6组，每组由2～4个膜片(7)和1～3个减振元件(6)组成。
6.根据权利要求1所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述减振元件(6)包括外环垫片(6-1)、阻尼结构(6-2)和内环垫片(6-3)，其中，外环垫片(6-1)和内环垫片(6-3)厚度相同，内环垫片(6-3)外径沿轴向方向随着组数增加呈阶梯状增大，相邻组间的减振元件(6)中内环垫片(6-3)外径与后一组中内环垫片(6-3)外径相同，后一组中内环垫片(6-3)比前一组中内环垫片(6-3)外径大15～20mm，减振元件(6)远离中心的半径方向过内环垫片(6-3)后的阻尼结构(6-2)断截面呈束腰型，所述阻尼结构(6-2)内部为蜂窝式空腔(6-2-2)，两侧为复合薄膜(6-2-1)，内外环为软橡胶环(6-2-4)，蜂窝式空腔(6-2-2)的腔壁(6-2-3)外层与复合薄膜(6-2-1)内壁通过一层高强度胶吸附粘贴，软橡胶环(6-2-4)与外环垫片(6-2)、内环垫片(6-3)胶粘接而成，复合薄膜(6-2-1)外表面沿半径方向呈内凹弧形，蜂窝式空腔(6-2-2)厚度为外环垫片(6-1)厚度的1/2，阻尼结构(6-2)断截面中心点往外延伸3/8的位置为复合薄膜(6-2-1)外表面内凹弧中心点，设内凹弧中心点到外环垫片(6-1)的垂直距离为H，复合薄膜(6-2-1)长为L'，根据弧半径公式
Figure FDA0002757701150000021
求出复合薄膜(6-2-1)外表面内凹弧半径。
7.根据权利要求6所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述腔壁(6-2-3)由棉麻毛毡与聚氨酯泡沫塑料复合而成；所述复合薄膜(6-2-1)由碳纳米管纤维制成。
8.根据权利要求1所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述膜片(7)材料为弹簧钢。
9.根据权利要求3所述的一种用于膜片联轴器的减振装置，其特征在于，所述橡胶块(13-1)材料为丁基橡胶；所述质量块(13-2)材料为合金钢。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的膜片联轴器的减振装置的减振方法，其特征在于，具体方式如下：
(A)振动波由输入法兰Ⅰ(1)向膜片组(5)传递，然后通过外法兰(8)传递到中间法兰(11)和中间轴(12)，引起膜片振动变形，而减振元件(6)在一定程度上消耗掉部分能量，增大了联轴器的共振带宽，有效减少中低频段共振次数及振动传递；
(B)设置于膜片(7)之间的减振元件(6)内部的蜂窝式空腔(6-2-2)和腔壁(6-2-3)吸声，抑制传递到中间轴(12)的噪声；
(C)部分振动能量通过中间法兰(11)传递到中间轴(12)，而动力吸振构件(13)中橡胶块(13-1)外壁面与中间轴(12)内壁面之间直接接触，橡胶块(13-1)内壁面与质量块(13-2)外壁面之间直接接触，橡胶块(13-1)振动变形而产生摩擦生热将振动能量衰减，轴向吸振与径向吸振并存，从而使传递到联轴器输出端的振动得到控制。
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Denomination of invention: A damping device for diaphragm coupling and its damping method

Granted publication date: 20220311

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Assignee: Jiangsu University of Science and Technology Technology Transfer Center Co.,Ltd.

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