金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)-銑床主軸箱設(shè)計(jì)【完整圖紙】

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1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 目錄 1. 機(jī)床參數(shù)確定…………………………………..................................2 2. 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………..2 2.1傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)的確定………………………………………….2 2.2結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇………………………………….3 2.3擬定轉(zhuǎn)速圖………………………………………………………….4 2.4齒輪齒數(shù)確定……………………………………………………….5 2.5傳動(dòng)系統(tǒng)圖………………………………………………………….5 2.6軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速……………

2、………………………………….6 3.傳動(dòng)零件的初步計(jì)算………………………………………………....6 3.1傳動(dòng)軸直徑初定…………………………………………………….6 3.2主軸軸頸直徑的確定……………………………………………….7 3.3齒輪模數(shù)的初步計(jì)算……………………………………………….7 4.主要零件的驗(yàn)算……………………………………………………....8 4.1三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定……………………………………….8 4.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………10 4.3傳動(dòng)軸的驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算、彎曲剛度驗(yàn)算………………………14 4.4 滾動(dòng)軸

3、承的驗(yàn)算…………………………………………………...16 5.設(shè)計(jì)感想……………………………………………………………...18 6.參考文獻(xiàn)……………………………………………………………...18 1.機(jī)床參數(shù)的確定: 1.1運(yùn)動(dòng)參數(shù): 回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床,主運(yùn)動(dòng)的參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。 ① 最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速:=12.5rpm =2120rpm ② 分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列:機(jī)床的分級(jí)變速機(jī)構(gòu)共有Z級(jí)。Z=12, 。任意兩級(jí)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系應(yīng)為: 據(jù)=φ11,得:φ=1.58。查表得:各軸轉(zhuǎn)速:12.5、20、31.5、50、80、125、200、315、500、80

4、0、1250、2120。 全套圖紙,加153893706 1.2動(dòng)力參數(shù)的確定:由任務(wù)書設(shè)定電動(dòng)機(jī)功率:N=5.5KW。查表得應(yīng)該選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y132S-4(同步轉(zhuǎn)速1500r/min,50HZ,380V),轉(zhuǎn)速1440rpm,效率81%。功率因素cosφ=0.85,額定轉(zhuǎn)矩2.2KNm。 2.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì): 2.1 傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)的確定: 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)可能的方案有: 12=4*3 12=3*4 12=3*2*2 12=2*3*2 12=2*2*3 在上列各方案中,前兩個(gè)有時(shí)可以省掉一根軸。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳

5、動(dòng)副。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪,則會(huì)增加軸向尺寸;如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪,則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。所以一般少用。 后三個(gè)方案中可根據(jù)下述原則比較:從電動(dòng)機(jī)到主軸,一般為降速傳動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)處的零件,轉(zhuǎn)速較高,從而轉(zhuǎn)矩較小,尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多 的傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)處,則可使小尺寸的零件多些,大尺寸的零件就可以少些,就省材料了。這就是“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮,以取12=3*2*2的方案為好。 2.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇: 在12=3*2*2中,又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案??赡艿牧N方案,其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見圖1。在這些方案

6、中,可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。 圖1結(jié)構(gòu)網(wǎng) ⑴傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍 主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)的最大變速范圍一般為:≤8~16。 在檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí),只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌鼈鲃?dòng)組的變速范圍都比它小。  在圖1中,方案a,b,c,e的第二擴(kuò)大組x2=6;p2=2,則R2=φ6*(2-1) =φ6。因φ=1.58,則R2=1.586=15.5, 是可行的。方案d,f是不可行的。 ⑵ 基本組和擴(kuò)大組的排列順序  在可靠的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案a,b,c,e中,還要進(jìn)行比較以選擇最佳方案。原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小

7、的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同,則變速范圍小的,最低轉(zhuǎn)速較高,轉(zhuǎn)矩較小,傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。方案a的中間傳動(dòng)軸變速范圍最小,幫方案a最佳。即如果沒有別的要求,則應(yīng)盡量使擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致。 2.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 電動(dòng)機(jī)和主軸的轉(zhuǎn)速是已定的,當(dāng)選定了結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后,就可分配和傳動(dòng)級(jí)的傳動(dòng)比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動(dòng),就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)速如果能高一些,傳動(dòng)件的尺寸也就可以小一些。但是,中間軸如果轉(zhuǎn)速過高,將會(huì)引起過大的振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。通常,希望齒輪的線速度不超過12~15m/s。對(duì)于中型車、鉆、銑等機(jī)床,中間軸的最高轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于小型

8、機(jī)床和精密機(jī)床,由于功率較小,傳動(dòng)件不會(huì)過大。這時(shí)振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲是應(yīng)該考慮的問題。因些更應(yīng)該注意中間軸的轉(zhuǎn)速,不使過高。 圖2轉(zhuǎn)速圖 本機(jī)床所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組,變速機(jī)構(gòu)共需4軸。加上電動(dòng)機(jī)軸共5個(gè)軸。故轉(zhuǎn)速圖共需5個(gè)豎線,主軸共12級(jí)轉(zhuǎn)速,電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近,幫需12條橫線。現(xiàn)擬定轉(zhuǎn)速圖如:圖2 2.4 齒輪齒數(shù)的確定 因傳動(dòng)比i采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方,齒數(shù)和S以及小齒輪齒數(shù)可以從表8-1中查得。①在傳動(dòng)組a中,ia1=1,ia2=1/1.58,ia3=1/2.5。則,查I 為1,1.6,2的三行。有數(shù)字的即為可能方案。取S為78

9、,則從表中查出小齒輪齒數(shù)為39、30、22。即ia1=39/39,ia2=30/48,ia3=22/56。②在傳動(dòng)組b中,ib1=1,ib2=1/4則查I 為1,4的兩行。有數(shù)字的即為可能方案。取S為104,則從表中查出小齒輪齒數(shù)為52、21。即ib1=52/52,ib2=21/83。③在傳動(dòng)組c中,ic1=4/1,ic2=1/4則查I 為4這一行。取S為100,則從表中查出小齒輪齒數(shù)為20。即ic1=80/20,ic2=20/80。 2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的確定 圖3傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2.6 軸、齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 ⑴ 主軸  根據(jù)表8-

10、2,中型銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速,即為n4=50r/min。 ⑵ 各傳動(dòng)軸  軸Ⅲ可從主軸為50r/min按80/20的傳動(dòng)副找上去,應(yīng)為200r/min。但由于軸Ⅲ最低轉(zhuǎn)速50r/min,經(jīng)傳動(dòng)組C可使主軸得到12.5和200r/min兩轉(zhuǎn)速。200r/min要傳遞全部功率,所以軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)為50r/min。軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按傳動(dòng)副b推上去,為200r/min. (3)各齒輪 傳動(dòng)組c中各齒輪:傳動(dòng)組c中,20/80只需計(jì)算z=20的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為200 r/min;80/20只需計(jì)算z=20,;選擇模數(shù)較大的作為傳動(dòng)組c齒輪的模數(shù);傳動(dòng)組a

11、、b模數(shù)相同應(yīng)計(jì)算z=21,。 3.傳動(dòng)零件的初步計(jì)算 3.1傳動(dòng)軸直徑的初定 根據(jù)傳動(dòng)軸傳遞功率的大小,用簡(jiǎn)化的扭轉(zhuǎn)剛度公式計(jì)算:d≥ () 式中 -傳動(dòng)軸受扭部分直徑(mm) -該軸傳遞的功率(kw) -電動(dòng)機(jī)的功率(kw) η -電動(dòng)機(jī)到該傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率 -被估算的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min) [Φ]-該傳動(dòng)軸每米長(zhǎng)度允許扭轉(zhuǎn)角(deg/m)一般傳動(dòng)軸取[Φ]=0.5~1 本設(shè)計(jì)取0.8 則Ⅳ軸,NⅣ= d4≥=51.2 取d4=54。 則Ⅲ軸,NⅢ= =4.1 d3≥ =5

12、1 取d3=52。 則Ⅱ軸,NⅡ= =4.18 d2≥ =36.5 取d2=36,將此軸做成花鍵軸。 則Ⅰ軸,NⅠ= =4.26 d1≥ =29.3 取d1=30,將此軸做成花鍵軸。 3.2主軸軸頸直徑的確定 由表3查得《機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》: 主軸前軸頸=60mm,后軸頸=(0.7-0.85),取=40mm。 3.3齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 初步計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí),按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行.一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù),選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算. 則 式中 - 按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)(mm); - 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功

13、率(mm); - 被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min); - 大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比, u>1,外嚙合為+,內(nèi)嚙合為-; - 齒輪齒數(shù); -齒寬系數(shù), =6~10,B為齒寬,m為模數(shù),本設(shè)計(jì)中取8; [σ]-許用接觸應(yīng)力(),查表3-9,取45鋼,整淬,σ=1100。 則C傳動(dòng)組, =6.24 取=6。 則B傳動(dòng)組=2.82 取=3。 則A傳動(dòng)=2.42 取=2.5。 4.主要零件的驗(yàn)算 4.1三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定 ① 確定計(jì)算功率 由表8-6查得工作情況系數(shù)KA=1.1,故: Kw=7.

14、15Kw ② 選取V帶型號(hào) 根據(jù)、n1由圖8-8確定選用Z型普通V帶。 ③ 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表8-3和表8-7取主動(dòng)基準(zhǔn)直徑。 根據(jù)式(8-15),從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)表8-7,取。 按式(8-20)驗(yàn)算帶的速度 <25 帶的速度合適。 ④ 確定窄V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距 根據(jù)<<,初步確定中心距。 根據(jù)式(8-20)計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。 按式(8-21)計(jì)算實(shí)際中心距a

15、 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角α1 由式(8-6)得: 主動(dòng)輪上的包角合適。 ⑤ 計(jì)算窄V帶的根數(shù)z 由式(8-22)知 由n1=1440r/min、dd1=100mm、i=1440/500,查表8-5c和表8-5d得: 查表8-8得,查表8-2得則: 取z=6根。 ⑥ 計(jì)算預(yù)緊力F0 由式(8-23)知 查表8-4得q=0.1kg/m,故: 計(jì)算作用在軸上的壓軸力

16、 由式(8-4)得 4.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 驗(yàn)算變速箱中齒輪強(qiáng)度,應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪,進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力,對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為: 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為: 式中:——齒輪傳遞的功率(KW),( ) ——電動(dòng)機(jī)的額定功率(KW); η——從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算齒輪的機(jī)械效率; ——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min); m——初算的齒輪模數(shù); B——齒寬(mm); Z——

17、小齒輪齒數(shù); u——大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比,u≥1,“+”號(hào)用于外嚙合,“-”號(hào)用于內(nèi)嚙合; ——壽命系數(shù); KT——工作期限系數(shù):KT=m 60n1T/C0 T——齒輪在機(jī)床工作期限(Ts)內(nèi)的總工作時(shí)間(h),對(duì)于中型機(jī)床的齒輪取Ts=15000~20000h,同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為T=Ts/P,Po 變速組的傳動(dòng)副數(shù); n1——齒輪的最低轉(zhuǎn)速(r/min); C0——基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù),查表3-1; m——疲勞曲線指數(shù),查表3-1;

18、 ——速度轉(zhuǎn)化系數(shù),查表3-2; ——功率利用系數(shù),查表3-3; ——材料強(qiáng)化系數(shù),查表3-4; 的極限值,見表3-5,當(dāng)時(shí),則??;當(dāng)時(shí),則??; ——工作情況系數(shù),中等沖擊的主運(yùn)動(dòng),取K1=1.2~1.6; ——?jiǎng)虞d荷系數(shù),查表3-6; ——齒向載荷分布系數(shù),查表3-7; ——標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù),查表3-8; [] ——許用接觸應(yīng)力(),查表3-9; [] ——許用彎曲應(yīng)力(),查表3-9。 ① 本設(shè)計(jì)對(duì)傳動(dòng)組C20/8

19、0只需計(jì)算Z=20的齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速為200r/min,應(yīng)驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力。 80/20中只需計(jì)算Z=20計(jì)算轉(zhuǎn)速為125r/min。應(yīng)驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。 查得: =200r/min m=6 B=32 Z=20 u=4 = 1.75 K1=1.2 K2=1.3 K3=1 故: =520.1<1100 所以合格。 (N=1.62 K1=1.2 K2=1.3 K3=1) 故合格 ② 因驗(yàn)算變速箱中齒輪強(qiáng)度選模數(shù)相同承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算 故,對(duì)于m=2.5

20、時(shí),需驗(yàn)算Z=22時(shí)齒輪的接觸應(yīng)力彎曲應(yīng)力Nj=500r/min 齒面接觸應(yīng)力: 故不合格。 現(xiàn)將模數(shù)增大,m=3 則: 合格 齒根彎曲應(yīng)力: 故合格。 4.3 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 強(qiáng)度驗(yàn)算、彎曲剛度驗(yàn)算 受力分析:以Ⅱ軸為例進(jìn)行分析,Ⅱ軸上的齒輪為滑移齒輪。通常,選擇主軸處于計(jì)算轉(zhuǎn)速(200r/min)時(shí)齒輪的嚙合位置為計(jì)算時(shí)的位置。根據(jù)本機(jī)床齒輪排列特點(diǎn),主軸為250r/min時(shí),Ⅱ軸受力變形大于前者,故采用此時(shí)的齒輪位置為計(jì)算位置。受力分析如下圖所示: 圖4受力分析圖

21、 圖4中F1為齒輪Z4(齒數(shù)為48)上所受的切向力Ft1,徑向力Fr1的合力。F2為齒輪Z9(齒數(shù)30)上所受的切向力Ft2,徑向力Fr2的合力。 各傳動(dòng)力空間角度如圖5所示,根據(jù)下表的公式計(jì)算齒輪的受力。 圖5各傳動(dòng)力空間角度 表1 齒輪的受力計(jì)算 傳遞功率 P (kw) 轉(zhuǎn) 速 n r/ (min) 傳動(dòng) 轉(zhuǎn)矩 T N (mm) 齒輪壓力角 α° 齒面摩擦角 γ ° 齒輪Z4 齒輪Z9 切向力 Ft1 N F1 在 X 軸投影Fz1 N F1 在 Z 軸投影Fz1 N 分度圓直徑d

22、1 mm 切向力 Ft2 N F1 在 X 軸投影Fz2 N F1 在 Z 軸投影Fz2 N 分度圓直徑d2 Mm 5.5 500 57603.2 20 6 -1200.1 -1200.1 585.3 120 1252.2 1252.2 -610.7 75 撓度、傾角的計(jì)算: 分別計(jì)算出各平面撓度、傾角,然后進(jìn)行合成。如下圖所示:其中 a=120, b=156, c=150, f=126, l=276, , n=159.35,

23、 圖6各平面撓度、傾角合成 XOY平面內(nèi)撓度: 代入數(shù)據(jù),求得 ZOY平面內(nèi)撓度: 代入數(shù)據(jù),求得 撓度的合成:,符合要求。 左支撐傾角計(jì)算和分析: XOY平面力作用下的傾角: 代入數(shù)據(jù),解得 ZOY平面力作用下的傾角: 代入數(shù)據(jù),解得 傾角的合成:,符合要求; 右支承傾角計(jì)算和分析: XOY平面力作用下的傾角: 代入數(shù)據(jù),解得 ZOY平面力作用下的傾角: 代入數(shù)據(jù),解得 傾角的合成:,符合要求。 鍵

24、側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算: 表2 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算公式 最大轉(zhuǎn)矩 花鍵軸小徑 花鍵軸大徑 花鍵數(shù) 載荷系數(shù) 工作長(zhǎng)度 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力 結(jié)論 72580 26 30 6 0.8 176 30 1.39 合格 4.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 根據(jù)前面所示的Ⅱ軸受力狀態(tài),分別計(jì)算出左(A)、右(B)兩支承端支反力。 在XOY平面內(nèi): 在ZOY平面內(nèi): 左、端支反力為:

25、 兩支承軸承受力狀態(tài)相同,但右端受力大,所以只驗(yàn)算右端軸承。 滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算: 其中:額定動(dòng)載荷:C=11000N,《機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》; 速度系數(shù):; 使用系數(shù):; 功率利用系數(shù):,表3-3《床設(shè)計(jì)制導(dǎo)》; 轉(zhuǎn)速變化系數(shù):,表3-2; 齒輪輪換工作系數(shù): 當(dāng)量動(dòng)載荷:F=176.7N,已計(jì)算求得; 許用壽命:T,一般機(jī)床取10000-15000h; 壽命指數(shù):。

26、 則額定壽命: 經(jīng)驗(yàn)算符合要求。 5.設(shè)計(jì)感想 此次課程設(shè)計(jì)搞得特別緊張主要是因?yàn)槲业谝恢軐?duì)其重視不夠,沒有進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。等到第二周一上手才知道需要進(jìn)行的工作很多,有許多新的東西需要學(xué)習(xí)。 通過本課程設(shè)計(jì)的過程,讓我深刻體會(huì)到了自己所學(xué)知識(shí)的缺陷,也深刻認(rèn)識(shí)到了自己對(duì)所學(xué)過的課程的掌握和熟記還有一定的差距。課程設(shè)計(jì)必須查閱很多的資料,才能很好的完成,因此通過本次的設(shè)計(jì),讓我們體會(huì)到了查閱資料的重要性,同時(shí)也培養(yǎng)了我們勤于查閱的習(xí)慣,使我們不再盲目設(shè)計(jì),為我們后續(xù)的課程的學(xué)習(xí)和以后的工作打下了一定的基礎(chǔ) 6.參考文獻(xiàn) [1] 陳易新主編. 機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 哈爾濱工業(yè)大學(xué),1981 [2] 范云漲、陳兆年主編.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1994 [3] 李洪主編. 機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 東北工學(xué)院出版社,1989 [4] 任殿閣 、張佩勤主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1991 [5] 吳宗澤、羅圣國主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).高等教育出版社,1992 [6] 戴曙主編. 金屬切削機(jī)床. 機(jī)械工業(yè)出版社,1993 [7] 上海紡織工學(xué)院等主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè).上海科學(xué)技術(shù)出版社,1979 18

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