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买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . 1 关键词 . 1 1 绪论 . 3 . 3 星齿轮传动的发展趋势 . 4 行星齿轮传动的优缺点 . 5 设计课题简介 . 6 2 摆线针轮减速器传动原理与结构特点 . 6 摆线针轮减速器的传动原理 . 6 线针轮减速器的结构特点 . 7 转臂轴承选择 . 8 3 摆线针轮减速器的设计计算 . 9 . 9 . 9 . 9 . 9 . 10 . 10 . 10 . 11 . 11 . 11 . 12 销套和柱销空的直径 . 13 齿、柱销的数据表 . 14 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 4 轴的计算 . 14 . 15 . 15 . 15 . 15 . 15 . 16 . 16 . 16 . 17 . 17 . 17 . 18 5 箱体的结构设计 . 19 . 19 . 20 . 20 6 结论 . 20 参考文献 . 20 致 谢 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 1 带机架的 立式摆线针轮减速机的设计 摘 要 : 本次设计的是摆线针轮行星减速器,摆线针轮行星传动具有传动比范围大,体积小、重量轻,效率高,运转平稳、噪声低,工作可靠、寿命长的特点。因此,摆线针轮行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、火炮、飞机、轮船、仪器和仪表等各个方面。文中从对齿轮减速器的发展的历史研究开始,再对传动比进行计算,而后分别进行齿数计算、齿形分析、 效率计算、强度验算、结构设计、绘制减速器装配图及零件图。最后对行星齿轮的结构设计进行了较详细的阐述。通过对摆线针轮行星减速器的研究,结合目前的发展情况和所要面临解决的问题,设计出具有上述一系列优点的减速机构。 关键词: 摆线针轮行星减速器;齿轮;行星齿轮减速器;齿轮啮合;滚子轴承。 文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 2 is is in on of of to of in to of a 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 3 1 绪论 星齿轮传动的发展概况 我国早在南北朝时代(公元 429 500年),祖冲之就发明了有行星齿轮的差动式指南车,比欧美早了 1300 多年。 1880 年德国第一个行星齿轮传动装置的专利出现了。 1920 年首次成批制造出行星齿轮传动装置,并首先 用于汽车的差速器。 1938 年起集中发展汽车用的行星齿轮传动装置。二次世界大战后机械行业的蓬勃发展促进了行星齿轮传动的发展。 低速重载行星减速器已由系列产品发展到生产特殊用途产品,如法国 产用于水泥磨、榨糖机、矿山设备的行星减速器,重量达 125t,输出转矩 19世纪以来,随着机械工业的发展(如汽车、航空工业等),特别是第二次世界大战后,高速大功率船舰以及透平发动机组和透平压缩机等的发展,对渐开线齿轮传动在速度、功率、效率、外廓尺寸和重量等诸方面提出了愈来愈高的要求,这对于一对外 啮合的定轴齿轮传动来说,由于在承载能力、速比、外廓尺寸和重量等诸方面的限制,是难以满足生产发展的需要的,从而提出了采用内啮合的分流传动结构,由于分流效应和合理地利用了内啮合,以及行星齿轮传动在运动学上的优点,从而使渐开线行星齿轮传动得到了迅速的发展。 高速大功率行星齿轮传动的实际应用,于 1951 年首先在西德获得成功, 1958年以后,美、英、日、苏、捷、意、荷、瑞士等国亦获得成功,并已成批生产使用。其中在国际上享有盛名的有,西德 士 国 国 COG 行星齿轮箱、捷克 星齿轮箱和日本 星齿轮箱等。 随着生产的不断发展,制造技术的不断进步,以及行星齿轮传动在设计上日趋完善,从而使行星齿轮传动至今已达到了较高的水平。目前渐开线行星齿轮传动圆周速度达 160 200 米 /秒,传递功率达 100000 马力,效率达 上,齿轮噪音达 85分贝以下,并且外廓尺寸小,重量轻,它比同等工作条件下的定轴齿轮传动外廓尺寸和重量减小 1/2 1/6。目前行星齿轮传动不仅适用于高速大功率,而且在低速大扭矩设备上也已推广采用,它几乎适应于一切功率、速度范围和一 切工作条件,成为世界各国齿轮传动发展之重点。渐开线行星齿轮传动已被广泛应用于船舰主减速器,汽车、坦 克和拖拉机的差速器,活塞式和涡轮螺旋桨式航空发动机与直升飞机中带动螺旋桨的行星传动,以及波音 菲托 1T 前旋翼驱动行星齿轮箱和贝尔 1气轮机、高速汽轮机和透平鼓风机及压缩机的行星齿买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 4 轮增速箱和减速箱,以及工程机械等产品上。 我国从 1968年起,先后在有关单位试制成功列车电站燃气轮机( N=3000 千瓦),工业用高速汽轮机( N=500 千瓦)和万立米制氧透平压缩机( N=6300千瓦)的行星齿轮箱。为了推广行星传动,有一机部组成了 西安重机研究所、银川通用机械厂、荆州减速机厂和各中性机械厂等二十几个单位于 1974 年制定了 2渐开线行星齿轮减速器的部标准。目前渐开线行星齿轮传动在国内已逐渐受到重视,并推广其应用。 星齿轮传动的发展趋势 ( 1)向高速大功率及低速大转矩的方向发展。行星齿轮箱传递的功率将与日俱增,但是机组功率的继续增大,目前受优越工艺因素的限制,主要是没有与齿轮尺寸进一步增大相适应的高精度切齿机,另一方面则是梅雨齿轮直径大于 6米的热加工锻造设备。因此需进一步研制大尺寸的高淬硬齿轮切削用的高刚性高精度滚齿和插齿机,以及高精度和超硬切齿刀具和检验仪器。在设计方面,则应着重于擦伤强度的研究,制定出齿轮擦伤强度的计算公式,并对齿轮本体和箱体的变形、应力计算进行研究。随着高速的发展,目前对行星齿轮传动的动力学研究还很不够,特别是与公害有关的振动和噪音的研究。随着电算技术的发展,还应用有限元法制定出应用电子计算机进行齿轮设计和加工精度的计算方法,用电算解决参数选择最优化。此外,还必须对内齿圈的固定方法,齿面接触应力、齿根弯曲应力、齿轮加工工 艺、均载机理及其装置、齿轮润滑等进行研究,还应大量开展行星齿轮传动的试验研究工作,例如:实际负荷运转试验,齿轮应力状态、效率、温升、振动、噪音、润滑等各种性能试验,寿命试验,破坏试验等。例如年产 300齿轮圆周速度已达 150m/s;日本生产了巨型船舰推进系统用的行星齿轮箱,功率为22065型水泥球磨机所用 80/125型行星齿轮箱,输出转矩高达 这类产品的设计与制造中需要继续解决均载、平衡、密封、润滑、零件材料及热处理及高效率、长寿命、可靠性等一 系列设计制造技术问题。 ( 2)向无级变速行星齿轮传动发展。多年来一直需要一种传递大功率、高效率、变速比的传动装置(无级变速),即输入速度是固定的,输出速度是可调的。实现无级变速,对行星齿轮传动来说,就是让行星齿轮传动中三个基本构件都转动并传递功率,这只要在原先行星齿轮传动装置中对原来固定的基本构件附加一 个转动,就能使输出转速有所增减而成为行星齿轮无级变速器。现已制成能传递2000现无级变速就是让行星齿轮传动中三个基本构件买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 5 都转动并传递功率,这只要对原行星结构中固定的构件加一个转 动(如采用液压泵及液压马达系统来实现),就成为无级变速器。 ( 3)向复合式行星齿轮传动发展。近几年来,国外蜗杆传动、螺旋齿轮传动、圆锥齿轮传动与行星齿轮组合使用,构成复合式行星齿轮箱。其高速级用前述各种定轴类型传动,低速级用行星齿轮传动,这样可适应相交轴和交错轴间的传动,可实现大传动比和大转矩输出等不同用途,充分利用各类型传动的特点,克服各自的缺点,以适应市场上多样化需求。如制碱工业澄清桶用蜗杆蜗轮 行星齿轮减速器,总传动比 i=出转矩 ( 4)向少齿差行星齿轮传动方 向发展。这类传动主要用于大传动比、小功率传动。主要是它外廓尺寸小、重量轻、传动比大,一级可达 100115,效率较高,达 机薄弱环节主要是转臂轴承于高速重载,啮合角很大,一齿差时达 56左右,故传动中径向载荷为不进行变位切削时的 此,这种传动现阶段只适用于中小功率,国内应用的少齿差渐开线行星齿轮传动功率均为超过 50 千瓦。转臂轴承性能和承载能力有所提高,则传递功率增大。西德 5 的 开线少齿差行星齿轮减速器,并制定了标准系列。而 少齿差传动的效率和强度计算等还有待于进一步研究。 ( 5)制造技术的发展方向。采用新型优质钢材,经热处理获得高硬齿面(内齿轮离子渗碳,外齿轮渗碳淬火),精密加工以获得高齿轮精度及低粗糙度(内齿轮精插齿达 5齿轮经磨齿达 5级精度,粗糙度 m),从而提高承载能力,保证可靠性和使用寿命 1。 行星齿轮传动的优缺点 行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较,它具有许多独特的优点。它的显著特点是:在传递动力时它可以进行功率分流;同时,其输入轴和输出轴具有同轴性,即输入轴和输出轴均设在同 一轴线上。所以,行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动,而作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置,行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用。行星齿轮传动的特点如下: (1)体积小,质量小,结构紧凑,承载能力大 由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副,因此可使其结构非常紧凑。再由于在中心轮的周围均匀地 分布着数个行星轮来共同分担载荷,从而使得每买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 6 个齿轮所承受的负荷较小,并允许这些齿轮采用较小的模数。此外,在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积,从而有利于缩小其外廓尺寸,使其体积小,质量小,结构非常紧凑,且承载能力大。一般,行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的 1/2 1/5(即在承受相同的载荷条件下)。 (2)传动效率高 由于行星齿轮传动结构的对称性,即它具有数个匀称分布的行星轮,使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能相互平衡,从而有利于达到提高传动效率的作用。在传动类型选择恰 当、结构布置合理的情况下,其效率值可达 99。 (3)传动比较大,可实现运动的合成与分解 , 只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案,便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中,其传动比可达几千。应该指出,行星齿轮传动在其传动比很大时,仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。而且,它还可以实现运动的合成与分解以及实现各种变速的复杂的运动。 (4)运动平稳、抗冲击和振动的能力较强 , 由于采用了数个结构相同的行星轮,均匀地分布于中心轮的周围,从而可使行星轮与转臂的惯性力 相互平衡。同时,也使参与啮合的齿数增多,故行星齿轮传动的运动平稳,抵抗冲击和振动的能力较强,工作较可靠。 但是行星齿轮传动的缺点是:材料优质、结构复杂、制造和安装较困难些。但随着人们对行星传动技术进一步深入地了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消化吸收,从而使其传动结构和均载方式都不断完善,同时生产生产工艺水平也不断提高。因此,对于它的研制安装问题,目前已不再视为一件什么困难的事情。实践表明,在具有中等技术水平的工厂里也是完全可以制造出较好的行星齿轮传动减速器。 设计课题简介 摆线针轮减速器是 采用 K H V 少齿差一式传动原理及摆线针齿啮合的新颖传动机械 。 本次设计的是对一种 带机架的立式摆线针轮减速机 进行分析研究。 其 输入功率P=3动比 11,输出转矩 15602 摆线针轮减速器传动 原理与结构特点 摆线针轮减速器的传动原理 图所示为摆线针轮行星传动示意图。其中 针轮,H 为系杆, V 为输出轴。运动由系杆 H 输入,通过 W 机构由 V 轴输出。同渐开线一齿差行买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 7 星传动一样,摆线针轮传动也是一种 K H V 型一齿差行星传动。两者的区别在于:摆线针轮传动中,行星轮的齿廓曲线不是渐开线,而是变态摆线,中心内齿采用了针齿,以称针轮,摆线针轮传动因此而得名。 Z 2(1) . 图 1 摆线针轮减速器原理图 于Z 1,故i ,“”表示输出与输入转向相反,即利用摆线针轮行星传动可获得大传动比 2。 线针轮减速器的结构特点 它主要由四部分组成: ( 1)行星架 H,又称转臂,由输入轴 10 和偏心轮 9 组成,偏心轮在两个偏心方向互成 180o 。 ( 2)行星轮 C,即摆线轮 6,其齿廓通常为短幅外摆线的内侧等距曲线 。 为使输入轴达到静平衡和提高承载能力 , 通采用两个相同的奇数齿摆线轮 , 装在双偏心套上 ,两位置错开 180 , 摆线轮和偏心套 之间装有滚动轴承 , 称为转臂轴承 , 通常采用无外座圈的滚子轴承 , 而以摆线轮的内表面直接作为滚道。近几年来 ,优化设计的结构常将偏心套与轴承做成一个整体 , 称为整体式双偏心轴承。 (3) 中 心轮 b, 又称针轮 , 由针齿壳 3 上沿针齿中心圆圆周上均布一组针齿销 5,通常针齿销上还装有针套 7 组成。 (4) 输出机构 W, 通常采用销轴式输出机构。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 2 摆线针轮减速器基本结构图 运动原理: 在输入轴上装有一个错位 180 度的双偏心套,在偏心套上装有 两个滚柱轴承,形成 H 机构,两个摆线轮的中心孔即为信心套上转臂轴承的滚道,并由摆线轮与针齿壳上一组环行排列的针齿销相啮哈,以组成少齿差内啮合 减 速机 构,(为了减少摩擦,在速比小的减速机中,针齿销上带有针齿套)。 当输入轴带着偏心套转动一周时,由于摆线轮上齿廊 曲 线 的特点及其受针齿壳上针齿销限制之故,摆线轮的运动成为即有公转又有自转的平面运动,在输入轴正转一周时,偏心套亦转动一周,摆线轮于相反方向转过一个齿差从而得到减速,再借助 W 输出机构,将摆线轮的低速自转动通过销轴,传递给输出轴,从而获得较低的输出转速。 转臂轴承选择 因为摆线轮作用于 行星架轴承上的力较大,所以转臂轴承往往是行星传动的薄弱买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 9 环节。针齿中心圆直接00,所以由参考资料知柱销数目: 8 所以柱销孔的数目为 8 个。 ( 8)间隔环: 15定输出机构中柱销、柱销套和柱销空的直径 ( 1)柱销直径: (计算柱销轴弯曲应力时 35.1) 34 )04z ( 10) 取 22表 6,取 22 ( 2)柱销套直径: 32表 6,知 32 3)柱销孔直径: 4412322 文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 14 为使柱销孔与柱销套之间有适当间隙, 应增加 值: 时,p 550 550 线轮、针齿、柱销的数据表 表 2 计算结果表 目 代号 单位 计算结果 功率 p 3 输入转速 n r 187 传到比 11 摆线轮齿数的确定 轮齿数 出转矩 T 1560 出选短幅系数 1K 选针径系数 2K 齿中心圆半径 130 摆线轮齿宽 15 偏心距 a 6 实际短幅系数 1K 径套半径 12 针径销半径 7 实际针径系数 2K 面最大接触压力 6549 摆线轮 啮 与针齿最大接触力 H 臂轴承径向负载 N 16988 转臂轴承当量负载 P N 17837 转臂轴承内外圈相对转速 n r 204 转臂轴承寿命针齿销跨度 L 70 针齿销抗弯强度 齿销转角 线针轮跟圆直径 224 摆线针齿顶圆直径 248 摆线轮齿高 h 12 销孔中心圆直径 166 间隔环 15 柱销直径 22 柱销套直径 32 摆线轮柱销孔直径 44 4 轴的计算 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 15 出轴的计算 出轴的结构装配图 图 3 输出轴结构装配图 初步确定轴的最小直径 由前面的设计可知该摆线针轮减速器的输出轴转矩为 560000 ; 输出转速为 7 选材为 #45 钢,调质处理,由 表 213 查得,取 1103, 3 20m i n 输出轴最小直径显然安装联轴器与其配合的部分 21d ,为了使所选直径 21d 与联轴器的孔径相适应,须选取联轴器,联轴器的计算转矩 ,由机械设计表 14K 由表 8,选 性柱销联轴器,轴孔径为 d=60,半联轴器 L 142 21l 112 出轴的结构设计 其装配结构图如图 3,43214,由表 6得 3,d=70,D=125,B=24,则可知43d=7032d=6554215,5,130,75 ,所以, 54d =75所以, 54l =22 , 32l =3043l=70套筒长 43外圈直径 84轴上联轴器定位采用平键联接,选用平键 111890 键槽用键槽铣刀加工 . 同时为了保证联轴器与轴的配合,选择配合为 H7/动轴承与轴的周向定位过渡配合 来保证,安装轴承处选轴的尺寸公差为 表 4,取轴端倒角为 452 ,各轴肩圆角半径为 5.1r 。 确校核轴的疲劳强度 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 16 ( 1)判断危险截面 截面 2、 3、 5、 9 只受扭矩作用,虽然键槽,轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的,所以截面 2、 3、 5、 9 均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面 4 和 5 处过渡配合引起的应力集中较为 严重;从受载的情况来看,截面 4、 5上的应力最大。由于 5 轴径也较大,故不必做强度校核。截面 4 上应力最大,因而该轴只需校核截面 4左侧即可。 通过机械设计手册软件版校核 安全 。 入轴的计算 入轴结构转配图 图 4 输入轴结构装配图 初步确定轴的最小直径 由 前 面 的 设 计 可 知 该 摆 线 针 轮 减 速 器 的 输 入 轴 转 矩 为N m 3 2 0 9187 39 5 5 0 0 0 09 5 5 0 0 0 0 ,其公称转矩 由 机械设计 14,取1.3,N m 9 1 71 5 3 2 0 选材为 #45 钢,调质处理,查 表 15,取 110, 出轴最小直径显然是安装轴承的部分 21d ,为了使所选直径 21d 与轴承孔径相适应,须选取轴承,选取 深沟球轴承 6406, d=30D=90B=23核该轴承: h 7191817837 060103366 该轴承符合寿命要求,所以, 21d 3021l =25 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 17 的结构设计 其装配结构图如图 4,43408,由机械设计课程设计手册表 6d=40=110=27可知43d=4032d=353l=24减速器的结构知,32l 75054 ,54l 25上第 5与联轴器相配合 ,由 机械设计课程设计手册表 8选 孔径为 d=35,半联轴器 l 6065l 60承端盖由减速器结构定,总宽度为 57上偏心轮和联轴器周向定位采用平键联接,查表 得 1095,分别选用平键 81050 和 = 81045 ,键槽用键槽铣刀加工,同时为了保证联轴器与轴的配合及偏心轮与轴的配合,选择配合为 H7/7/动轴承与轴的周向定位借过渡配合来保证,安装轴承处选轴的尺寸公差为 文献表 擦查得 ,取轴端倒角为 451 ,各轴肩圆角半径为 1r . 的计算 由轴 力矩图 5分析得 , 用点到 1F 、 2F 作用点的距离相等,都为 得, 1F + 2F =16988N,则 1F 8494N, 2F 8494N。 弯扭合成强度校核 进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面 2)的强度。根据下式及上表中的数值,并取 =的计算应力 W = ( 11) 前已选定轴的材料为 45钢,调质处理,由表 9 1 =60此 1 ,故安全 6。 图 5 输入轴受力图 文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 18 确校核轴的疲劳强度 ( 1)判断危险截面 截面 4、 5 只受扭矩作用,虽然键槽,轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最 小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的,所以截面 4 、均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面 2、 3、 4 处过渡配合引起的应力集中较为严重;从受载的情况来看,截面 2、 3 上的应力最大。所以只需校核 2截面,显然左侧比右侧直径小,因而该轴只需校核截面 2左侧即可。 抗弯截面系数: 31.0 42875 抗扭截面系数: 32.0 85750 弯矩: M 411959扭矩: T 153209截面上的弯曲应力: 面上的扭转切应力: T 的材料为 45钢,调质处理,由表 9 6 B 640 1 275 1 155 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 ,按文 献 12表 3取,因 029.016.1查值后可查得 a 又由文献附图,可得材料敏性系数为 q , q 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 19 故有效应力集中系数为 11 11 文献附图得尺寸系数=由文献 附图的扭转尺寸系数= 轴按磨削加工,又附图的表面质量系数为 未经表面强化处理,即 1q,则按式得综合系数值为 1 1 由文献 查得 13 及 3 是,计算安全系数得 1 1 2 S 上分析故可知其安全。 5 箱体的结构设计 体的结构设计准则 铸铁具有较好的耐磨性、铸造性、切削性和减振性,且成本低廉, 易获得美观外形,适宜于批量生产 。 因此 减速器的箱体采用铸造( 成。 由于灰口铸铁流动性好,容易成形,价格低廉,切削性能好,又有较好的吸振性,因此 机 架材料通常采用灰口铸铁 。 采用金属模机器造型的方法生产毛坯。毛坯铸造时应防止砂眼和气孔产生。为了减少残余应力,机座铸造后应进行时效处理。 ( 1)机体有足够的刚度。 在机体边加肋,外轮廓为长方形,增强了轴承座刚度。( 2)考虑到机体内零件的润滑,买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 20 密封散热。采用侵油润油,同时为了避免油搅得沉渣溅起,齿顶到油池底面的距离 1保证机盖与机座连接处密封,联接凸缘应有足够的宽度,联接表面应精创,其表面粗糙度为 5。 体应具有足够的刚度 ( 1)轴承座由足够的厚度,( 2)在轴承座附近 加支撑肋,( 3)提高轴承座处的联接刚度, 箱盖和箱座用螺栓联成一体;轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承孔,而轴承座旁的凸台应具有足够的承托面,以便放置联接螺栓,以保证旋紧螺母时所需要的扳手空间。( 4)箱盖与箱座凸缘应由一定的厚度,以保证箱盖和箱座的联接刚度。箱体剖分面应加工平整,要由足够的宽度;螺栓间距应不大于 100 150保证箱

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