二级锥齿—斜齿圆柱齿轮减速器设计【F=2500 V=1 D=300】【优秀机械课程毕业设计论文】
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二级
圆柱齿轮
减速器
设计
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优良
机械
课程
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份，36页，8000字左右。
图纸共3张
A0-总装配图.dwg
A1-圆锥齿轮.dwg
A2-输出轴图.dwg
- 内容简介：
-
F=2500N V=1M/00 1 3 9 M= 锥齿齿距R= b= C=b= A=178 5 5 m= 97 h= 02 齿根圆 90.75 二级锥齿 斜齿圆柱齿轮减速器 【摘要】 减速机是一种 动力 传达机构，利用齿轮的速度转换器，将 电机 的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的 船舶 、汽车、机车，建筑用的重型机具， 机械工业 所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电， 钟表 等等 小负荷，精确的 角度 传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。 本设计采用的是二级锥齿 斜齿圆柱齿轮传动，先利用两个大小锥齿轮减速，然后利用两个大小斜齿轮减速，达到最终的目的，由于齿轮的效率高，传动比精确，所以可以实现很精准的传动。 【关键词】 减速器；二级传动；锥齿 目录 一 传动方案的拟定 . 1 二 电动机的选 择 . 2 三 传动比的分配 . 3 四 传动装置动力参数的计算 . 4 五 传动件的设计计算 . 5 七 齿轮上作用力的计算 . 12 八 联轴器的选择 . 14 （一）高速级 . 14 （二）低速级 . 14 九 减速器装配草图的设计 . 15 （一）合理布置图面 . 15 （二）绘出齿轮的 轮廓尺寸 . 15 （三）箱体内壁 . 15 十 轴的设计计算 . 16 （一）高速轴的设计与计算 . 16 （二）中间轴的设计与计算 . 21 （三）低速轴的设计与计算 . 25 十一 润滑油的选择与计算 . 31 十二 装配图和零件图 . 32 （一）附件设计与选择 . 32 （二）绘制装配图和零件图 . 32 十三 设计体会 . 33 十四 主要参考材料 . 34 1 一 传动方案的拟定 根据已知条件，运输带的有效拉力为 2500N，运输带的速冻为 1m/s，卷筒直径为 300相交流电源，有粉尘，载荷平稳，常温下持续工作。 该设备的传动系统由电动机 (原动机 ) 减速器（传动装置） 带式运输机组成，工作 机为型砂运输设备。简图如下： 1 电动机 2 联轴器 3 减速器 4 卷筒 5 传动带 减速器为展开式圆锥 斜齿圆柱齿轮的二级传动，轴承初步选用深沟球轴承，联轴器 2选用凸缘联轴器， 8选用齿式联轴器。 2 二 电动机的选择 计算名称 计算及说明 计算结果 1 电动机的选择 根据用途选用 2 选 择 电 动 机 的 功 率 输送带的功率为 查 机 械 设 计 手 册 ， 取 一 对 轴 承 的 效 率轴 齿轮的传动效率 锥 齿轮的传动效率 斜轴器的传动效率联 所以w 24 联齿锥轴总= 电动机所需的工作效率为 总据附录九，选择电动机的功率为 3w= 总 0= 总 确 定 电 动 机 的 转 速 输送 带的转速 0 0 D vn w r/ 已知锥齿轮的传动比 32锥i；斜齿轮的传动比 63斜i；故 1866332 ）（）（总i；电动机的转速范围： 总 618）=（ r/ 由附录九知道，符合这一要求的电动机同步转速有 750r/000r/本题选用1000r/满载转速为 960r/号为6 wn r/满n 960r/ 三 传动比的分配 计算名称 计算及说明 计算结果 1 总传动比 总i= 总i= 分配传动比 高速级传动比总=为锥齿轮的传动比不能大于 3，故取 31i ； 低速级的传动比 31i i 4 四 传动装置动力参数的计算 计算名称 计算及说明 计算结果 1 各个轴的转速 600 =1n 112 =320r/mi n/600 601 202 2 各个轴的功率 联01 锥轴 12 斜轴 23 联轴 34 P P P 2.2wP 各个轴的转矩 5 09 5 5 0000 n PT 0 5 09 5 5 0111 n PT 0 5 09 5 5 0222 n PT 5 09 5 5 0333 n PT T T T T 5 五 传动件的设计计算 （一） 高速级锥齿轮设计计算 计算项目 计算及说明 计算结果 1 材料的选择，热处理方式和公差等级 考虑到带式输送机为一般机械，大小锥齿轮均选用 45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，小齿面硬度216254，大齿轮齿面硬度 162217，平均硬度235， 190， 差 45，在 3050 之间，故选用 8级精度 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为： 32211) 45钢 小齿轮调质处理 大齿轮正火处理 8 级精度 2 初步计算传动的主要尺寸 （ 1） 小齿轮的转矩为 T （ 2） 因为 v 未知，初步选载荷系数 3） 查得弹性系数为 （ 4） 查得锥齿轮的节点区域系数为 Z （ 5） 齿数比 31 （ 6） 取 （ 7） 许用接触应力可用下式表示 H ，由机械设6 计手册查得极限应力 ， 大小齿轮的应力循环次数为： 911 03 2 06060 查得 11S 取 1 则有 M P H 5 8 0 ； M P H 4 2 9 ； 两者比较取较小的，故 29 初算小齿轮的直径 32211) = 1( 22 3 确定传动尺寸 （ 1） 计算载荷系数：查得 K ,齿宽中点分度圆直径1 故 0 060/111 降低 1级精度按 9级精度 查得 K， K， A 对为 K 与先对9/ 3311 （ 2） 确定齿数 初选小锥齿轮的齿数 1z 23，则 2z 69 （ 3） 大端模数 取标准模数为7 4） 大端的分度圆直径为： （ 5） 锥齿齿距为： 21 （ 6）齿宽： 4 计算锥齿轮传动其他几何尺寸 （ 1） （ 2） 1 （ 3） （ 4） s 21 （ 5） c co c co c co u（ 6） o 11 （ 7） 9c o 22 （ 8） 11 （ 9） 22 （二） 低速级 斜齿圆柱齿轮设计计算 计算名 称 计算及说明 计算结果 1 选择材料，热处选择小齿轮的材料为 40行调质处理，硬度为280齿轮为 45 钢，进行调质处理，硬度为240者材料相差 40 3050间。小齿轮为 40齿轮为 45钢 8级精度 8 理方式和公差 选择 8级精度 2 初步计算传动的尺寸 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为： 3233 12 （ 1） 2） 试选 4.13） 查得弹性系数 （ 4） 初选螺旋角 12 ，Z （ 5） 齿数比 （ 6） 齿宽系数 2.1d（ 7） 初选 233z， 1164 z ,则查得端面重合度为： 92.1a； （ 8） 12t a a 得重合度系数为 Z（ 9） 查得螺旋角系数 Z（ 10） 许用接触应力可用下式计算： K ，由图查得接触疲劳极限应力为 ； 大小齿轮的应力循环次数分别为： 93 0103 2 060 4 N 查得寿命系数 安全系 数1 M P 3 0/3l i M P 5 6/4l 取较小者，故 56 初 算 小 斜 齿 轮 的 分 度 圆 直 径 3233 12 = 303 564 3 确定传动尺寸 （ 1） 计算载荷系数： 0 060 3 ，查得载荷系数 K； K； K；1 10 （ 2） 对 333 （ 3） 确定模数 n ，查表取标准值 （ 4） 中心距 n 712c o 1 1 623(o ( 43 取整数 78 螺旋角为 (a r c c o s 43 a n，与初选的螺旋角相差不大，所以 所以 9 o s 1 1 o s 44 （ 5） ，由于装配或者安装的误差，小斜齿轮应该 比大斜齿轮的宽度大510故大斜齿轮的宽度 5.278 974 4 计算齿轮传动其他几何尺寸 端面模数 o s o 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径为： 齿根圆直径为： f a a 3024 11 01 2 7244 f f 12 七 齿轮上作用力的计算 齿轮上作用力的计算为后续轴的设计和校核，键的选择和验算及轴承的选择和校核提供数据 计算名称 计算及说明 计算结果 1高速级齿轮传动的作用力 （ 1） 已知条件 高 速 轴 传 递 的 转 矩 为 转速为 601 ，小齿轮大端分 度 圆 直 径 ， ， ， 181 （ 2） 锥齿轮 1上的作用力 圆周力 F 1 3 9 02)21 11 方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为： 8co st 11 其方向为由力的作用点指向轮 1的中心 轴向力为： i nt 11 其方向为沿轴向从小锥齿轮的小端指向大端 法向力为： o s o s 11 （ 1） 已知条件：中间轴传递的转矩 转速 202 ，低速级斜齿圆柱齿轮的螺旋角 。为了使斜齿圆柱齿轮 3 的轴向力与锥齿轮13 2低速级齿轮传动的作用力 2的轴向力相互抵消一部分，低速级的小齿轮右旋，大齿轮左旋，小齿轮分度圆直径为 （ 2） 齿轮 3的作用力 圆周力为 t 8 0 0 23 其方向与力作用点圆周速度方向相反 径向力为： s 20t 8 3co st 其方向由力的作用点指向轮 3的转动中心 轴向力为： 8 3t 其方向用右手定则来确定，即用右手握住轮 3 的轴线，并使四指的方向顺着轮的转动方向，此时拇指的指向即改力的方向 法向力为： 7 s 8 3co s 33 （ 3） 齿轮 4的作用力 从动轮 4 的各个力与主动齿轮 3 上相应的力大小相等，作用方向相反 NF n 14 八 联轴器的选择 （一）高速级 根据 动机直径为 38选择 （二）低速级 根据 附表 8择 15 九 减速器装配草图的设计 （一）合理布置图面 该减速器的装配图一张，选择在0据图纸图幅面大小与减速器两级齿轮传动 的中心距，绘图比例定为 1:1，采用三视图来表达装配结构。 （二）绘出齿轮的轮廓尺寸 在俯视图上绘出锥齿轮和圆柱齿轮传动的轮廓尺寸 （三）箱体内壁 在齿轮齿廓的基础上绘制出箱体的内壁、轴承端面、轴承座端面线 16 十 轴的设计计算 （一）高速轴的设计与计算 计算名称 计算及说明 计算结果 1 已知条件 高速轴传递的功率 ，转矩 213901 ,转速 601 ，小齿轮的大端分度圆直径 ，齿宽中点处的分度圆直径为m 11 ， 轮 齿 的 宽 度 2 选择轴的材料 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料 45钢，调质处理 45钢 调质处理 3 初算轴径 查得 C=106135 ，取中间值 C=118 ，则311m i n ，轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应增大 %5%3 ，取中间值 4%，故轴端最细处直径 41( （ 1） 轴承部件的结构设计 为了方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构，减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计 （ 2） 联轴器与轴段 1，轴段 1 上安装联轴器， 此段设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿联轴器所连接两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查机械设计手册取动载荷系数 K ，计算转矩为： 17 4 结构设计 3 2 0 8 51 0 0 B/2002 中的 联轴器符合要求：公称转矩为 25 ，许用转速 3800r/虑到 ，取81 ，轴孔的长度为联L=80Y 型轴孔， A 型键，联轴器从动端的代号为25 425014 2002，相应的轴段 1 的直径 81 ，其长度应略小于孔的长 度，取01 （ 3） 轴承与轴段 2和 4的设计 在确定轴段 2的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。若联轴器采用轴肩定位，轴肩高度 8)1 轴段 2 的 轴 径12 其值最终由密封圈确定，该处轴的圆周速度均小于3m/s，可选用毡圈油封，查表初选毡圈的公称直径为28为轴承的直径 为 80过计算，这样选取的轴径过大，而且轴承寿命过长，故此处改用套筒定位，轴套内径为 28径既要满足密封要求，又要满足轴承定位的标准，考虑该轴为悬臂梁，且有轴向力的作用，选用圆锥滚子轴承，初选轴承 30207，由表得轴承的内径的 d=28径 80，宽度 B=15T=圈定位直径2，外径定位2，轴上力作用点与外圈大端面的距离 ，故d 302，联轴器定位轴套顶到轴承内圈端面，则该处轴段长度应略短于轴承内圈宽度，取02 。该减速器锥齿轮的圆周速度大于 2m/s，故轴承采用油润滑，由齿轮将81 01 02 L 90218 油甩到导油沟内流入轴承座中。 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则 553 其右侧为齿轮 1的定位轴套，为保证套筒能够顶到轴承内圈右端面，该处轴段长度应比轴承内圈宽度略短，故取053 （ 4） 轴段 4的设计 该轴段为轴承提供定位作用，故取该段直径为轴承定位轴肩，即04 ，该处长度与轴的悬臂梁长度有关，L 704（ 5） 齿轮与轴段 5的设计 轴段 5上安装齿轮，小锥齿轮所处的轴段采用悬臂梁结构，5d ，故初定5d=35锥齿轮齿宽中点分度圆与大端处径向端面的距离 于齿轮直径比较小，采用实心式，由图上量得 M=齿轮大端侧径向端 面与轴承套杯端面距离取为 ，轴承外圈宽边侧距内壁距离，即轴承套杯凸肩厚 C=8轮大端侧径向端面与轮毂右端面的距离按齿轮结构需要取为 56轮左侧用轴套定位，右侧采用轴段挡圈固定，为使挡圈能够压紧齿轮端面，取轴与齿轮配合段比齿轮轮毂略短，差值为 （ 6） 轴段 1和轴段 3的长度 轴段 1的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承端盖等零件有关。由手册得，下箱体壁厚 ， ，取轴承旁联接螺栓为 体凸缘连接螺栓为 脚螺栓为 则 有 轴 承 端 盖 连 接 螺 钉 24=其值为 手册，取轴承端盖凸53 L 20355 L 20504 L 704 19 缘厚度为 2；取端盖与轴承座间的调整垫片厚度为 ；告诉轴承端盖连接螺钉，查表取螺栓5781 35；其安装基准圆直径远大于联轴器轮毂外径，此处螺钉的拆装空间足够，取联轴器毂孔端面距轴承端盖表面距离 K=10便于结构尺寸取整，轴承端盖凸缘安装面与轴承左端面的距离取为轴段 1 有 联 d=110段 3 的长度与该轴的悬臂梁长度 齿轮的受力作用点与右端轴承对轴的力作用点的距离为： + +C+3a=轴承对轴的力作用点间的距离为： （ 2333= 23 133+2 （ 127 30有 其取值范围之内，合格 （ 7） 轴段 1 力作用点与左轴承对轴力作用点的距离： T+34m 输入轴的结构图如下图（ 1）所示 1L 1103= 2 =1 =940 5 键连接 带轮与轴段 1间采用 机械设计课程设计选取其型号为 10 561096轮与轴段 4间采用 号为 10 631096 轴的受力分析 （ 1） 画轴的受力分析 轴的受力简图如下图所示 （ 2） 计算支承反力 在水平面上为 1 112 =3)在垂直面上为 FR 5 82311 3 3112 轴承 1的总支承反力为： 221211 轴承 2的总支承反力： 222222 （ 3） 画弯矩图 如下图（ 2）所示 11 图（ 1） 输入轴的结构图 （二）中间轴的设计与计算 计算名称 计算及说明 计算结果 1已知条件 高速轴传递的功率 ，转速 9601 n r/齿轮大端分度圆直径为 ，齿宽中点处分度圆直径 1) ，60,3 2选择轴的材料 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用 45钢，进行调质处理 45 钢进行调质处理 3初算轴的直径 查表取 C=106135之间 ，取平均值为 C=110， 则322m 轴的结构构想如图（ 2）所示， （ 1） 轴承部件的结构设计 为方便轴承的装拆，减速器的机体采用剖分式结 构，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定方式，按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计 22 （ 2） 轴段 1和 5的设计 该轴段上安装轴承，此段设计应与轴承的选择设计同步，考虑到齿轮上作用较大的轴向力和圆周力，选用圆锥滚子轴承。轴段 1 和5 上安装轴承，其直径应既要便于轴承安装，又要符合轴承内径系列。根据，暂取轴承32009，由表查得轴承内径5，外径 D=85度 B=14圈定位直径2，外径定位直径4，轴上力作用点与外圈大端面的距离3a d 401 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则 06 （ 3） 齿轮轴段 2 与轴段 4 的设计 轴段 2 上安装齿轮 3，轴段 4上安装齿轮 2。为便于齿轮安装， 2d 和 4d 和5d，此时安装齿轮 3 处的轴径可 选为23过验算，其强度不满足要求，可初定 由于齿轮的直径比较小，采用实心式，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定，齿轮 2 和轮廓的宽度范围为（ 4d =（ 30其轮毂宽度 35左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定 。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段 2 长度应比齿轮 2的轮毂略短，故取62 （ 4） 轴段 3 的设计 该段为轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为（ 2d =（ .5）其高度 h=201 02 62 23 齿轮 3左端面与箱体内壁距离和齿轮 2的轮毂右端 面与箱体内壁的距离均取为 1 =10，且使箱体两侧内壁关于高速轴线对称，量得起宽度 ，取94 ，则轴段 3的长度 72 3143 此时，锥齿轮没有处在正确安装的地方，在装配是可以调节两端盖下的调整垫片使 其处于正确的安装位置 （ 5） 轴段 1及轴段 5的长度 由于轴承采用油润滑，故轴承内端面距箱体内壁距离取为 =5轴段 1的长度为： 9)( 2311 （ 6）轴上力作用点的距离 轴承反力的作用点距轴承外圈大端的距离 ，则由图可得轴的支点与受力点间的距离为：3311 2 由装配图知 ， 9473 91 5键连接的选择 齿轮与轴段间采用 A 型普通平键连接，查表取其型号为键 12 1001096轮与轴段 4 间采用 A 型普通平键连接，型号为 12 4510961)画轴的受力简图 轴的受力简图如图所示 (2)计算支承反力 在水平面上为 321332131323122)( + 24 6轴的受力分析 62 7 5 61132 号表示与所给的方向相反 在垂直平面内 8 3)( 321 323231 4 8 31132 轴承 1 的总支承反力为 221211 轴承 2 的总支承反力为 222222 (4)画弯矩图 弯矩图如下图示 在水平面上 22 332133 = 022 223222 在垂直面上为： 8 4 2 4 311 8 732 合成弯矩 22 75 1 322 2222 5 60 27571 5 8802022 （ 4）画转矩图，如下图示 176502 176502图（ 2）： 中间轴 （三）低速轴的设计与计算 计算名称 计算及说明 计算结果 1 已知条件 低 速 轴 传 递 的 功 率 ，转矩 转速 203 ，齿轮 4 的分度26 圆直径 974 ，齿轮宽度 44 2 选择轴的材料 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用 45钢调质处理 45 钢调质处理 3 初算轴径 查表得查表取 C=106135之间 ，取 C=110， 则 322m i n ，考虑到轴与带轮连接，有一个键槽，轴径应该增大 3%5%,轴段最细直径为： 91 结构设计 （ 1） 轴承部件的结构设计 为了方便轴承的安装与拆卸，减速器的机体采用剖分式结构，该减速器发热小，轴不长，故轴承采用两段固定方式，按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计 （ 2） 联轴器与轴段 1 轴段 1上安装联轴器，此设计应与联轴器的选择设计同步进行。为补偿联轴器所连接轴两段的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。查机械设计手册，取载荷系数 算转矩 1m，符合所选的联轴器 。 轴 孔 的 范 围 为 1325 考 虑 到 ，取联轴器孔径为 1d 60孔长度为 L，则相应的轴段的直径 ，其长度略短于孔的宽度，取51 （ 3） 密封圈与轴段 2的设计 在确定轴段 2的轴径时，应考虑联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸。若 联轴 器 采 用 轴 肩 定 位 ， 轴 肩 的 高 度 为01 L 45127 h=(1d =(.4)段 2 的轴径2d =65值最终由密封圈决定。该处的圆周速度均小于 3m/s，故可选用毡圈油封，查表选取毡圈20 2d =65 （ 4） 轴承与轴段 2和轴段 6的设计 考虑齿轮有轴向力存在，但是此处的轴径较大，选用单列的圆锥滚子轴承，在轴段 1上安装轴承，其直径应既便于安装，又符合轴承的内径系列。现取轴承为 30213，则轴承内径为 65径为 120度为 圈定位直径4径定为063d=75于该减速器锥齿轮的圆周速度大于 2m/s，轴承采用油润滑，无需防挡油环，取113 。为补偿箱体的铸造误差，取轴承靠近箱体内壁的端面与箱体内壁距离 =5常一根轴上的两个轴承选取的型号相同，则04 （ 5） 齿轮与轴段 5的设计 轴段 5上安装齿轮 4，为便于齿轮的安装，5初定6d=65，齿轮 4轮廓的宽度范围为（ d=（ 6682.5）其轮毂宽度与齿轮宽度相等为 80右端采用轴肩定位，左端采用套筒定位。为了使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段 5长度应比齿轮 4的轮毂略短，取为5L=105 6） 轴段 6和轴段 4的设计 轴段 6为齿轮提供轴向定位作用，定位轴肩的高度为h=(6d = h=6 5d =70d =658 4L= 0段 4的直径可取轴承内圈定位直径，故 4d =80轮左端面与 箱体内壁距离为： 6065(102/)( 4314 则轴段 3的长度为 5443 7） 轴段 2 的长度 轴段 2 的长度除与轴上零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件有关，轴承座宽度为 85(21 ，轴承旁连接螺栓为 1c =282c =24体轴承座宽度 )85(242810)85(21 =67708；轴承端盖连接螺钉查表选取螺栓为5781 25，其安装圆周大于联轴器轮毂外径，轮毂外径不与端盖螺钉的拆装空间干涉，故取联轴器轮毂端面与轴承端盖面的距离为 K=10有 8） 轴上力的作用点的间距 轴承反力的作用点距轴承外圈大端的距离3a=由图可得轴支点及受力点间的距离为 4671 45432 5284233 L =78mm 29 5 键连接的选择 联轴器与轴段 1及齿轮 4由轴段 6间采用 A 型普通平键连接，查机械设计课程设计选择键的型号为16 100 1096轮与轴段 4 间采用 A 型普通平键连接，型号 为 16 1001096 轴的受力分析 （ 1） 画轴的受力简图 轴的受力简图如下图所示 （ 2） 计算支承力 在水平面为 = 3920N 2 53 9 2 在垂直面上为 FR 8 321231 = 5 8 3132 轴承 1 的总支承反力为 221211 轴承 2 的支承反力为 222222 （ 3） 画弯矩图 如下图示 在水平面上： 1 2 3 0 63 9 2 021 9 4 2 2 522 在垂直面上为： 5 7 5 3 5 621 合成弯矩 2222 3920N R =R =0 2222 9 4 2 7 = 4）画转矩图 如下图所示 图（ 3）：输出
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