無極變速裝置

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1、 摘 要 無級變速技術(shù)，它采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力，可以實現(xiàn)傳動比的連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配。常見的無級變速器有液力機械式無級變速器和金屬帶式無級變速器。 自動變速器，按齒輪變速系統(tǒng)的控制方式，它可以分為液控液壓自動變速器和電控液壓自動變速器；按傳動比的變化方式又可分為有級式自動變速器和無級式自動變速器。因此，無級變速器實際上是自動變速器的一種，但它比常見的自動變速器要復(fù)雜得多，技術(shù)上也更為先進。 　　 無級變速器與常見的液壓自動變速器最大的不同是在結(jié)構(gòu)上，后者是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成，還是有擋位的，它所能實現(xiàn)的

2、是在兩擋之間的無級變速，而無級變速器則是兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的，比傳統(tǒng)自動變速器結(jié)構(gòu)簡單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動比，從而實現(xiàn)全程無級變速，使車速變化更為平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換擋時那種“頓”的感覺。 關(guān)鍵字：無級變速器；自動變速器；齒輪變速 I 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 1 緒論 1 1.1 無極變速器的發(fā)展 1 1.1.1 國外無極變速器的發(fā)展及現(xiàn)狀 1 1.1.2 國內(nèi)無級變速器的發(fā)展及現(xiàn)狀 2 2 紙長調(diào)節(jié)無極變速器的結(jié)構(gòu)及傳動原理 4 2.1 紙長調(diào)節(jié)無極變速器的結(jié)構(gòu) 4 4 2.2 傳動原

3、理 4 2.3 調(diào)節(jié)過程 5 3 電動機的選擇 7 4 傳動齒輪設(shè)計 8 4.1 概述： 8 4.2 齒輪設(shè)計 8 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 8 4.2.2 初步設(shè)計 9 4.2.3 幾何計算 9 4.2.4 強度設(shè)計 11 4.2.5 齒根彎曲強度驗算 12 5 軸的設(shè)計計算 14 5.1 概述 14 5.2 軸的設(shè)計 14 5.2.1 求輸入軸上的功率,轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩 14 5.2.2 求作用在齒輪上的力 14 5.2.3 初步確定軸的最小直徑 14 5.2.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 15 5.2.5 精確校核軸的疲勞強度 15

4、 6 螺桿的設(shè)計計算 17 6.1 根據(jù)耐磨性計算螺桿直徑 17 6.2 牙型、材料和許用應(yīng)力 18 6.3 按耐磨性設(shè)計 19 6.4 驗算耐磨性 19 6.5 螺紋牙的強度計算 20 7 軸承的校核 21 7.1 概述 21 7.2 軸承的校核 22 7.2.1 求兩軸承收到的徑向載荷 23 7.2.3 求軸承當量動載荷和 25 7.2.4 驗算軸承壽命 25 8 鏈傳動的設(shè)計計算 26 8.1 概述 26 8.2 鏈設(shè)計計算 26 8.2.1 選擇鏈輪齒數(shù) 26 8.2.3 選擇鏈條型號和節(jié)距 26 8.2.4 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 26 總 結(jié) 28

5、 致 謝 29 參考文獻 30 CAD圖紙 36396305 III 1 緒論 機械無級變速器是由變速傳動機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)以及加壓裝置或輸出機構(gòu)三部分組成的一種傳動裝置。其功能特征主要是:在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下,能實現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化,以滿足機器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中各種不同工況的要求。它在配合減速器傳動時可進一步擴大變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩,對提高產(chǎn)品的產(chǎn)量,適應(yīng)產(chǎn)品變換需要,節(jié)、約能源,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的機械化、自動化等各方面皆具有顯著的效果。故無級變速器目前已成為一種通用的傳動元件,在各工業(yè)部門已獲得廣泛應(yīng)用。 紙長調(diào)節(jié)無極變速器用于能包裝多種長度的物品的

6、包裝機上。傳動器的主、被動工作輪的固定和可動部分形成V形槽，與金屬傳送帶嚙合。當主、被動工作輪可動部分作軸向移動時，改變了傳送帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動比。可動輪的軸間移動是根據(jù)包裝物品的長度要求通過控制系統(tǒng)進行連續(xù)地調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)無極變速。 1.1 無極變速器的發(fā)展 1.1.1 國外無極變速器的發(fā)展及現(xiàn)狀 早在1490年，Leonardo da Vinic 勾畫了機械無級變速器（無級變速器, Continuous Variable transmission）的草圖，并簡要描述了它的潛在優(yōu)勢。但是，機械無級變速器的真正發(fā)展是在19世紀后半葉開始的發(fā)展的，但由于當時受材質(zhì)與工藝方面的條

7、件限制,發(fā)展緩慢。直到20世紀70年代以后,一方面隨著先進的冶煉和熱處理技術(shù),精密加工和數(shù)控機床以及牽引傳動理論與油品的出現(xiàn)和發(fā)展,解決了研制和生產(chǎn)無級變速器的限制因素;另一方面,隨著生產(chǎn)工藝流程實現(xiàn)機械化、自動化以及要求改進機械工作性能,需要大量采用無級變速器。因此這種形勢下,機械無級變速器獲得迅速和廣泛的發(fā)展。主要研制和生產(chǎn)的國家有日本、德國、意大利、美國和俄國等。產(chǎn)品有摩擦式、鏈式、帶式及脈動式四大類約30多種結(jié)構(gòu)型式。輸入功率一般為N=(0.09-30)kW,個別類型可達到N=(150-175)kW,輸入轉(zhuǎn)速一般為n1=(750、1500、3000)r/min;輸出轉(zhuǎn)速可以正、反轉(zhuǎn),增

8、速或降速,最低轉(zhuǎn)速可降低至零。自20世紀80年代以后,機械無級變速器的主要展趨向是美、日等國進行用于汽車的高速、高效、大轉(zhuǎn)矩機械無級變速器的研制開發(fā)。 無級變速器在汽車工業(yè)上的應(yīng)用： 在汽車早期發(fā)展的歷史中，人們就已認識到在發(fā)動機與傳動系之間實現(xiàn)無級變速調(diào)節(jié)才能使汽車達到理想的行駛工況。長期以來，人們一直進行著能傳遞大功率、維持高效率、高壽命的機械式無級變速器的研究工作。近年來，由于材料、潤滑油、微機控制及加工技術(shù)的進步，無級變速器有了很大發(fā)展。最早應(yīng)用于汽車的無級變速傳動是V型橡膠帶式無級自動變速傳動，它出現(xiàn)在1886年由德國Daimlar一Benz公司生產(chǎn)的汽油機汽車上。而后，荷蘭DA

9、F公司H.Vandoom。博士于1958年研制成功了雙V型橡膠帶式無級自動變速器，并裝備于DAF公司的小型轎車上。無級變速器取得里程碑式的成績是在本世紀六十年代中期，VDT公司的研究人員在荷蘭研制出能傳遞功率容量大，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊的無級自動變速器無級變速器，使金屬帶式無級變速器取得突破性進展。1987年，VDT公司的金屬帶式無級變速器進人商品化階段，這年，福特汽車公司首次在市場上推出裝用這種金屬帶的 無級變速器。日本富士重工也于同年研制成功裝備于Juste車上(排量1~1.ZIJ)電子控制無級變速器。之后，菲亞特，福特日產(chǎn)等汽車公司都在公司生產(chǎn)的一些1.2~1.6IJ排量轎車上裝備這種變速

10、器。 九十年代，在總結(jié)八十年代產(chǎn)品開發(fā)和使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，VDT公司研制成功了傳動轉(zhuǎn)距大，性能更佳的第二代無級變速器傳動器。到1995年，裝有無級變速器的汽車產(chǎn)量已達到100萬多輛。目前主要有以下的無級變速器生產(chǎn)廠商:FHISubaruJusty、Ford、Fiat、Nissan等。其中歐洲Ford公司無級變速器產(chǎn)量為15萬/年，F(xiàn)HI無級變速器產(chǎn)量為20萬/年。特別指出的是:美國福特公司在1997年有了歷史性的突破，生產(chǎn)出可用于大轉(zhuǎn)矩、排放量高達3.81，(轉(zhuǎn)矩為3o5Nm)V6發(fā)動機的無級變速器，并成功安裝于Winstarminivan汽車上。這就結(jié)束了無級變速器只能應(yīng)用于中型汽車上的歷

11、史，為大規(guī)模應(yīng)用無級變速器于汽車上開辟了道路。而且，無級變速器已與當今先進的計算機技術(shù)結(jié)合起來，構(gòu)成高性能的無級自動變速器，性能更加完善。世界上的主要汽車生產(chǎn)國都在積極開發(fā)無級變速器系統(tǒng)，已經(jīng)出現(xiàn)了很好的實用化發(fā)展勢頭。 1.1.2 國內(nèi)無級變速器的發(fā)展及現(xiàn)狀 國內(nèi)機械無級變速器基本上是在20世紀60年代前后起步,到80年代中期以后,隨著國外先進設(shè)備的大量引進,工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動流水線的迅速發(fā)展,對各種類型機械無級變速器的需求大幅度增加,專業(yè)廠開始建立并進行規(guī)?；a(chǎn),一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過十幾年發(fā)展,現(xiàn)在,國內(nèi)機械無級變速器行業(yè)從研制、生產(chǎn)、到情報信息各方面已組

12、成一較完整的體系,發(fā)展為機械領(lǐng)域中一個新興行業(yè)。 目前,國內(nèi)生產(chǎn)的機械無級變速器大都是在引進國外先進技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,主要系列產(chǎn)品類型有： （1）摩擦式無級變速器:①行星錐盤式(DISCO型);②行星環(huán)錐式(RX型);③錐盤環(huán)盤式(干式、濕式);④多盤式(Beier型)等。(2)齒鏈式無級變速器:①滑片鏈式;②滾柱鏈式;③鏈式卷繞式。(3)帶式無級變速器:①普通V帶;②寬V帶;(4)脈動式無級變速器:①三相并列連桿式(GUSA型)與四相并開連桿式(Zero-Max型)。其中行星錐盤式無級變速器通用性較強,結(jié)構(gòu)和工藝較簡單,工作可靠,綜合性能優(yōu)良,尤其是能適應(yīng)各種生產(chǎn)流水線需要,

13、故應(yīng)用最廣,產(chǎn)量最大,其年產(chǎn)量約占機械無級變速器總產(chǎn)量的50%以上。大部分無級變速器產(chǎn)品的輸入功率為(0.18-7.5)kW,少數(shù)類型可以達到(2230)kW左右。 通過一定時期的實踐,并掌握了現(xiàn)有技術(shù)之后,近年來國內(nèi)機械無級變速器的研制生產(chǎn)出現(xiàn)了新的發(fā)展趨向,主要是： (1)對原有產(chǎn)品創(chuàng)新改進：在原來行星錐盤式無級變速器的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新開發(fā)出‘恒功率行星摩擦式無級變速器’及‘無物理心軸行星輪無級變速器’,后者的變速比由原來的5~6增大到20或更大,輸出轉(zhuǎn)矩也提高了一倍以上,而且其他性能指標優(yōu)良,目前已有系列產(chǎn)品。 (2)研制開發(fā)汽車用無級變速器：汽車用無級變速器屬高新技術(shù)產(chǎn)品,目前國內(nèi)已

14、開出金屬帶式無級變速器,通過試驗,現(xiàn)正準備進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn);而其中靠進口的關(guān)鍵零件‘金屬鋼帶’也將自行生產(chǎn)。另外,新型的車用無級變速器及復(fù)合帶也在探討之中。(3)創(chuàng)新研制新型(車用和通用)無級變速器。近年來不斷提出有創(chuàng)新型無級變速器,這些無級變速器的特點主 3 要是①不用摩擦式變速傳動而多半以連桿脈動式無級變速器傳動為主或采取鏈式傳動;②要求實現(xiàn)大功率、恒功率或者高速;③力爭結(jié)構(gòu)簡單緊湊,并獲得優(yōu)良的性能。上述情況可以說明,國內(nèi)無級變速器的研制生產(chǎn)已由過去的仿造階段進入到創(chuàng)新階段,由小功率往大功率方向發(fā)展,由一般技術(shù)往高新技術(shù)發(fā)展,故今后有可能出現(xiàn)一些性能優(yōu)良的新一代機械無級變速器。

15、 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,自20世紀80年代以來,出現(xiàn)多種通過交流電動機進行調(diào)速的方式。其中作為先進的變速裝置,交流變頻器及其派生的控制器獲得迅速的發(fā)展和推廣應(yīng)用,對機械無級變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。其優(yōu)點主要是調(diào)速性能好、范圍大、效率高、自控性好、功率范圍寬等。近年來,又出現(xiàn)一種新型的開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(Switched Reluctance Drive-SRD),性能有進一步提高;而它們的缺點在于低于電機額定轉(zhuǎn)速時,僅具有恒轉(zhuǎn)矩特性,低速運轉(zhuǎn)時效率較低且不夠穩(wěn)定,起動過載性能較差等。與上述電力調(diào)速方式相比較,機械無級變速器的特點主要是:具有恒功率機械特性,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,工作可靠,傳動效率較高,

16、結(jié)構(gòu)簡單,維修方便,而且類型多,適用范圍廣。因此,在今后的發(fā)展中,依然有著廣闊的前景。 無級變速器在我國汽車工業(yè)上的應(yīng)用： 在我國六十年代，“紅旗”770轎車上就使用了具有兩個前進檔的液力自動變速器，之后又研究了有三個前進檔的CA774。1998年，一汽大眾公司生產(chǎn)的“捷達王”，已將自動變速器列為選裝件。神龍汽車公司也在其“富康”1.6IJ的車型上推出了電控式液力自動變速器。至于無級變速器，早在十年前，國內(nèi)就有高校購買過國外樣機進行分析研究。目前，重慶大學(xué)正在對無級變速器的結(jié)構(gòu)、運動機理進行基礎(chǔ)研究;東風汽車公司和吉林工業(yè)大學(xué)、東北工業(yè)大學(xué)、湖北汽車工業(yè)學(xué)院合作，承擔了國家科技部九五

17、重大攻關(guān)項目，對無級變速器技術(shù)進行實用化研究。 3）無級變速器的發(fā)展前景 隨著電子技術(shù)、材料及加工技術(shù)的發(fā)展，無級變速器正朝著以下幾個方面發(fā)展: ①向3升以上排量的汽車上發(fā)展，以實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用; ②更加優(yōu)越的控制及快捷的反應(yīng); ③更低廉的價格。 由于采用機械無級變速器可以得到傳動系與發(fā)動機工況的最好匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟性和動力性，并可以提高操縱方便性和舒適性，有效地降低了排放污染，且綜合性能優(yōu)于T、AMT系統(tǒng)。一些主要的汽車廠開始液力機械自動變速器過渡到無級變速器系統(tǒng);或者直接發(fā)展無級變速器系統(tǒng);或兩者兼有之。 近幾年來，隨著高科技的發(fā)展及市場需要，無級變速器的

18、機一液式控制系統(tǒng)已逐步被電一液式控制系統(tǒng)所取代，從而實現(xiàn)無級變速傳動裝置與發(fā)動機的靈活匹配，以滿足多種控制模式的要求。對各種工況的控制策略也正在作更加深入的研究，以使無級變速器的優(yōu)越性更大限度地發(fā)揮出來。目前，無級變速器的電子控制又進一步向智能化方向發(fā)展，如對濕式離合器的接合采用模糊控制來改善汽車的起動性能等。同時無級變速器的結(jié)構(gòu)也越來越小巧和緊湊，加上對前輪驅(qū)動的無級變速器進行結(jié)構(gòu)上的修改，使其可用于后輪驅(qū)動的汽車上，進一步增強了無級變速器的應(yīng)用范圍。  2 紙長調(diào)節(jié)無極變速器的結(jié)構(gòu)及傳動原理 2.1 紙長調(diào)節(jié)無極變速器的結(jié)構(gòu) 圖2.1 總體裝配圖 2.2 傳動原理

19、 紙長調(diào)節(jié)無級變速器用于能包裝多種長度的物品的包裝機上。由于包裝紙的輸送長度是根據(jù)被包裝物決定的，因此，每當變換被包裝物時，必須相應(yīng)調(diào)節(jié)包裝紙的輸送長度。 包裝紙輸送長度的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)滑輪的位置，改變變速器的速比，即輸紙滾筒的送紙速度來實現(xiàn)的。當需要改變變速器的速比時，啟動電動機，經(jīng)減速器降低轉(zhuǎn)動速度，通過錐齒輪將電動機的動力傳動到17軸上，又經(jīng)鏈傳動，降低速比，將動力傳動到20軸上。通過錐齒輪將動力傳至螺桿，因螺桿與滑座為螺紋配合，螺桿的轉(zhuǎn)動使得滑座上下移動，從而導(dǎo)致滑輪上下移動。又上下對稱布置的兩個皮帶輪是固定在軸套上的，故滑輪的移動使得主動輪的直徑發(fā)生變化，從而使速比得以改變，

20、也就改變了輸送滾筒的送紙速度，使得包裝紙輸送長度得到了調(diào)節(jié)。 2.3 調(diào)節(jié)過程 1——螺桿； 2——皮帶輪； 3——軸； 4——滑座； 5——軸套； 6——滑輪； 7——減速器；8——刻度盤； 9——減速器； 10——電動機 圖2.2 紙長調(diào)節(jié)無級變速器 當需要調(diào)節(jié)包裝紙輸送長度時，可用手動或自動啟動，使紙長調(diào)節(jié)電動機10進行順時針或逆時針轉(zhuǎn)動。此時，經(jīng)減速器10進行順時針或逆時針轉(zhuǎn)動。此時，經(jīng)減速器9（速比）和齒輪、鏈輪傳動后，螺桿1帶動滑座4左右移動，因滑輪6是固定，而對稱布置的皮帶輪2將

21、沿豎直方向上下移動，從而，滑輪6兩側(cè)三角帶的傳動中心距發(fā)生的改變，和滑輪6依靠交代的張力自動進行的前后移動，使變速器的速比隨即得到了調(diào)整，也就改變了輸送滾筒的送紙速度，使得包裝紙輸送長度得到了調(diào)節(jié)。紙長的變動由刻度盤8的指針指示出。由于螺桿1 是傾斜設(shè)置的，因此在變速過程中三角帶始終是保持平直的。 紙長調(diào)節(jié)必須在包裝機開動情況下進行。 圖2.3 滑輪裝配圖 無級變速器調(diào)速時，滑座上下移動，使得滑輪同時上下移動，又因?qū)ΨQ布置的兩個皮帶輪是固定于軸套上的，從而使滑輪與皮帶輪間的間隙發(fā)生變化。由可知，在固定不變的情況下，的大小變化使得傳動速比發(fā)生變化。 護套的作用，固定皮帶

22、輪位置，防止無級變速器調(diào)速時，皮帶輪掉落。 無級變速器的調(diào)速范圍： 當滑座位置處于螺桿的最上端位置時，上面皮帶輪與滑輪的，下面皮帶輪與滑輪的。 又主動輪 所以變速器的速比范圍為 又主動輪的轉(zhuǎn)速為 故變速器的調(diào)速范圍為 結(jié)論：無級變速器的調(diào)速范圍：。3 電動機選擇 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因此，無特殊要求時，應(yīng)選用三相交流電動機，其中以三相交流異步電動機應(yīng)用廣泛。所以選擇使用三相交流異步電動機，其型號為JW4524。 由資料可知，JW4524型三相交流異步電動機的參數(shù)如下： 額定功率： 額定電壓： 額定電

23、流： 額定轉(zhuǎn)速：n=1400r/min 4 傳動齒輪設(shè)計 4.1 概述： 齒輪傳動機構(gòu)用于傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，是機械傳動中應(yīng)用非常廣泛的機構(gòu)。其主要優(yōu)點是：1）適用的圓周速度和功率范圍廣；2)傳動比準確；3）傳遞的機械效率高；4）工作可靠;6)可實現(xiàn)平行軸，相交軸，交錯軸之間的傳動;7)結(jié)構(gòu)緊湊。但制造及安裝要求較高，且需專門的加工，測量設(shè)備，因而成本較高。 錐齒輪是圓錐齒輪的簡稱，它用來實現(xiàn)兩相交軸之間的傳動,兩軸交角S稱為軸角，其值可根據(jù)傳動需要確定，一般多采用90。錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小，如下圖所示。由于這一特點，對應(yīng)于圓

24、柱齒輪中的各有關(guān)"圓柱"在錐齒輪中就變成了"圓錐"，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線齒等形式。直齒和斜齒錐齒輪設(shè)計、制造及安裝均較簡單，但噪聲較大，用于低速傳動（＜5m/s）；曲線齒錐齒輪具有傳動平穩(wěn)、噪聲小及承載能力大等特點，用于高速重載的場合。本節(jié)只討論S=90的標準直齒錐齒輪傳動。 4.2 齒輪設(shè)計： 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ⑴根據(jù)使用要求，選用錐齒輪傳動； ⑵無極變速器為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88)； ⑶材料選擇： 由表10-1選擇小齒輪材料

25、為40Cr(調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。二者材料硬度差為40HBS。 ⑷選小齒輪齒數(shù)為。 4.2.2 初步設(shè)計 Zb≥0.85, Z=1.735，KA=1.5, Kβ=1.5, u=3.77, σHlim=1500 N/ mm, e=1100, Σ=90。 DH1≥ e Zb Zφ ［KAKβT1］1/3 （4.1） =11000.851.735（1.51.5220）1/3 =33.42 1）選定齒數(shù)Z和模數(shù)m: 選Z1=13,

26、 則Z2=u Z1 =49.01, 取Z2=49 m =DH1/ Z1 = 33.42/ 13 =2.5708 2）選變位系數(shù)： 螺旋角=5.5接近零度曲齒錐齒輪，取x1=0.8, x2=0.3 XΣ=x1+x2=0.8+0.3=1.1 切向變位系數(shù)： X1=0.8 使小齒輪齒頂變尖，取xt1=0.2 根據(jù)保持標準齒全高 σ=0 xt2=xtΣ- xt1=0.0312-0.2=-0.1688 4.2.3 幾何計算 軸交角Σ Σ=90 齒數(shù)比u u=Z2/Z1=49/13=3.769 節(jié)錐角δ‘ δ’1 =ar

27、c tan =14.8667 δ’2=90-14.8667=75.1333 分度圓大端端面模數(shù)m m=2.5708 齒形角α0=20 齒頂高系數(shù)=1 頂隙系數(shù) c*=0.2 齒寬b=R/4—R/3=50 徑向變位系數(shù) x1=0.8 x2=0.3 齒高變動系數(shù) σ=0 平均當量齒輪 Zvm =0.5 （4.2） =102.266 節(jié)錐與分錐的比值 Ka=(XΣ/ Zvm)+1 =1.01076 中點當量齒輪分度圓壓力角 αm=arc tanα0 /cosβm=20.

28、085 中點當量齒輪齒合角 α‘m=arc cos (cosαm /Ka)=21.6913 切向變位系數(shù)之和 XtΣ=2Zvm[inv α’m-inv αm] -2XΣ tan αm=0.0312 切向變位系數(shù) xt 按σ=0及補償小齒輪尖頂： xt1=0.2 , xt2=-0.1688 分度圓直徑 d1=mz1=86.688 d2=mz2=326.747 節(jié)錐距 R’=0.5Kad1/ sin δ’2=170.850 中點錐距 Rm=R-0.5b=145.850 齒全高 h=(2h*+c*-σ)m=14.67 分圓齒頂高 ha=( h*

29、+x-σ ) m ha1=12 ha2=8.669 分圓齒根高 hf=h-ha hf1=2.677 hf2=6.001 節(jié)圓齒根高 h’f=0.5( Ka-1 ) d/cosδ’ hf1=3.149 hf2=12.854 節(jié)圓齒頂高 h’a=h-h’f h’a1=11.521 h’a2=1.816 節(jié)錐齒根角 θ’f= arc tan(h’f-R’) θ’f1 =1.056θ’f2=4.303 根錐角 δf= δ’ – θ’f1 δf1=13.8δf2=70.833 頂錐角 δa=δ+θf δa1=19.17

30、δa2=76.2 頂圓直徑 da=Kd+2h’a cosδ’ da1=109.89, da2=331.19 冠頂距 Aa=R’ cosδ’- h’a sin δ’ Aa1=162.176 Aa2=42.055 安裝距A A1=168 A2=80 輪冠距 Ha=A-Aa Ha1 =5.824 Ha2=37.945 4.2.4 強度設(shè)計 按國標GB/ T =10062-1988 公式驗算計算接觸應(yīng)力 σH=ZHZE ZεZβ Zκ （1）節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH ZH=

31、 （4.3） βb=arc sin[ sin βm cos α0]=5.1674 αt=20.085 αw1=21.6913 ZH=2.382 (2) 查表，彈性系數(shù)ZE=189.3 N/mm2 (3) 重合度系數(shù)Zε Zε=+ =0.926 （4.4） mm=mRm/ R =5.625 mm εβ= beH tan βm/(πmm)=5.6925 mm ramv1=Rm d a1 / (2R COSδ1) =48.529 mm ramv2 =Rmda2/ (2

32、R cosδ2)=550.975mm rbmv1=Rmd1cos αm/ ( 2RCOSδ1)=35.955mm rbmv2=Rmd2cos αm/ (2Rcosδ2)=510.525mm gam=+ -(rbmv1+rbmv2)tanαm =22.4mm pm=πmmcos αm=16.8mm εα= gαm/ pm=1.33 (4) 螺旋角系數(shù)Zβ= =0.998 (5)有效寬度beH=0.85b=42.5mm （6）錐齒輪系數(shù) Zk=0.85 （7)使用系數(shù)KA=1.5 (8)齒寬中點分錐的圓周力： dm1= Rm d1/R=74mm Ftm=2000T1/d

33、m1=15459.5N (9)動載系數(shù)Kv=NK+1 N=0.0273 K=K1beH/ (KAFtm) + cv3=0.499 Kv=1.013 （10）齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.65 （11）齒間載荷分配系數(shù)KHα= 1.4 （12）輪滑劑系數(shù)ZL=0.95 (13)速度系數(shù)Zv=0.97 (14)粗糙度系數(shù)ZR=0.98 (15)溫度系數(shù)ZT=1 (16)尺寸系數(shù)Zx=1 (17)SHmin=1 (18)查表，σHlim=1500 N/mm2 σH=1496.8 N/ mm2

34、 許用接觸應(yīng)力 σHp=ZLZvZRZXσHlim/ZTSHmin =1355 N/mm2＜Σh 用變位類型影響系數(shù)Zb=0.85修正 σ‘H=0.85σH=1272 N/mm2 故安全 4.2.5 齒根彎曲強度驗算 σf1。2=KAKvKFαKFβFtm Ysa1.2YβYαYFa1.2Yk/ beFmnm KFα=1.4 KFβ=1.65 beF= 42.5 Sfmin= 1 YST=2 Yk=1 Mnm=5.6666 Yfa1=2.03 Y

35、fa2=2.09 Ysa1=2.03 Ysa2=2.14 Yε=0.805 Yβ=0.99 Yδre1T=1.02 Yrre1T=1.02 Yx=0.995 σFlim=470 N/mm 2(MQ ) 320 N/mm2 (ML) 小輪計算應(yīng)力σF1=740N/mm2 大輪計算應(yīng)力σF2=803N/mm2 小輪許用齒根應(yīng)力σFp1=824N/mm2 大輪許用齒根應(yīng)力σFp2=828N/mm2 故安全

36、 5 軸的設(shè)計計算 5.1 概述 軸是組成機器的主要零件之一。機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件如齒輪、帶輪、鏈輪等都要安裝在軸上才能實現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運動。軸的主要功能在于支持傳動零件，使其具有確定的工作位置，并傳遞運動和動力。 5.2 軸的設(shè)計 5.2.1 求輸入軸上的功率,轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩 若取每級齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)），則 又 于是 （5.1） 5.2.2 求作用在齒輪上的力 因已知低速大齒輪的分度圓直徑為 而

37、 5.2.3 初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)15-3，取,于是得 （5.2） 取 5.2.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭轉(zhuǎn)的截面的強度，根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動玄幻變應(yīng)力，取。 彎矩M： 水平面彎矩 垂直面彎矩

38、 總彎矩： 軸的計算應(yīng)力： （5.3） 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得。因此，故安全。 5.2.5 精確校核軸的疲勞強度 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面左側(cè)的彎矩M 截面上的扭矩 截面上的彎曲應(yīng)力 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 （5.4） 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得 截面上由

39、于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表3-2查取。 因。經(jīng)插值后可查得： 又由附圖3-1可得軸的材料敏性系數(shù)為： 故有效應(yīng)力集中系數(shù)（附表3-4）為： 由附圖3-2的尺寸系數(shù)；由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強化處理，即，則按式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為 又由3-1及3-2得碳鋼的特性系數(shù) 于是，計算安全系數(shù)值，按式（15-6）（15-8）得

40、 故安全。 6 螺桿的設(shè)計計算 6.1 概述 螺桿：外表面切有螺旋槽的圓柱或者切有錐面螺旋槽的圓錐。由擠出過程可知，螺桿是在高溫、一定腐蝕、強烈磨損、大扭矩下工作的，因此，螺桿必須： 1）耐高溫，高溫下不變形； 2）耐磨損，壽命長； 3）耐腐蝕，物料具有腐蝕性； 4）高強度，可承受大扭矩，高轉(zhuǎn)速； 5）具有良好的切削加工性能； 6）熱處理后殘余應(yīng)力小，熱變形小等。 6.1 根據(jù)耐磨性計算螺桿直徑 螺母所用的材料一般比螺桿的材料軟，所以磨損主要發(fā)生在螺母的螺紋表面。影響螺紋磨損的因素很多，目前尚缺乏完善的計算方法，故常用限制

41、螺紋表面的壓強不超過材料的許用壓強來進行計算，即。螺桿直徑可按下式計算：： （6.1） 式中: d2 為螺紋中徑（mm）；PP為許用壓強（N/），查表4-6；h 為螺紋的工作高度(mm)，對矩形、梯形螺紋h=0.5P，鋸齒螺紋h=0.75P，P為螺矩（mm）；ψ為螺母高度系數(shù)，對整體螺母取ψ=1.52.5，剖分式螺母或受載較大的取ψ=2.53.5；傳動精度較高、載荷較大、要求壽命較長時取ψ= 4。根據(jù)公式算得螺紋中徑后，應(yīng)按標準選取相應(yīng)的公稱直徑d及螺距P。由于圈數(shù)愈多各圈受力愈不均勻，所以螺紋圈數(shù)一般不宜超過10圈 圖6.1 螺桿 表6—

42、1 滑動螺旋傳動的許用壓強 螺紋副材料 滑動速度（m/min） 許用壓強 （N/mm2） 螺紋材料 滑動速度（m/min） 許用壓強 （N/mm2） 銅對青銅 低速 ＜3.0 612 ＞15 1825 1118 710 12 鋼對鑄鐵 ＜2.4 612 1318 47 鋼對鋼 低速 7.513 鋼對耐磨鑄鐵 612 68 淬火鋼對青銅 612 1013 6.2 牙型、材料和許用應(yīng)力 采用梯形螺紋，單線n=1 螺桿45鋼，螺母ZCuSn5Pb5Zn5 滑動速度Vs<3m/s,許用壓強 螺桿的許用應(yīng)力：

43、45剛屈服點 取 取 螺母的許用應(yīng)力： 取 取 6.3 按耐磨性設(shè)計 采取整體螺母式，取 ≥= 取 螺母高度 螺紋旋合圈數(shù) 螺紋的工作高度 6.4 驗算耐磨性 單線螺紋導(dǎo)程與螺距相等，即 導(dǎo)程角 牙面滑動速度 (6.2) 小于許用比壓下的牙面滑動速度，符合要求。 螺桿的強度計算 螺紋摩擦轉(zhuǎn)矩 (6.3) (6.4)

44、 =25.2 N/mm2 []=50N/mm2，滿足強度要求 6.5 螺紋牙的強度計算 鋼制螺桿螺牙強度高于青銅質(zhì)螺母，只計算螺母的螺牙強度 壓根寬度 ，牙根剪貼滿足強度要求 ，牙根彎曲滿足強度要求 7 軸承的校核 7.1 概述 滾動軸承是應(yīng)用很廣的一種基礎(chǔ)部件，已標準化，并由軸承廠大量生產(chǎn)。它有多種類型規(guī)格以適應(yīng)不同的工況需要。所以，在設(shè)計機器時，只需要根據(jù)具體工作條件，選用適合類型和尺寸的滾動軸承即可。 滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。與滑動軸承 圖2.16滾動軸承 滾動軸承的徑向尺寸較

45、大，減振能力較差，高速時壽命低，聲響較大。滾動軸承中的向心軸承（主要承受徑向力）通常由內(nèi)圈、外圈、滾動體和滾動體保持架4部分組成。內(nèi)圈緊套在軸頸上并與軸一起旋轉(zhuǎn)，外圈裝在軸承座孔中。在內(nèi)圈的外周和外圈的內(nèi)周上均制有滾道。當內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)動時，滾動體即在內(nèi)外圈的滾道上滾動，它們由保持架隔開，避免相互摩擦。推力軸承分緊圈和活圈兩部分。緊圈與軸套緊，活圈支承在軸承座上。套圈和滾動體通常采用強度高、耐磨性好的滾動軸承鋼制造，淬火后表面硬度應(yīng)達到HRC60～65。保持架多用軟鋼沖壓制成，也可以采用銅合金夾布膠木或塑料等制造。 滾動軸承和滑動軸承的區(qū)別首先表象在結(jié)構(gòu)上，滾動軸承是靠滾動體的轉(zhuǎn)動來支撐轉(zhuǎn)動

46、軸的，因而接觸部位是一個點，滾動體越多，接觸點就越多；滑動軸承是靠平滑的面來支撐轉(zhuǎn)動軸的，因而接觸部位是一個面。其次是運動方式不同，滾動軸承的運動方式是滾動；滑動軸承的運動方式是滑動，因而摩擦形式上也就完全不相同。 滾動軸承是將運轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件。滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成，內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導(dǎo)滾動體旋

47、轉(zhuǎn)起潤滑作用。主要作用是支承轉(zhuǎn)動的軸及軸上零件，并保持軸的正常工作位置和旋轉(zhuǎn)精度，滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。與滑動軸承比較，滾動軸承的徑向尺寸較大，減振能力較差，高速時壽命低，聲響較大。這里的滾動軸承是為了配合滾動軸承座，選擇深溝球軸承6305。 選擇滾動軸承的優(yōu)點有： 1）摩擦阻力小，功率消耗小，機械效率高，易起動。 2）尺寸標準化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便。 3）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，軸向尺寸更為縮小。 4）精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長。 5）部分軸承具有自動調(diào)心的性能。 6）適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生

48、產(chǎn)效率高。 7）傳動摩擦力矩比流體動壓軸承低得多，因此摩擦溫升與功耗較低； 8）起動摩擦力矩僅略高于轉(zhuǎn)動摩擦力矩； 9）軸承變形對載荷變化的敏感性小于流體動壓軸承； 10）只需要少量的潤滑劑便能正常運行，運行時能夠長時間提供潤滑劑； 11）軸向尺寸小于傳統(tǒng)流體動壓軸承； 12）可以同時承受徑向和推力組合載荷； 13）在很大的載荷-速度范圍內(nèi)，獨特的設(shè)計可以獲得優(yōu)良的性能； 14）軸承性能對載荷、速度和運行速度的波動相對不敏感。 軸承在使用過程中潤滑是不可缺少的。目前主要有脂潤滑和油潤滑。采用脂潤滑不易泄漏、易于密封、使用時間長、維護簡便且油膜強度高，但摩擦阻力

49、比油潤滑大，不宜用于高速。軸承中脂的裝填量不應(yīng)超過軸承空間的1/2～1/3，否則會由于攪拌潤滑劑過多而使軸承過熱。油潤滑冷卻效果好，但密封和供油裝置較復(fù)雜。油的粘度一般為 0.12～0.2厘米/秒。負荷大，工作溫度高時宜選用粘度高的油，轉(zhuǎn)速高時選用粘度低的油。潤滑方式有油浴潤滑、滴油潤滑、油霧潤滑、噴油潤滑和壓力供油潤滑等。油浴潤滑時，油面應(yīng)不高于最下方的滾動體中心。若按彈性流體動壓潤滑理論設(shè)計軸承和選擇潤滑劑粘度，則接觸表面將被油膜隔開。這時，在穩(wěn)定載荷作用下，軸承壽命可提高很多倍。 現(xiàn)代機器、儀器等設(shè)備正向高速、重載、精密、輕巧等方面發(fā)展，這對滾動軸承提出許多新的要求，如在減小尺寸的同

50、時要求軸承保持甚至提高額定負荷，采用新技術(shù)改進工藝，提高制造精度，降低成本。通用滾動軸承已很難滿足各式各樣的要求，對生產(chǎn)量大的機器設(shè)備應(yīng)設(shè)計制造專用軸承，在加強標準化的同時，增加品種，擴大專用軸承的比例?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展還需要在特殊工況下工作的特種軸承，如在高速、高溫、低溫、強磁場或在酸、堿等介質(zhì)中工作的軸承。 7.2 軸承的校核 已知：設(shè)根據(jù)條件決定在軸的兩端反裝兩個角接觸球軸承。如圖所示：已知軸上齒輪受切向力，徑向力，軸向力；齒輪分度圓直徑，齒輪轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)中有輕微沖擊，軸承預(yù)期壽命。設(shè)初選兩個軸承型號均為7270c，試驗算軸承是否可達到預(yù)期壽命的要求。 查滾動軸承樣本可知角接觸球軸承7

51、207C的基本額定動載荷,基本額定靜載荷。 7.2.1 求兩軸承收到的徑向載荷 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系。其中：圖C中的為通過另加轉(zhuǎn)矩而平移到指向軸線；圖中的亦應(yīng)通過另加彎矩而平移到作用于軸線上（上述轉(zhuǎn)化在圖中均未畫出）。 由力分析可知： 7.2.2 求兩軸承的計算軸向力和 對于70000C型軸承，按表3-17，軸承派生軸向力，其中e為表13-5中的判 斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)軸承軸向力未知。故先初取，因此可估算： 按式（13-11

52、）得 由表13-5仿立體13-1進行插值計算得，再計算 兩次計算的值相差不大，因此確定 7.2.3 求軸承當量動載荷和 由表13-5分別查

53、表或插值計算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為： 對軸承1 對軸承2 因軸承運轉(zhuǎn)中有輕微沖擊，按式13-6，，則 7.2.4 驗算軸承壽命 因，所以按軸承2的受力大小驗算 故所選軸承滿足壽命要求。 8 鏈傳動的設(shè)計計算 8.1 概述 鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。 鏈傳動有許多優(yōu)

54、點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力小；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。 鏈傳動的缺點主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中。 8.2 鏈設(shè)計計算 8.2.1 選擇鏈輪齒數(shù) 取小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪齒數(shù) 8.2.2 確定計算功率 由表9-6查得,由圖9-13查得，單排鏈，則計算功率為 8.2.3 選擇鏈條型號和節(jié)距 根據(jù)及，查圖9-11，可選10A

55、-1。查表9-1，鏈條節(jié)距為 8.2.4 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距。取。相應(yīng)的鏈條節(jié)數(shù)為： 取鏈條節(jié)數(shù)節(jié)。 查表9-7得到中心距計算系數(shù)，則鏈傳動的最大中心距為： 8.2.5 計算鏈條速度，確定潤滑方式 由,和鏈號10A-1，查圖9-14可知采用定期人工油滑。 8.2.6 計算壓軸力 有效圓周力為： 鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù)為，則壓軸力為： 31 總 結(jié)

56、 1.提出了創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計:采用分體帶輪結(jié)構(gòu)，利用分體扇形塊的軸向移動副配合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)分體扇形塊沿錐體燕尾槽的徑向膨脹或收縮，實現(xiàn)改變帶輪工作直徑、從而實現(xiàn)連續(xù)無級變速的目的。 2. 調(diào)速油缸的軸向作用力直接改變帶輪的工作直徑大小不增加傳動帶工作面的正壓力消除現(xiàn)有帶傳動無級變速器調(diào)速時存在的主、從動輪上傳動帶不在同一平面內(nèi)的偏移現(xiàn)象。 3.總結(jié)出分體式無級變速器的有效拉力大小計算公式。 4.不增加帶傳動中V帶側(cè)面擠壓摩擦力與現(xiàn)有帶傳動無級變速器相比較可以提高傳動帶的工作效率和壽命。 5.與現(xiàn)有的金屬帶傳動無級變速器相比，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，成本低。 6.目前

57、帶傳動無級調(diào)速使用寬V帶式金屬帶，而新型帶傳動無級變速器可適用于普通V帶、圓帶、平帶，適用性廣。課題研究成果達到了預(yù)期的目標理論證明新型普通V帶無級變速器能夠滿足生產(chǎn)實際需求。 致 謝 時光荏苒，歲月如梭，不知不覺間，歷經(jīng)三個多月的畢業(yè)設(shè)計在熱火朝天的盛夏接近了尾聲。在這段寶貴時間里，我感到自己收獲很大，專業(yè)技術(shù)理論知識運用得到了更新和提高。期間，我對零件進行校核計算，確定了結(jié)構(gòu)參數(shù);根據(jù)所設(shè)計的尺寸參數(shù)，繪制了整體裝配圖和零件圖，并且就模型的可行性進行了論證和校核，并做出三維模型圖。針對課題，我先后大量閱讀了相關(guān)技術(shù)文獻和書籍，學(xué)習(xí)掌握了相關(guān)的應(yīng)用工具軟件。在論文的完成期間，我深切

58、感到自己的專業(yè)技術(shù)知識水平發(fā)生了飛躍。 本論文是在唐正寧老師的大力支持和悉心指導(dǎo)下完成的。在此我感謝他所給予的諄諄教導(dǎo)。導(dǎo)師正直的人格，淵博的學(xué)識，嚴謹?shù)目蒲芯瘢翡J的洞察力令我終身收益。 這次畢業(yè)設(shè)計得以順利完成，得益于各級領(lǐng)導(dǎo)及老師在大學(xué)四年里親切的關(guān)懷。在此，對各位領(lǐng)導(dǎo)及老師表達最真誠的感謝。 這次畢業(yè)設(shè)計得以順利完成，得益于唐正寧老師等老師在設(shè)計期間的關(guān)心和指導(dǎo)，在此表達最真誠的感謝。 這次畢業(yè)設(shè)計得以順利完成，也得益于各位同學(xué)的相互學(xué)習(xí)和交流，在此對各位同學(xué)也表達真誠的感謝。 感謝我同班同學(xué)在共處的幾年內(nèi)，給予我的幫助和在生活上所帶來的快樂，感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我

59、的老師、同學(xué)和朋友，謝謝！ 參考文獻 [1] 濮良貴,紀名剛.機械設(shè)計[M].第八版.西安:高等教育出版社, 2005：338-339. [2] 孫恒,陳作模.機械原理[M].第七版.西安:高等教育出版社, 2000： 124-130. [3] 徐灝.機械設(shè)計手冊[M].第三卷.北京:機械工業(yè)出版社, 1991：235-250. [4] 李育錫.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].第三版.北京:高等教育出版社, 2006：127-135. [5] 王征,王仙紅.AutoCAD 2010實用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2009：129-146. [6] 周有強.

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