基于Solidworks土豆去皮機的三維設計【含SW三維圖】
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專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
學 院
工程學院
姓 名
季伶俐
指導教師
劉天祥
設計題目
基于Solidworks土豆去皮機的三維設計
畢業(yè)設計前期工作小結
前期我主要完成了與課題相關的分析工作，通過對相關的文獻資料進行細統(tǒng)的搜集、分析，選出了與設計有關的資料備用，分析了一些去皮機的結構與構造的情況，以及與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別。擬定了設計對象，對整體進行了系統(tǒng)分析，尋找最佳設計方案，按時完成了前期的工作計劃，并開始為下一階段的設計做準備。
畢業(yè)設計中期工作小結
經過前期大量的資料收集后選擇了去皮機為本次設計的對象，結合以前所學的知識，對其進行了結構分析及工序安排，并制定了其加工工藝，編寫了加工的程序清單，完成了加工用量的選擇和相應計算，制定了相應加工的工藝卡片。在此過程中所遇到的問題通過與老師溝通，大部分已經得到解決，并開始著手最后階段的設計工作。
指導教師意見
指導教師簽名：
2009屆本科生畢業(yè)論文（設計）中期匯表
填表日期：2009-4-23
黑龍江八一農墾大學
本科生畢業(yè)論文（設計）任務書
論文題目
基于Solidworks土豆去皮機的三維設計
學院名稱
工程學院
姓名
季伶俐
專業(yè)班級
設計05（1）班
指導教師
劉天祥
課題類型
設計
畢業(yè)論文（設計）的內容摘要
去皮機整體機構的設計，圓盤的設計、齒輪的設計和轉軸的結構設計
畢業(yè)論文（設計）基本要求及工作量要求
土豆去皮機結構設計；去皮機系統(tǒng)結構裝配圖：1張；圓盤零件圖：1張；齒輪零件圖：1張；轉軸零件圖：1張。要求結構設計簡單合理，并且有廣泛的使用性。
畢業(yè)論文（設計）的主要階段計劃（分前期、中期、后期）
前期：進行方案的論證，確定方案，完成開題報告和摘要等。
中期：進行土豆去皮機的結構設計，主要部件的設計，按規(guī)定的統(tǒng)一規(guī)范化要求撰寫設計說明書。
后期：審查設計，準備答辯；畢業(yè)答辯；修改說明書和圖紙。
任務下發(fā)日期
2009-3-7
完成日期
2009-5-30
系主任 主管教學院長審批（簽字）：
黑龍江八一農墾大學
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學生姓名： 季伶俐 學 號： 20054024158
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
設計(論文)題目：基于solidworks土豆去皮機的三維設計
指導教師： 劉天祥
2009年 3 月 19 日
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
文 獻 綜 述
1、土豆去皮機的工作原理：
以電機為動力，通過齒輪帶動圓筒底部的磨盤旋轉。磨盤上表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內上、下、左、右翻動，并不斷地滾動；而圓筒上的彈板，將塊莖彈回，在磨盤和彈板共同作用下土豆塊莖被均勻地磨去外皮，實現(xiàn)土豆去皮的目的。去皮結束時加入清水，再打開側門，塊莖從側門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機為間歇生產。去皮機工作時，磨盤以一定的速度旋轉，工作室內的土豆在離心力、重力和摩擦力共同作用下，利用土豆相對于工作磨盤間的相對速度差，將土豆的皮去掉。
2、應用SolidWorks進行三維設計的優(yōu)勢:
設計過程直觀簡便SolidWorks三維設計直接從三維模型入手，省去了三維與二維之間的轉化。設計者可以方便地通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列、鉆孔等操作不斷改變其結構，最終完成全部零部件的設計。建立模型時，SolidWorks對每個特征尺寸自動賦值，這些數(shù)值可隨時更改。由于SolidWorks的參數(shù)設計功能，實體模型將隨特征尺寸數(shù)值的變化重新生成，因此修改非常方便。
非圓曲線或不規(guī)則曲面的設計表達精確SolidWorks軟件通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產生復雜的曲面；可以直觀地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等操作，使非圓曲線或不規(guī)則曲面的設計表達得更精確、直觀。
設計效率高SolidWorks軟件采用參數(shù)驅動的設計模式，可以通過修改相關的參數(shù)來完善設計方案，支持設計方案的動態(tài)修改。軟件包含標準圖庫，用戶也可任意擴充自定義的圖庫，因而減少了不必要的重復性設計工作；應用SolidWorks軟件的質量特征功能，只需輸入零件的材質屬性（密度），即可直接輸出零件的質量特性，如質量、體積、重心、慣性矩、慣性張量等，從而減少了很多復雜的計算利用SolidWorks軟件可開展力學仿真、裝配仿真、外觀效果評價等。SolidWorks可以通過任意旋轉或剖切，對運動的零部件進行動態(tài)仿真的干涉檢查和間隙檢測，發(fā)現(xiàn)問題立即修正。把“試制過程”放在設計階段,可避免做成實物后才發(fā)現(xiàn)問題，進而有效地提高設計的成功率。
Solidworks主要包括數(shù)字化建模、數(shù)字化裝配、數(shù)字化評價、數(shù)字化制造以及數(shù)字化信息交換等方面。數(shù)字化建模是由編程者預先設置一些幾何圖形模塊，然后設計者在造型建模時可以直接使用，通過改變一個幾何圖形的相關尺寸參數(shù)可以產生其它幾何圖形，任設計者發(fā)揮創(chuàng)造力。數(shù)字化裝配是在所有零件建模完成后，可以在設計平臺上實現(xiàn)預裝配，可以獲得有關可靠性、可維護性、技術指標、工藝性等方面的反饋信息，便于及時修改。數(shù)字化評價是該系統(tǒng)中集中體現(xiàn)設計特征的部分，它將各種美學原則、風格特征、人機關系等語義性的東西通過數(shù)學建模進行量化，使工業(yè)設計的知識體系對設計過程的指導真正具有可操作性。比如生成的渲染效果圖或實體模型，可以進行機構仿真、外型、色彩、材質、工藝等方面的評價，更直觀且實用。數(shù)字化制造是在數(shù)字化工廠中完成，它能自動生成自動識別加工特征、工藝計劃、自動生成NC刀具軌跡，并能定義、預測、測量、分析制造公差等。數(shù)字化信息交換是基于，使該設計平臺能夠實現(xiàn)與其它平臺的信息資源共享。
Solidworks系統(tǒng)是按照系統(tǒng)工程的思想，以工業(yè)設計和為指導的智能型創(chuàng)新性的產品開發(fā)設計系統(tǒng)。首先是利用各種信息，在Solidworks系統(tǒng)平臺里利用真實感造型設計系統(tǒng)進行形態(tài)設計、色彩設計、材質設計和人機設計等方面的語義設計，然后在數(shù)字裝配系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)字化裝配，在綜合評價系統(tǒng)中進行美學、語義學等方面的分析評價，提出產品造型方案。最后將最終方案輸出到加工設備，加工出產品，投放到市場，之后再收集有關信息，反饋到Solidworks平臺，實現(xiàn)再設計。這種方法利用網絡和其它平臺相連接，使設計人員從一開始就考慮到產品生命周期的所有環(huán)節(jié)，把設計、制作、使用等方面合理組織起來，及時解決不同環(huán)節(jié)之間的沖突，充分調動了所有人的積極性和創(chuàng)造性。
Solidworks，即在計算機技術和工業(yè)設計相結合形成的系統(tǒng)支持下，進行工業(yè)設計領域內的各種創(chuàng)造性活動。與傳統(tǒng)的工業(yè)設計相比，Solidworks在設計方法、設計過程、設計質量和設計效率等各方面都發(fā)生了質的變化，它涉及了CAD技術、人工智能技術、多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術、敏捷制造、優(yōu)化技術、模糊技術、人機工程等許多信息技術領域，是一門綜合的交叉性學科。
參考資料：
[1]楊炳南 張黎明.馬鈴薯薯條加工及對策[J].農機與食品機械,:
[2]楊永才 倪忠仁.機械設計新標準應用手冊[K].北京:科學技術出版 社,1993.520-522.
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[5]吳慶章.土豆食品加工技術[J].農牧與食品機械,1986,(Z1):11-22.
[6]胡仁喜.SolidWorks2005機械設計及實例解析[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005..
[7]生信實維有限公司.SolidWorks.軟件—工業(yè)設計師的利器[J].現(xiàn)代制造,2003,(1):44-45.
[8]江洪 楊勇 喬蘭東 等.Solidworks實例解析-曲線、曲面、信真、 渲染[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005
[9]曾建超，俞志和，虛擬現(xiàn)實的技術及其應用，清華大學出版社，1996。
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畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）
1. 去皮機的設計：
在我國，僅有百分之幾的土豆用于深加工，不僅營養(yǎng)價值低，而且經濟效益也差。其原因主要是缺少加工設備，特別是去皮機械。因此，設計土豆去皮機械具有實際意義。根據功能要求，綜合比較各種方式，確定設計方案；進行設計計算以及零部件的結構、尺寸設計。本設計采用立置筒式機械摩擦去皮方式。
2. 裝配體的仿真運動、檢測及全相關的動態(tài)修改：
在零部件的裝配設計中，已建立了各零部件之間的約束關系，應用SolidWorks提供的動態(tài)仿真功能，使零件或部件按約束條件進行仿真運動；同時，可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。觀察零部
件之間有無干涉等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時進行糾正。SolidWorks支持對設計方案的動態(tài)修改，設計者可以通過修改參數(shù)來改變零件尺寸及裝配體中的各個零部件間的特征形狀和尺寸關系，其余部分會由系統(tǒng)進行自動調節(jié)和更新，使修改工作方便易行。零件的三維造型設計應用SolidWorks的拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、放樣和掃描、陣列特征和鉆孔等建模功能完成去皮機的各個零件的三維設計，并在此過程中不斷完善、修改其形狀和尺寸，進一步優(yōu)化設計。SolidWorks的模擬裝配功能是將三維造型設計中構建的零件模型依據零部件之間的連接方式、裝配關系，添加相應裝配約束（如同軸、平行、重合等）進行模擬裝配。在此過程中隨時檢查零部件之間是否有干擾和碰撞，并及時地修改相關零件的結構、尺寸。
3. 二維工程圖的生成：
SolidWorks可以利用已建立的裝配體模型生成二維工程圖。系統(tǒng)可根據三維模型的尺寸自動生成二維尺寸并可以靈活調整尺寸的種類和位置，設計者只需對其稍加修改即可。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
6
黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計）
學士學位畢業(yè)設計
基于Solidworks土豆去皮機的三維設計
學生姓名：季伶俐
指導教師：劉天祥
所在學院：工程學院
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
中國·大慶
2009 年 6 月
III
摘要
本設計結合我國餐飲行業(yè)的發(fā)展趨勢，力求經濟實用，為此設計的一款適用于中小型飯店和賓館等餐飲場所的土豆去皮機。其設計的重點主要在于圓盤尺寸的設計，去皮機整體功率的計算。通過功率和轉速的計算，選擇電動機型號，設計傳動齒輪結構及尺寸，設計軸結構及尺寸，以及校核各傳動部件的傳動比。最后進行整體裝配，并繪制出相應的裝配圖。
關鍵詞：三維設計；摩擦；去皮機械
Abstract
This design combines the status food industry of china .It sought to economic and practical , designs a potato skinning machine which apply to small and medium-sized hotels or canteens and other places. Its main focus is the design of disk’s size, the power calculation of overall peeler, through it’s power and speed, the choice of motor model, the design of transmission gear’s structure and size. The last one is the design of appearance assembly unit and drawing corresponding assembly .
Key words: Three-dimensional design; Friction; Skins the machinery
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 前言 1
1.1土豆去皮機的機理 2
1.2 SolidWorks軟件的特點、應用與展望 2
1.2.1 Solidworks軟件的主要發(fā)展歷程 2
1.2.2 SolidWorks軟件的特點 2
1.2.3 Solidworks軟件的應用 3
1.2.4發(fā)展前景 3
1.3使用Solidworks設計的優(yōu)勢 4
1.3.1易用和友好的界面 4
1.3.2 配置管理 4
1.3.3 裝配體設計建模 4
1.3.4工程圖 5
1.3.5零件建模 5
2 土豆去皮機機械設計 6
2.1 去皮機整體機構的設計 6
2.1.1 去皮機材料的選擇 6
2.1.2 去皮機料筒的設計 6
2.1.3 去皮機支架的設計 7
2.2 圓盤的設計 7
2.2.1 圓盤上物料的受力分析 8
2.2.2 去皮機正常工作轉速的條件 9
2.2.3 去皮機功率的計算 10
2.2.4 電動機的選型 12
2.3 齒輪的設計和校核 13
2.3.1 選擇齒輪的材料和齒數(shù)及齒面接觸強度設計 13
2.3.2 按齒根彎曲強度設計 15
2.5 轉軸的結構設計 18
2.5.1 初步估計軸徑 18
2.5.2 軸的結構尺寸設計 19
2.5.3 軸的強度校核 20
2.5.4 軸上軸承的選擇 23
2.5.5 軸上軸承的校核 24
結 論 28
參考文獻 29
致 謝 30
黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計）
1 前言
馬鈴薯是高產穩(wěn)產作物，世界上共有140多個國家和地區(qū)栽培，主要分布在歐洲和亞洲，國外馬鈴薯主要用于精加工，我國豐富的馬鈴薯資源至今沒有很好的開發(fā)和利用，絕大部分只用作雜糧和飼料。每年的霉爛損失甚大，用于加工的尚不到5%，嚴重影響了廣大農民種植馬鈴薯的積極性。
近年來，馬鈴薯在日常生活中所占的地位越來越明顯，因此得到了廣泛的種植和開發(fā)，對淀粉，以及薯類等深加工產品的需求量也越來越大，因此土豆去皮機的設計研發(fā)也變得越來越重要。在我國，尤其在國內的中小型飯店和賓館等餐飲單位，在對馬鈴薯進行烹制前的處理過程中，并沒有采用高效的土豆去皮設備，而是仍然采用老套的人工去皮方法，甚至有些則不去皮而直接用于烹制，對顧客的飲食衛(wèi)生產生潛在隱患。為此，設計一款實用性較強且價格低廉的土豆去皮設備不僅可以提高土豆的去皮效率，而且還可以符合其相應的衛(wèi)生條件。
SolidWorks95是SolidWorks公司在1995年推出的第一個基于Windows操作系統(tǒng)及特征建模的實體造型系統(tǒng)。SolidWorks軟件的最初目標是運行于Windows平臺上的主流只維設計產品，把功能強大的三維設計軟件放在每一位工程師的桌上。前一個目標可以說基本實現(xiàn)，現(xiàn)在SolidWorks軟件已經成為PC級CAD軟件中最成功最具有代表性的一套中檔三維CAD軟件。
Solidworks是從技術、等多種角度,對批量生產的工業(yè)產品的功能、材料、構造、形態(tài)、色彩、表面處理、裝飾等要素進行綜合性的設計,創(chuàng)造出能夠滿足人們不斷增長的物質需求的新產品。工業(yè)設計在技術創(chuàng)新、產品成型以及商品的銷售、服務和企業(yè)形象的樹立過程中,都扮演著重要的角色,它是工業(yè)文明的靈魂,是現(xiàn)代科學技術與藝術的統(tǒng)一,也是與經濟、文化的高度融合。隨著科學技術的高速發(fā)展，特別是信息時代的到來，市場對產品的性能、價格和交貨期的要求更加苛刻，要求產品的研發(fā)周期短、品種多樣化、趣味化、個性化、小批量。這些都要求制造企業(yè)能夠快速開發(fā)出高質量的產品，以影響市場、響應市場的需求、提高自身的競爭力。傳統(tǒng)的產品設計方法已經不能滿足瞬息萬變的市場需求，而且此軟件易學易懂，便于學習。
從發(fā)展上講，從來沒有一種技術像計算機技術那樣對人類歷史產生如此深遠的影響，人類正步入數(shù)字化時代。進入21世紀,就意味著進入了經濟全球化和知識經濟時代。21世紀的競爭焦點是科學技術的競爭,作為從科學技術轉化為產品的一個橋梁,工業(yè)設計在經濟發(fā)展過程中越來越體現(xiàn)出其重要性。設計意味著一個產品市場占有率的大小，意味著一個組織競爭能力的強弱，一個國家生產力水平的高低。在經濟發(fā)達國家，由于政府的關注與支持,其起到了增強產品銷售感染力和促進貿易發(fā)展的重要作用。
1.1土豆去皮機的機理
以電機為動力，通過齒輪帶動圓筒底部的磨盤旋轉。磨盤表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內上、下、左、右翻動，并不斷地滾動；在磨盤和筒壁共同作用下土豆塊莖被均勻地磨去外皮，實現(xiàn)土豆去皮的目的。去皮結束時加入清水，再打開側門，塊莖從側門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機為間歇生產。
1.2 SolidWorks軟件的特點、應用與展望
1.2.1 Solidworks軟件的主要發(fā)展歷程
SolidWorks95是SolidWorks 公司在1995 年推出的第一個基于 Windows操作系統(tǒng)及特征建模的實體造型系統(tǒng)。
1997年推出的SolidWorks97支持lnternet技術，實現(xiàn)數(shù)據共享，提供了VB, VC++和其他支持OLE的開發(fā)語言接口;并且以Windows為平臺，集成了Motion Works(動態(tài)仿真軟件).CosmosWorks(工程分析軟件).SurfCAM(數(shù)控加工軟件)以及SmarTeam(工程數(shù)據管理軟件)等。
2000年SolidWorks2000問世，在文件管理、大圖和工程繪圖的性能、大裝配處理的速度、使用方便性、復雜曲而造型以及繪圖效率等方而進行了較大的提高和改進。
2003年推出的SolidWorks2003為廣大用戶提供了史具實用性的平臺軟件及增值產品。短短幾年，己經連續(xù)發(fā)行了幾個版本，在功能和技術上都有創(chuàng)新和提高，特別是剛剛推出的SolidWorks 2006，更是向人們展示了Windows原創(chuàng)CAD軟件在復雜模型設計和大規(guī)模產品裝配設計上的力量。
1.2.2 SolidWorks軟件的特點
(1)基于特征及參數(shù)化的造型
SolidWorks裝配體由零件組成，而零件由特征(例如凸臺、螺紋孔、筋板等)組成。這種特征造型方法，直觀地展示人們所熟悉的二維物體，體現(xiàn)設計者的設計意圖。
(2)巧妙地解決了多重關聯(lián)性
SolidWorks創(chuàng)作過程包含三維與二維交替的過程，因此完整的設計文件包括零件文件、裝配文件和二者的工程圖文件。SolidWorks軟件成功的處理了創(chuàng)作過程中存在多重關聯(lián)性，使得設計過程順暢、簡單及準確。
(3)易學易用
SolidWorks軟件易于使用者學習，便于使用者進行設計、制造和交流。熟悉Windows系統(tǒng)的人基本上都可以運用Solidworks軟件進行設計，而且軟件圖標的設計簡明了，幫助文件詳細，自帶教程豐富，又采用核心漢化，易學易懂。其他三維CAD軟件學習通常需要三個月，而Solidworks只需要2-3周。
1.2.3 Solidworks軟件的應用
(1)在工業(yè)設計領域
Solidworks豐富的功能和特點使其在引領新時尚的工業(yè)設計中日益重要。常用的工業(yè)設計(lndustrial Design)中的步驟總要分為機械造型設計和機械工程設計兩步:造型設計采用Photoshop 3Dmax ,maya等軟件完成，然后用機械設計軟件如AutoCAD ,Pro/E ,UG等出零件圖或裝配圖，由于兩類軟件存在中間轉換的問題，設計思路過程被割裂為二，對于產品設計理念的體現(xiàn)存在極大地缺陷。而應用Solidworks軟件后，藝術造型設計和機械工程設計都可以在一個軟件中完成，有效地將設計思路合為一體。
(2)在機械設計領域
Solidworks軟件廣泛用于汽車、重工業(yè)、模具、離散制造、紡織機械等設計中。
(3)在教育領域
三維CAD教育己經成為主流，Solidworks以其Windows界面、完全漢化、易學易用、開放性的功能特點將要成為教育領域中的首選CAD教學軟件。
1.2.4發(fā)展前景
當今世界科技產品趨向于功能強大、結構緊湊且新穎獨特;市場競爭要求產品研發(fā)設計周期短、上市快、成本低且性能優(yōu)良;生產制造全球化要求多方合作、協(xié)同管理且共享資源。因此，Solidworks軟件也必然適應世界發(fā)展的需要，“不斷增強三維造型功能，不斷提高軟件的易用性，不斷擴展數(shù)據的交流”，向著智能化、協(xié)同化和虛擬現(xiàn)實化軟件方向發(fā)展。
(1)智能化
為了使設計者以最快的速度、參閱資料完成卓越的設計，Solidworks必須不斷的完善智能化的功能如智能裝配、改錯方案、智能提示、設計思路智能提示等。
(2)協(xié)同化
為了使設計者能夠多方合作、易地交流、協(xié)同一致地完成各種各樣的設計，Solidworks必須不斷地增強信急交流和協(xié)作平臺、豐富資源庫、完善產品數(shù)據庫管理、提供更強大的輸入輸出接口等。
(3)虛擬現(xiàn)實化
2004年推出的SolidWorks2004，基于這個目標，增加了約250項新特性。這些新特性包括:革命性的焊件環(huán)境，模擬設計師工作的真實環(huán)境;新的內存儲管理技術，能夠處理包含數(shù)千個零件的裝配件;新的凹模和凸模命令使得兩個主要模具零件設計自動化;過切分析在生產模具前自動檢測潛在的問題;新的表面合模命令能夠自動定位和封閉凹模和凸模;新的表而功能提供一系列預先設置的裝飾選項，使得拔模角度和倒角自動化;新的SolidWorks RealView特性，用戶現(xiàn)在能夠利用真實的材料和質地在設計的不同階段創(chuàng)建類似真實效果的視圖等等。展望未來，Solidworks軟件必將在設計師和工程師的思想中不斷進步。
1.3使用Solidworks設計的優(yōu)勢
1.3.1易用和友好的界面
在整個產品設計的工作中，Solidworks能夠完全自動捕捉設計意圖，并引導設計修改，它用人們熟悉的Windows方式，工作中十分簡便，下拉菜單、鼠標點擊、剪切復制和拖動放置等是常用的操作。特征模板是一個可以隨時打開的設計信息庫，從而使標準零件和標準特征的引用變得異常輕松。尺寸、相互關系和幾何輪廓形狀可以隨時修改,設計數(shù)據也是完全編輯的。特征的換序利用拖動放置即可完成。特征樹中的回放指示條能逐步反推模型的生成過程。零部件與零部件之間和零部件與圖紙之間的相關性可以進行有選擇的更新。
1.3.2 配置管理
配置管理是Solidworks軟件體系中非常獨特的一部分，能夠在一個CAD文檔中通過對不同參數(shù)變換和組合，派生出不同的零件和裝配體，要生成一個配置，先指定名稱與屬性，然后再根據需要來修改模型以生成不同的設計變化，可以于動建立配置，或者使用系例零件設計表同時建立多個配置。
1.3.3 裝配體設計建模
在Solidworks的裝配設計中可以直接參照已有的零件生成新的零件。不論設計用"自頂而下”的方法，還是“自底而上”的方法進行設計，Solidworks都將以其易用的操作，大幅度地提高設計的效率。您可以自下而上設計一個裝配體，或自上而下進行設計，或兩種方法結合使用。
自下而上設計法是比較傳統(tǒng)的方法。在自下而上設計中，先生成零件并將之插入裝配體，然后根據設計要求配合零件。自下而上設計法的另一個優(yōu)點是因為零部件是獨立設計的，與自上而下設計法相比，它們的相互關系及重建行為更為簡單。使用自下而上設計法可以專注于中個零件的設計工作。當不需要建立控制零件大小和尺寸的參考關系時（相對于其它零件)，則此方法較為適用。
自上而下設計法從裝配體中開始設計工作，這是兩種設計方法的不同之處?？梢允褂靡粋€零件的幾何體來幫助定義另一個零件，或生成組裝零件后才添加的加工特征?？梢詫⒉季植輬D作為設計的開端，定義固定的零件位置、基準面等，然后參考這些定義來設計零件。
例如，可以將一個零件插入到裝配體中，然后根據此零件生成一個夾具。使用自上而下設計法在關聯(lián)中生成夾具，這樣可參考模型的幾何體，通過與原零件建立幾何關系來控制夾具的尺寸。
1.3.4工程圖
Solidworks軟件可以為3D實體零件和裝配體創(chuàng)建2D工程圖。零件、裝配體和工程圖是互相鏈接的文件;對零件或裝配體所作的任何更改會導致工程圖文件的相應變更;在安裝軟件時，可設定工程圖及模型間的中向鏈接關系，這可防止對模型尺寸的改變，從而防止在工程圖中對模型本身的更改。一般來說，工程圖包含幾個由模型建立的視圖，也可以由現(xiàn)有的視圖建立視圖。例如，剖面視圖是由現(xiàn)有的工程視圖所生成的。
1.3.5零件建模
3D零件是Solidworks機械設計軟件的基本組成部件。傳統(tǒng)的機械設計要求設計人員必須具有較強的三維空間想象能力和表達能力，他們必須在腦海里構造零件的三位形狀，然后按照三視圖的投影規(guī)律，用二維工程圖將零件的三維形狀表達出來，這種設計方式工作量大，且缺乏直觀性。Solidworks采用三維模型進行產品設計，設計過程更加符合設計師的設計習慣和思維方法。由于Solidworks系統(tǒng)具有設計直觀效率高等特點，相信在不久的將來會完全取代二維CAD軟件。
2 土豆去皮機機械設計
土豆皮機是一種小型間歇式去皮設備，依靠旋轉的工作構件驅動物料旋轉，使得物料在離心力的作用下，在機器內上下翻轉并與機器構件產生摩擦，從而使物料的皮層被擦離。下面介紹土豆去皮機整體機構和各個零部件的設計。
2.1 去皮機整體機構的設計
土豆去皮機的整體設計要求簡單，安全，實用，移動方便，盡量節(jié)省原材料。
該土豆去皮機使用機械摩擦去皮原理進行去皮，該機由機筒、機座、機架、電動機、圓盤、機蓋等部分組成。它以電機為動力，通過減速齒輪帶動機盤底部的圓盤旋轉。塊莖加入機筒內，因其離心力和相互碰撞作用的作用下，在機筒內上、下、左、右翻動，表面被圓盤均勻的磨擦。去皮過程中加入清水，磨擦掉的皮屑和水一起經筒底的排水口排出，塊莖從側門自動卸出，該機為間歇生產。
2.1.1 去皮機材料的選擇
此去皮機的筒壁和機體是厚的鋼板，去皮機機架由熱扎等邊角鋼焊接組成，圓盤采用的45鋼，其中筒壁的內側和圓盤的表面均鍍有金剛砂，以增大圓筒內壁和圓盤的摩擦系數(shù)，增大摩擦力，有利于提高去皮機的摩擦效率。
2.1.2 去皮機料筒的設計
根據圓筒的工作原理，圓筒的設計重點主要是保證物料在圓筒內運動的高度，不能發(fā)生物料在運動過程中跳出圓筒的情況，同時此高度也要保證物料在圓筒內有充分的摩擦機會，增加筒內土豆的摩擦效率，所以設計此圓筒的高度為，圓筒的內徑為。圓筒的上面設計一開口，并有一向內收的倒角，方便馬鈴薯的倒入。在圓筒的側壁上設計了一個抽動門，當去皮結束后，在電動機逐漸停止運轉的情況下打開門，去皮后的土豆由于離心力的作用下滾出。
另外，圓筒的下端要設計成圓環(huán)凹陷的形狀，由上方沖下的水夾雜馬鈴薯皮屑從圓盤邊緣留下，進入圓筒凹陷的底端，通過計算分析，設計凹陷處出水管的直徑為，保證沖刷下來的臟水可以有效地從排水口處排出，防止臟水濺入傳動軸，避免機器運轉時出現(xiàn)不必要故障。
2.1.3 去皮機支架的設計
土豆去皮機支架的設計主要是采用角鐵焊接成來支撐軸、圓盤、電動機的重力及運轉時土豆的重力，因此根據實際情況，固定支架的情況如總裝配圖所示。
2.2 圓盤的設計
圓盤的直徑大小取決于此去皮機的工作效率，由于此去皮機是專為賓館或中小型飯店設計，所以其生產能力設計為每次處理12kg馬鈴薯，每次耗時3min，其中裝料時間為30秒，擦皮時間為120s，卸料時間為30s，即每小時可以處理240kg的馬鈴薯［10］。
（1）土豆密度的測定
選取大小均勻適中的土豆樣品，甲和乙
由于
所以
（2）圓盤的尺寸
由于此剝皮機的生產效率為每次處理馬鈴薯，
所以
土豆平均高度
由于 所以
設圓筒的填充度為0.6，設計圓筒高度為，筒內物料高度設為。
（3） 綜上所述：① 取圓盤半徑；
② 取物料與剝皮機的摩擦系數(shù)；
③ 圓筒內物料的最大厚度為；
（4）由于考慮到土豆去皮機在圓盤轉動的過程中，能夠把土豆拋起，所以在去皮機圓盤設計上采用了圓盤表面為波紋形的突起，六個條形波紋突起呈均勻，發(fā)散分布。這樣可以在轉動時，使土豆有一個向上的分速度，從而把土豆拋向側壁，使土豆與側壁之間進行摩擦，從而達到去皮的目的。圓盤結構圖見圖2-1所示。
圖 2-1 圓盤結構圖
2.2.1 圓盤上物料的受力分析
物料在圓盤的旋轉式的受力情況見圖2-2所示。
圖 2-2 物料受力分析圖
（1） 設波紋角為 ，當圓盤轉動時，推動物料A運動，方向為垂直于波紋切線，設其速度為 V，V 可分解為 V水平 和 V垂直 兩個分速度。BC與圓盤平面平行，可以看作使圓盤的圓周速度，而 ，所以 （m/s）［10］
—角速度（1/s）
—圓盤半徑（cm）
因為 ，所以
又因為
所以 （m/s）
（2） 綜上：1.
2.
3.
2.2.2 去皮機正常工作轉速的條件
（1）物料在圓盤轉動時由于離心力和波紋角被圓盤拋起，該物料所具有垂直方向的動能為 ：
此動能應該等于勢能：
，
（2） 為了正常運轉，拋高 h 一定要超過物料在圓桶內的厚度，否則，最底層的物料就不能拋起與圓筒壁摩擦，所以
又因為
所以代入得
（3）為了正常運轉，僅把物料拋起還不行，還要保證物料能拋向側壁，拋向側壁的力靠離心力 C
（N）
此離心力應能克服物料對波紋的摩擦力，才能使物料離開波紋拋向側壁，摩擦力為：
（N） —摩擦系數(shù)
使Ct，即
綜上： （2.1）
（2.2）
代入計算得：
在計算中，取其中較大的值為設計所選用的n值。所以，圓盤的轉速要達到以上才能使土豆去皮機正常工作。
2.2.3 去皮機功率的計算
（1）去皮機的功率消耗包括：
① 克服物料對圓盤的摩擦力所需的功率 N1；
② 克服物料對圓筒的摩擦力所需的功率 N2；
③ 圓盤拋起物料所做的功率 N3；
④ 傳動機構因摩擦而消耗的功率 N4；
（2）下面對以上公式分別計算：
（W）
—處于圓筒內物料的摩擦力矩（N·m）
—物料重力（N）
—摩擦系數(shù)（1.1～1.3）
—摩擦壁矩（m）
—物料圓盤的平均相對速度（1/s），采用最大角速度的。
所以
代入數(shù)據得： （W）
(W)
My—在離心力的作用下物料與側壁的瞬時摩擦力矩（N·m）
（N·m）
V—物料圓周速度（m/s）
—摩擦力矩（＝） （m）
（N·m）
所以
代入數(shù)據得： (W)
(W)
—圓盤表面波紋高度（m）
—波紋的數(shù)量
代入數(shù)據得： （W）
N4為傳動損失，可用傳動效率表示。（＝0.8）。則消耗的總功率為：
(W)
2.2.4 電動機的選型
根據土豆去皮機設計的額定功率697.1W，轉數(shù)230.5，及電動機電壓、尺寸的綜合考慮，所以選擇電動機的型號為-8/6，如表1所示[11]。
表 1 電動機配置表
型號
滿載時
質量/
額定功率
轉 速
電流/
A（380）
效率/%
功率因數(shù)
最大轉矩/額定轉矩
kg
-8/6
0.75
750
2.92
70
0.65
1.8
35
中心高
外形尺寸
底腳安裝尺寸
底腳螺栓直徑
軸伸尺寸
鍵連接部分尺寸
100
圖2-3 電動機
2.3 齒輪的設計和校核
齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，型式很多，應用廣泛。齒輪傳動的主要特點有：
（1）效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率最高。
（2）結構緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。
（3）工作可靠、壽命長 設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命長達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。
（4）傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。
2.3.1 選擇齒輪的材料和齒數(shù)及齒面接觸強度設計
（1）選擇齒輪的類型精度等級材料及齒數(shù)
① 該傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。
② 該土豆去皮機，速度不高，故選用8級精度。
③ 材料選擇。由機械設計手冊選擇小齒輪的材料為45鋼（調質），硬度為250HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為220HBS。
④ 選擇小齒輪的齒數(shù)為＝23,大齒輪的齒數(shù)＝u＝3.2×23＝74
（2）由設計計算公式進行試算，即
① 試選載荷系數(shù)=1.3
② 計算小齒輪傳遞的轉矩
③ 查機械設計手冊選取齒寬系數(shù)
④ 查機械設計手冊得材料的彈性影響系數(shù)
⑤ 查機械設計手冊，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限；
⑥查機械設計手冊計算應力循環(huán)次數(shù)
⑦ 查機械設計手冊得接觸疲勞壽命系數(shù)；
⑧ 計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機械設計手冊得
（3）計算
① 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值：
=
② 計算圓周速度v
③ 計算齒寬
④ 計算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
⑤ 計算載荷系數(shù)
根據，8級精度，查機械設計手冊得動載荷系數(shù)；
直齒輪，假設。查機械設計手冊得；
由機械設計手冊查得使用系數(shù)；
由機械設計手冊查得8級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時
將數(shù)據代入后得
由，，查機械設計手冊得；故載荷系數(shù)
⑥ 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，查機械設計手冊得
⑦ 計算模數(shù)
2.3.2 按齒根彎曲強度設計
查機械設計手冊得彎曲強度的設計公式為：
（1）確定公式內的各計算數(shù)值
① 查機械設計手冊得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；
② 查機械設計手冊得彎曲疲勞強度壽命系數(shù)，；
③ 計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)，查機械設計手冊得
④ 計算載荷系數(shù)
⑤ 查取齒形系數(shù)
查機械設計手冊得 ；
⑥ 查取應力校正系數(shù)
查機械設計手冊得 ；
⑦ 計算大小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大[14]。
（2）設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)≥1.37確定=2 ，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結構緊湊，避免浪費[15]。
（3）計算分度圓直徑：
（4）計算中心距：
（5）計算齒輪寬度：
取 。
所以此齒輪傳動的設計合適。
2.4 鍵的選擇
（1）電動機軸鍵的選擇
① 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
一般8級以上的精度齒輪有定心精度要求，應選用平鍵聯(lián)接。本設計選用圓頭普通平鍵。根據從機械設計手冊中查得，鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長。
② 校核鍵聯(lián)接的強度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，查機械設計手冊得許用擠壓應力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。
由式
可見該鍵聯(lián)接可以滿足需要。
（2）大齒輪上鍵的選擇
① 根據從機械設計手冊中查得，鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長。
② 校核鍵聯(lián)接的強度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，查機械設計手冊得許用擠壓應力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。
由式
同理可知軸上的兩處鍵選擇也滿足要求，能安全使用。
（3）圓盤和軸間鍵的選擇
① 根據從機械設計手冊中查得，鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長。
② 校核鍵聯(lián)接的強度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，查機械設計手冊得許用擠壓應力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。
由式
可見該鍵聯(lián)接可以滿足需要。
2.5 轉軸的結構設計
該土豆去皮機的軸為轉軸，軸的結構設計包括軸的合理外形和全部結構的尺寸。軸的結構尺寸和形狀主要取決于下列因素，軸上零件的類型，布置和固定方式，載荷的性質、大小、方向及分布情況，軸承的類型和尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝要求等。軸上結構應便于軸上零件的定位、固定和裝拆，盡量減小應力集中，應使軸受力合理分布，有良好的工藝性。對于剛度要求大的軸，還應從結構上考慮減少軸的變形。
2.5.1 初步估計軸徑
該土豆去皮機中使用的軸為中等大小功率，轉速不高，且屬一般用途的軸，無特殊要求，軸材料選擇應用廣泛且較經濟的45鋼。
抗拉強度 ， 屈服點 ，
彎曲疲勞極限， 扭轉疲勞極限：，
許用靜應力 ， 許用疲勞應力，
查機械設計手冊的45鋼的及A值： 30～40
A 118～107
由于此土豆去皮機的傳動軸承受的轉矩大于彎矩，所以取 ，。
另外，此軸為實心軸，所以，傳動軸的軸徑計算公式為：
—軸傳動的額定功率（kW）
—軸的轉速（）
—按定的因數(shù)
代入計算得：
由于此軸上設置一個鍵槽，所以軸徑應增大4%～5%，故，所以考慮軸的安全性，下面所設計軸的最小直徑為20。
2.5.2 軸的結構尺寸設計
（1）擬訂軸上零件的裝配方案
軸上零件的裝配方案對周的結構形式起著至關重要的作用。此軸作為電動機的傳動軸，由于該土豆去皮機上的軸是垂直布置，設計的軸上的零件從上往下依次是軸端擋圈、圓盤、軸承端蓋、一對角接觸球軸承、軸承之間的套筒、軸承端蓋、彈性擋圈、齒輪、軸端擋圈。根據實際情況進行對比，得出軸的結構如圖3所示，相比之下，此種結構的軸比較簡單合理。
（2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
為了滿足圓盤的定位要求，軸右端第一軸段的直徑小于第二的軸的直徑，右側第一軸段設其為最小軸徑，由于右端用軸端定位擋圈點定位，按軸端直徑取擋圈直徑，軸端擋圈由螺栓固定在軸端上可以固定圓盤，使圓盤可以平穩(wěn)轉動從而達到土豆去皮加工的效果。圓盤與軸配合的長度為。
（3）初步選擇滾動軸承
考慮到圓盤的軸向定位及滾動軸承的裝卸，軸徑（與軸承相配的軸段）直徑應比軸徑端直徑大左右，故確定軸右側第二軸段直徑為，再根據該土豆去皮機的軸是垂直布置，由受力情況選取角接觸球軸承—型滾動軸承，其內徑為，外徑為，寬度為。左端軸承和右端軸承采用套筒進行軸向定位，兩軸承的定位靠兩端的軸承蓋和支架進行定位。故根據實際需要，取右二段軸段長度為。
（4）取安裝齒輪處的軸段直徑為，已知齒輪的寬度為，根據實際需要，取左面第一段軸段的長度為。
圖 2-4 軸結構圖
2.5.3 軸的強度校核
1）計算齒輪受力
齒輪的分度圓直徑：
軸傳遞的轉矩：
齒輪的圓周力：
齒輪的徑向力：
齒輪的軸向力：
2）繪制軸的受力簡圖
首先畫軸的受力簡圖（a）。圓周力Ft﹑軸向力與軸的轉向和螺旋方向有關，應根據實際工作情況決定，否則會得到錯誤結果，這里，假定軸的轉向享有細看為順時針，齒輪齒合點的位置在上方，則根據直齒圓柱齒輪傳動受力分析方法可知，各分力方向如圖所示。然后將軸上作用力分解為垂直面受力圖（b）和水平面受力圖（d）。分別求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。對于零件作用于軸上的分布力或轉矩可當作集中載荷作用于軸上零件的寬度中點。支反力的作用點隨軸承類型和布局方式的不同而異，近似計算時，一般選取軸寬度的中點。由于軸上的齒輪為直齒輪受力圖2-5所示，其中，。
受力圖如下：
圖 2-5 齒輪受力圖
（3）計算軸的支反力：
垂直面內支反力：
水平面內支反力：
軸是否滿足強度要求只需對危險剖面進行校核即可，軸的危險截面多發(fā)生在當量彎矩最大或當量彎矩較大，且軸的直徑較小處，下面計算A點的當量彎矩。根據此軸的受力分析可知，此軸在A點處的截面當量彎矩最大，所以只需校核A點處截面的抗彎強度即可。
（4）畫彎矩圖
A點垂直彎矩計算：
A點水平彎矩計算：
A點合成彎矩計算：
（5）計算當量彎矩
A點的當量彎矩計算：
（6）按彎曲合成強度校核計算
由彎矩圖可知在軸直徑24mm處彎矩最大，此處的抗彎截面系數(shù)
A點彎曲應力：
由此可知軸的抗彎強度符合要求，該軸的設計合理，可以使用。
2.5.4 軸上軸承的選擇
該土豆去皮機上有傳動軸（軸的具體尺寸形狀以上已有說明），為了保證軸的平穩(wěn)運行，并考慮到軸是垂直布置并配有齒輪傳動，需要抵抗軸向載荷和一些徑向載荷，故選用滾動軸承中的角接觸球軸承—型滾動軸承。該軸承與滑動軸承相比具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動容易等特點。
2.5.5 軸上軸承的校核
查機械設計手冊可知7205C軸承的。
（1） 求兩軸承受到的徑向載荷和
由于該一對軸承是垂直布置，為了方便看圖，把圖形設成水平放置，受力圖形如下：
圖 2-6 軸受力圖
由受力分析可知：
（2）求兩軸承的計算軸向力和
對于70000C型軸承，按機械手冊，軸承派生軸向力，其中，為判斷系數(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
由于軸是垂直布置，齒輪是直齒輪沒有軸向載荷，故此時的重力就成了軸向載荷，在這里本設計主要考慮物料的重力，由于其他零部件的重力也要考慮，此時取總的重力G=2，進行近似計算。
由機械手冊可得，。再計算
兩次計算的值相差不大，因此確定，， ，。
（3）求軸承當量動載荷和
因為
又機械手冊可查得軸承徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為
對軸承1 ，
對軸承2 ，
因軸承運轉中有中等沖擊載荷，由機械手冊查得載荷系數(shù)，取
則
（4）驗算軸承壽命
因為，所以按軸承1的受力大小驗算
結 論
圖紙的繪制采用CAXA軟件繪制，包括圓盤的整體圖，軸視圖，整體剖視圖。
還有Solidworks三維仿真模擬圖。
Solidworks使產品開發(fā)周期顯著縮短柔性加工提高，上市時間加快，可以快速響應市場的變化。但CAD的技術尚不成熟，需進一步深入，提高人機系統(tǒng)的互動?；幽Ｊ降腃AID將是設計的必然趨勢。在傳統(tǒng)交互手段的基礎上,研究新興技術支持下的人機交互技術，將使工業(yè)設計朝著多元化、優(yōu)化、一體化的方向發(fā)展,人機交互方式更加、創(chuàng)新設計的手段更為先進、有效。Solidworks技術的使用,將使機械設計的手段和思想發(fā)生質的飛躍,更加符合發(fā)展的需要,通過對模擬現(xiàn)實技術在機械設計中軟件和硬件構成的,可以說在機械設計中應用模擬現(xiàn)實技術是可行且必要的。
通過以上零部件設計與選擇，本人設計出一款外型美觀大方，內部結構簡單緊湊，具有普遍應用性的土豆去皮機械。該土豆去皮機操作簡單，安全系數(shù)較蒸汽去皮化學去皮和輻射去皮有很大的提高，在制造的經濟費用上相比較低。該土豆去皮機有很大的適用性。
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致 謝
本設計說明書的撰寫是在劉天祥老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，同時在撰寫過程中也得到了其他老師和同學的熱心幫助。在本次畢業(yè)設計過程中，既對所學過的知識有一個綜合的檢驗，又學到了其他相關專業(yè)的知識，對以后的工作有了很大的幫助。
另外，各位也感謝其他老師給予我很大幫助和指導，讓我在實踐中充分掌握了大量的專業(yè)知識和更好的學習方法。通過本次設計說明書的撰寫，端正了我嚴謹?shù)淖鍪聭B(tài)度，同時培養(yǎng)了我提高解決問題的能力和做事情端正的態(tài)度。
最后對指導老師以及其他老師的精心指導和大力支持表示誠摯的問候和衷心的感謝！
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