3863 紙杯機整體成型部分及傳動系統(tǒng)設(shè)計
3863 紙杯機整體成型部分及傳動系統(tǒng)設(shè)計,紙杯,整體,總體,成型,部分,部份,傳動系統(tǒng),設(shè)計
1紙杯機整體成型部分及傳動系統(tǒng)設(shè)計摘 要在人們追求方便、安全、環(huán)保和衛(wèi)生的現(xiàn)代社會，紙杯正成為現(xiàn)代社會一次性杯子的主流。為滿足日益增長的市場需求，紙杯成型機的研究、設(shè)計和改進工作也應(yīng)與時俱進。自動紙杯成型機通過自動送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等連續(xù)工序生產(chǎn)出成品紙杯。本設(shè)計主要設(shè)計紙杯整體成型及其傳動系統(tǒng)部分，該部分主要包括紙杯的加熱、滾花和卷邊，以及成型紙杯的落料和卸杯等工序。紙杯成型機本部分的動作主要通過典型連桿機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，間歇機構(gòu)等機構(gòu)來完成。本設(shè)計將依次進行紙杯成型機總體方案的確定，通過對紙杯成型機生產(chǎn)工藝過程分析，來選擇機構(gòu)和總體布局，并在此基礎(chǔ)上進行傳動裝置總體設(shè)計以及傳動零件的設(shè)計計算，主要對 V 帶、鏈條、鏈輪、凸輪、偏心輪、主軸、弧面凸輪分度間歇機構(gòu)進行詳細的設(shè)計計算。本設(shè)計對紙杯成型機原理作了較詳細的介紹，并確定其主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)。該自動紙杯成型機結(jié)構(gòu)合理，操作方便，功率較小，效率較高，性能穩(wěn)定，能滿足目前生產(chǎn)要求。關(guān)鍵詞：機械；自動紙杯成型機；紙杯2ABSTRACTIn modern society, people pursuit of convenience, safety, environmental protection and health, so the paper cup is becoming the mainstream of one-off cup. To meet the growing market demand, the research ,design and improve of the paper cup forming machine should also advance with the times.The automatic paper cup forming machine through the automatic document feeder, red at the end of sealing, heating, over at the end of Knurling, curling, continuous processes, such as dumping cups of finished paper produced. The main design of the cup design and the transmission part of the overall shape of the cups of some of the major, including heating, rolling and crimping spending, as well as the shape of the cup and disposed of blanking processes Cup. Paper cup forming machine of this part of the action, mainly through a typical linkage, chain transmission, belt transmission, cam mechanisms, intermittent institutions agencies to complete. The design will be followed by paper cup machine for the determination of the overall program, through the production of paper machine process analysis, to select the institutions and the overall layout, and on this basis the overall design, as well as gear design and calculation of transmission components, mainly of the V belt, chain, sprocket, cam, eccentric wheel, spindle, cam Globoidal intermittent indexing agencies to conduct a detailed design calculation. The design principle of the paper cup machine, introduced in more detail and to determine its main parameters and structures.The automatic paper cup forming machine have reasonable structure and stable performance, easy to operate, less power and more efficient, can meet current production requirements. Keywords: machinery; automatic paper cup forming machine;paper cup3目 錄1 緒論 11.1 課題研究的背景 11.2 課題研究的內(nèi)容 21.3 紙杯及紙杯成型機的發(fā)展概況 21.4 課題研究的意義 32 總體方案的確定 62.1 紙杯成型機的功能與應(yīng)用范圍 62.1.1 紙杯成型機的主要工序 62.1.2 紙杯成型機的主要參數(shù) 62.1.3 紙杯成型機的主要結(jié)構(gòu) 62.2 工藝分析 72.2.1 確定機器類型 72.2.2 確定成型工序，工藝路線及工位數(shù) 82.2.3 執(zhí)行構(gòu)件的運動 82.3 機構(gòu)選型 92.3.1 空間執(zhí)行機構(gòu) 92.3.2 紙料供送系統(tǒng) 92.3.3 紙杯整體成型系統(tǒng) 92.3.4 氣動機構(gòu) 92.3.5 卸杯機構(gòu) 92.3.6 底座機架 102.3.7 傳動系統(tǒng) 102.3.8 間歇機構(gòu) 102.4 總體布局 102.4.1 執(zhí)行機構(gòu)的布局 102.4.2 傳動系統(tǒng)的布局 112.4.3 選擇支承形式和繪制總體布局圖 122.5 編制工作循環(huán)圖 132.5.1 分析工藝操作順序 1342.5.2 繪制工作循環(huán)圖 142.6 確定電動機功率 153 傳動方案的總體設(shè)計 163.1 確定傳動方案 163.2 選擇電動機 173.3 計算總傳動比和分配各級傳動比 183.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 193.4.1 各軸轉(zhuǎn)速 193.4.2 各軸功率 193.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 204 傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 214.1 V 帶及帶輪的設(shè)計計算 214.1.1 主軸電機 V 帶的設(shè)計計算 214.1.2 主軸電機帶輪的設(shè)計計算 224.2 鏈條及鏈輪的設(shè)計計算 234.2.1 減速器輸出鏈的設(shè)計計算 234.2.2 減速器輸出鏈輪的設(shè)計計算 254.2.3 間歇傳動箱輸入鏈的設(shè)計計算 264.3 凸輪機構(gòu)及偏心輪的設(shè)計計算 264.3.1 從動件的運動規(guī)律的確定 264.3.2 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定 274.3.3 凸輪強度的校核 304.3.4 從動件的設(shè)計 314.3.5 偏心輪的設(shè)計 314.4 主軸的設(shè)計計算 314.4.1 確定軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 314.4.2 求作用在軸上的零件上的力 314.4.3 初步確定軸的最小直徑 324.4.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 324.4.5 軸的強度校核 334.5 弧面凸輪分度間歇機構(gòu)的設(shè)計計算 354.5.1 弧面凸輪分度間歇機構(gòu)及其工作原理 3554.5.2 弧面凸輪分度間歇機構(gòu)主要參數(shù)尺寸的確定 364.5.3 弧面凸輪分度間歇機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 37結(jié)論 38參考文獻 39致謝 401 緒論61.1 課題研究的背景紙杯是在關(guān)注環(huán)境、關(guān)注健康、關(guān)注生命的歷史潮流中的一種時代的產(chǎn)物，作為專業(yè)生產(chǎn)綠色環(huán)保紙杯的紙杯成型機越來越受到投資創(chuàng)業(yè)人士的關(guān)注。在各種大型酒店、餐館、電信、房地產(chǎn)、航空、鐵路、醫(yī)院、政府機構(gòu)、家庭以及各大中小型商場超市用量巨大，很多企業(yè)更是把紙杯做成精美的廣告促銷禮品。據(jù)有關(guān)資料顯示：我國每年消耗的一次性塑料杯和紙杯達 500 億只以上，且隨著國民消費水平呈幾個遞增的態(tài)勢增長，紙杯成為一次性杯子的主流。由于塑料杯在生產(chǎn)過程中使用了發(fā)泡劑，會破壞大氣臭氧層，使用后回收難度大，焚燒會產(chǎn)生有害氣體，掩埋不能自然降解，會造成對土壤和地下水的污染，且回收和處理難度很大，破壞土壤結(jié)構(gòu)，已成為環(huán)境、資源惡化的元兇之一，而且在使用過程中，一旦遇到高溫就會發(fā)軟，極易產(chǎn)生有害物質(zhì)，直接危害人體健康，所以紙杯以其綠色環(huán)保逐漸取代一次性塑料杯，贏得了消費者的青睞。圖 1 典型紙杯成型機及紙杯紙杯成型機所生產(chǎn)的紙杯完整地保留了紙制品的優(yōu)點，諸如防濕、保鮮、感溫、可視、殺菌、防腐等方面，紙杯均有著完美的表現(xiàn)。與之一次性塑料杯相比，紙杯采用的紙材料，加工性能、印刷性能、衛(wèi)生性能等方面表現(xiàn)得更好。此外，由于紙材料來源廣泛，容易形成大批量生產(chǎn)，且有一定的機械性能，可以用于復(fù)合加工，品種也是多種多樣。這些相對一次性塑料杯不可復(fù)制性的特性使得紙杯的成本十分7低廉、重量相對更輕、便于運輸又便于回收利用，受到越來越多的廠家歡迎。紙杯在受到消費者青睞的同時，更被商家視為新一輪財富商機的黃金事物，不少廠家紛紛擯棄原來的塑料杯設(shè)備，換上了專門生產(chǎn)紙杯的紙杯成型機。紙杯成型機的專業(yè)性能使得其產(chǎn)杯能力相當強大，但并不能滿足這個龐大的杯類消費市場。據(jù)統(tǒng)計（如圖 1） ，2008 年我國紙杯消耗在 170 億只左右，預(yù)計今后幾年內(nèi)將以每年 14%的速度劇增。由于紙杯是人們?nèi)粘Ｉ钪斜匦璧囊淮涡韵钠罚壹冶貍?，一年四季必用，需求源源不斷，市場永不枯竭。由此我們不難看出，在目前，紙杯的市場占有率僅不到 20%，其發(fā)展?jié)摿梢娨话?。隨著紙杯應(yīng)用的區(qū)域的迅速推廣以及使用人群的迅猛增長，對各式紙杯的成型技術(shù)展開研究成為必然趨勢和當務(wù)之急，以研究、改進并開發(fā)出新的先進的紙杯成型機來低成本，全自動，高速地生產(chǎn)出足夠的紙杯來滿足市場的需要。圖 2 2000-2008 我國紙杯需求量變化圖（單位：百萬）1.2 課題研究的內(nèi)容自動紙杯成型機通過自動送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等連續(xù)工序生產(chǎn)出成品紙杯。本課題主要研究設(shè)計紙杯整體成型部分，該部分主要包括紙杯的加熱、滾花和卷邊，以及成型紙杯的落料和卸杯等工序。紙杯成型機本部分的動作主要通過典型連桿機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，間歇機構(gòu)等來完成。本設(shè)計將依次進行紙杯成型機總體方案的確定，通過對紙杯成型機生產(chǎn)工藝過程分析，來選擇機構(gòu)和總體布局，并在此基礎(chǔ)上進行傳動裝置總體設(shè)計以及傳動零件的設(shè)計計算，本設(shè)計將主要對 V 帶、帶輪、鏈條、鏈輪、凸輪、偏心輪、主軸、弧面凸輪分度間歇機構(gòu)進行詳細的設(shè)計計算。81.3 紙杯及紙杯成型機的發(fā)展概況從紙杯的外形和紙制來看，紙杯的發(fā)展歷史經(jīng)歷了四個階段。1圓錐形/折褶紙杯歷史上最初的紙杯是圓錐形的，并且手工制造而成，用膠來粘合，較容易分離，必須盡快地使用。雖然后來出現(xiàn)了折疊紙杯，在側(cè)壁加了折褶，以增加側(cè)壁的強度和紙杯的耐用性，但要在這些折疊表面印上圖案就較為困難，質(zhì)量和生產(chǎn)率均不高。2涂蠟紙杯第一只涂蠟兩片紙杯在 1932 年問世，其平滑的表面可以印上各種精美圖案，提高促銷效果，紙杯涂蠟，一方面可以避免飲料與紙材直接接觸，而且能保護膠的粘合性，增強紙杯的耐用性，另一方面亦增加了側(cè)壁的厚度，使紙杯的強度大大提高，該紙杯美觀耐用，成本較低，生產(chǎn)效益較高，但是此款紙杯不適于承載熱飲料。3直壁雙層杯為擴大紙杯的應(yīng)用范圍，1940 年直壁雙層杯推出市場，這種紙杯不但便于攜帶而且盛裝熱飲料，紙杯上涂布乳膠后能遮蓋紙材的紙板味，并且能加強紙杯的防漏性，被廣泛應(yīng)用于自動售賣機來承載熱飲料。4聚乙烯涂塑紙杯當人們正在采用經(jīng)乳膠涂布處理的紙杯承載熱飲料的同時，有關(guān)食品公司有也開始將聚乙烯涂布在紙板上來增加紙包裝的阻隔性和密封性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)效率也得以提高，由于可以承載冷、熱飲料，使紙板的應(yīng)用范圍得以進一步發(fā)展。而我國目前生產(chǎn)的紙杯成型機，幾乎都是在韓國機型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，被稱之為韓式紙杯成型機，這種韓式機型具有結(jié)構(gòu)簡單、操縱方便、造價較低等優(yōu)點，在紙杯行業(yè)起步階段起到了重要的促進作用。但是隨著市場的深人，紙杯使用領(lǐng)域的擴展，用戶要求的提高,這種機型暴露出來的缺點，越來越制約行業(yè)的發(fā)展，市場急需一種高速并且能一機多品的新一代紙杯成型機。韓式紙杯成型機主要存在以下兩方面的缺陷：1產(chǎn)量低韓式紙杯成型機雖然結(jié)構(gòu)簡單、造價較低，但是這種機型的固有結(jié)構(gòu)限制了其生產(chǎn)率的提高。因為這種機型在其第一道工序中封是單工位的。由于紙杯紙的淋膜層在中封過程中需要足夠的溫度和時間,才能把淋膜層中的 PE 膜熔化并有效粘合，所以在韓式機中,這一工序就象瓶頸一樣限制了其生產(chǎn)速度的提高。不管是國產(chǎn)還是韓9國原產(chǎn)的這類成型機，其生產(chǎn)速度都比較慢,其生產(chǎn)速度已遠遠不能滿足市場的需求。2杯型變化范圍小由于一次性塑料制品的退出，紙杯的使用量及使用領(lǐng)域不斷擴展,如咖啡杯、可樂杯、牛奶、熱飲杯、冷飲杯、冰淇淋杯、方便面碗等,形式多樣,而且變化很大,容量變化從 2 盎司到 35 盎司，高度變化從 20 毫米到 200 毫米。這就大對成型機提出了一機多品的要求，而韓式成型機是立式結(jié)構(gòu)，成型凸輪的行程決定了所能生產(chǎn)紙杯的最高高度，所以這種成型機只能針對某一范圍而設(shè)計。這樣一來客戶就必須購置多種機型以滿足系列紙杯生產(chǎn)的要求。由于韓式機型存在上述兩方面的局限性，已經(jīng)越來越不適應(yīng)甚至正制約紙杯行業(yè)的發(fā)展，市場急待新型紙杯成型機的產(chǎn)生。1.4 課題研究的意義一次性環(huán)保紙杯即將取代塑料杯而成為人們生活必需品，其市場潛力巨大，需求源源不斷，市場永不枯竭，商機無限。而紙杯成型機是生產(chǎn)一次性紙杯的必需的機械設(shè)備,為了滿足市場對紙杯的需求,紙杯成型機的技術(shù)將隨紙杯的需量的大增而迅猛發(fā)展，市場需求量也將急劇增長。針對韓氏紙杯成型機的諸多缺陷，現(xiàn)在研究紙杯成型機仍有十分重要的意義，尤其是對現(xiàn)有的紙杯成型機的結(jié)構(gòu)進行改造十分必要。在“消除白色污染，改善環(huán)境衛(wèi)生”的國策背景下，很多大中型機械公司正組織科研人員不遺余力地在紙杯成型機項目上投入巨資研發(fā)，并借鑒國外先進技術(shù)，已潛心研制出具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的第二代紙杯成型機-智能高速紙杯成型機。該新式紙杯成型機采用了多工位中封機構(gòu)，利用臥式成型機構(gòu)，大大提高了生產(chǎn)率和提高了紙杯制作范圍。相信新一代臥式紙杯成型機將以其高速、一機多品種的優(yōu)越性能而成為紙杯制造業(yè)更新?lián)Q代、業(yè)務(wù)擴大之首選，它的出現(xiàn)將是紙杯業(yè)的一大飛躍。針對韓式紙杯成型機的二大缺陷，我們可以進行一些方面的改進和研究。1采用多工位中封機構(gòu)在紙杯制作過程中，淋膜層的熔化粘和所需的時間是必不可少的。在韓式機型中，這一時間消耗在加熱體將紙杯中縫壓緊后的停頓上。一般來說需要 0.8 秒的停頓時間，再加上燙條上下以及紙片送入，紙壁筒鉤出的時間 0.4 秒左右，那么生產(chǎn)一個紙杯需要 1.2 秒的時間，在這 1.2 秒時間中 0.8 秒停頓時間是必不可少的，這就限制了制杯的生產(chǎn)速度，也是韓式紙杯成型機無法提高生產(chǎn)率的原因所在。新型紙杯成型機采用多工位中縫結(jié)構(gòu)，這樣一來，0.8 秒的熔化粘和時間就消耗在傳動之中。比如采用 810工位中縫結(jié)構(gòu)，燙條從第 1 工位壓住杯筒，在 0.8 秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)到第 7 工位后釋放，保證了熔化粘和所需的時間。我們只要控制第 1 工位紙片送入，燙條下壓的時間，這個時間據(jù)我們的試驗只需 0.4 秒左右，也就是說 0.4 秒生產(chǎn)出一個紙杯，產(chǎn)量是韓式結(jié)構(gòu)的 3 倍，每分鐘達到 150 個，大大提高了生產(chǎn)率。2利用臥式成型結(jié)構(gòu)上面我們已經(jīng)提到，在韓式機型中，成型凸輪的上下行程決定了紙杯的高度。這是由于韓式機型是采用立式成型結(jié)構(gòu)，成型模具要從杯模底側(cè)上升到杯模的上側(cè)完成翻口動作。而紙杯越高，其模具也就越長。模具越長成型凸輪的行程就越大。在紙杯成型機中，模具的更換是比較容易的，而成型凸輪是幾乎無法更換的，它是機器中的連接部件，還受到機架空間的限制。這就是韓式機型制作紙杯范圍窄的根本原因。新型臥式紙杯成型機采用的是側(cè)面成型技術(shù)，成型凸輪的行程是一定值，這樣一來，只需更換不同模具而無需更換成型凸輪，大大提高了紙杯的制作范圍。此課題的設(shè)計幾乎涵蓋了我們大學(xué)階段學(xué)到的全部專業(yè)知識，例如機械原理、機械設(shè)計、工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、包裝機械設(shè)計、機械制造工藝學(xué)、機械設(shè)計學(xué)、液壓與氣壓傳動、電氣控制技術(shù)等課程。我相信通過這個課題的設(shè)計能夠更好地使我們所學(xué)到的知識在實踐中得到檢驗、鞏固與提高，使我們養(yǎng)成了勤于動腦和查詢資料的習(xí)慣，并提高我們的實際動手能力和解決實際問題的能力。112 總體方案的確定2.1 紙杯成型機的參數(shù)、結(jié)構(gòu)及工作原理2.1.1 紙杯成型機的主要工序紙杯成型機是自動將扇形的紙加工成型成紙杯的機械。紙杯主要由杯壁和杯底了部分組成，所以分別需要加工杯底和杯壁，并將其牢牢合為一體。紙杯材料主要為涂膜紙張，其杯壁用紙可事先印刷精美圖案后加工成扇形，而杯底用紙可以用卷紙。分析可知，紙杯成型機的成型方式如下：將已經(jīng)印刷好的扇形紙片（杯子的展開形狀）自動加工成型為紙杯筒狀；通過熱成型粘合紙杯杯壁（據(jù) PE 淋膜紙的特點） ；紙杯底杯底使用卷筒紙，自動送紙、沖裁；杯底與杯壁封合：熱空氣吹氣粘合；滾花：紙杯底部粘合時，通過機械運動，滾上一層印痕；卷邊：紙杯的口部的卷邊成型。所以紙杯成型機需要自動送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等連續(xù)工序來生產(chǎn)出成品紙杯。2.1.2 紙杯成型機的主要參數(shù)紙杯成型機的主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）紙杯規(guī)格：9 盎司（規(guī)格尺寸：76 53 91 ）及其他的規(guī)格mm（2）紙質(zhì)材料：150400g/平方米的一面涂膜紙張（3）出杯速度：50 只/分鐘（4）電源要求：380V 50Hz（5）總 功 率：4 KW（6）機器重量：1350 （7）外形尺寸：(長寬高)2500 1200 1400mm2.1.3 紙杯成型機的主要結(jié)構(gòu)12紙杯成型機需要完成自動送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等連續(xù)工序，所以紙杯成型機主要采用典型四連桿機構(gòu)（曲柄、搖桿機構(gòu)）、鏈傳動機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)以及氣動機構(gòu)等來完成所需動作。紙杯成型機大體由以下三部分組成：第一部分：杯壁紙傳輸、杯壁成型及成型后傳輸?shù)较乱徊糠?；第二部分：杯底紙傳送、杯底成型、杯壁與杯底結(jié)合，成型杯的自動傳送和成型杯滾筋及卸杯；第三部分：主要包括預(yù)熱、主熱、滾花、卷邊等用來成型后加工的機構(gòu)，以及包括電動機、減速器及傳動系統(tǒng)等部分。本次設(shè)計主要設(shè)計第三部分，整體效果圖如圖 3。圖 3 紙杯成型機本次設(shè)計部分效果圖2.2 工藝分析2.2.1 確定機器類型1工位13由于紙杯生產(chǎn)量大，成型動作也較多，所以本設(shè)計選用多工位紙杯成型機。2運動形式紙杯成型機需要將杯底送到封合的杯壁內(nèi)，該工序需要轉(zhuǎn)盤停頓，所以本設(shè)計選用間歇多工位紙杯成型機。2.2.2 確定成型工序，工藝路線及工位數(shù)1成型工序考慮到紙杯的生產(chǎn)步驟以及材料，紙杯成型機主要成型工序包括自動送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等。2工藝路線間歇多工位紙杯成型機有杯壁紙和杯底紙的輸送，又有在轉(zhuǎn)盤上的杯底和杯壁的封和以及在轉(zhuǎn)盤上的加熱、翻底、滾花、卷邊、滾筋、卸杯，所以本設(shè)計選用圓弧與直線組合型工藝路線，如圖 4 所示。圖 4 紙杯成型機的工藝原理圖3工位數(shù)從圖 4 的成型工序分析可知，右邊的工序盤至少需要 6 個工位，而左下方的工序盤至少需要 7 個工位，為了對稱分布，所以本設(shè)計選擇 8 個工位。2.2.3 執(zhí)行構(gòu)件的運動結(jié)合圖 4，各執(zhí)行構(gòu)件的運動要求分以下五個部分說明。14（1）杯壁傳送及成型為了將已印刷好的扇型紙片（紙杯杯壁的展開形狀）自動加工成型為紙杯形狀（筒狀） ，需要一個圓臺形模具，其上要安裝一個燙條粘合裝置和一個合攏機構(gòu)。（2）杯底沖壓成型為把杯底卷筒紙沖壓成圓形，需要一個自動送紙結(jié)構(gòu)和圓形沖裁機構(gòu)。（3）杯底杯壁封合為了使杯壁和杯底封合牢固，需要一加壓機構(gòu)。（4）紙杯整體成型紙杯的預(yù)熱、主熱翻底需要加熱設(shè)備，滾花和卷邊時要旋轉(zhuǎn)，則需要一個動力源，即要選一臺電動機。它們運動是間歇的，因此需要一間歇機構(gòu)，工序盤采用有 8 個圓柱銷的蝸桿凸輪間歇機構(gòu)。三個工序盤需要協(xié)調(diào)工作，因此，三工序盤的軸用鏈條連起來，提供這些動力需要另一臺電動機。（5）卸杯卸杯時需要將成品紙杯從轉(zhuǎn)盤頂出來，這需要一頂桿機構(gòu)。紙杯被頂出來后由于推力和重力作用，紙杯會疊加在一起并會自動計數(shù)，達到一定數(shù)量后，手動將其拿開并包裝。2.3 機構(gòu)選型2.3.1 空間執(zhí)行機構(gòu)紙杯成型機縱、橫、豎三維方向位置的協(xié)調(diào)動作由凸輪機構(gòu)以及四連桿機構(gòu)完成。2.3.2 紙料供送系統(tǒng)為使機器結(jié)構(gòu)緊湊和操作方便，將杯壁紙的紙架設(shè)置在機器的上方，將杯底卷筒紙的紙架設(shè)置在機器的后方。2.3.3 紙杯整體成型系統(tǒng)根據(jù)國內(nèi)外紙杯成型機的特點，選用立式成型結(jié)構(gòu)和單工位中縫機構(gòu)及三個工序盤的紙杯整體成型系統(tǒng)。2.3.4 氣動機構(gòu)氣動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠穩(wěn)定，在杯壁紙吸取時，杯底紙沖栽時，紙杯從杯模上脫下時都選用氣動機構(gòu)。2.3.5 卸杯機構(gòu)15因紙杯是圓臺形，杯口向上，因此卸杯時要選用上頂機構(gòu)，并且需要增設(shè)能使紙杯向上疊起的用來定位裝置。2.3.6 底座機架因為機器高速運轉(zhuǎn)會帶來的較大震動，并考慮到該機生產(chǎn)批量較大，連續(xù)工作時間長，所以底座與機架都采用鑄鐵件。2.3.7 傳動系統(tǒng)因為設(shè)計的紙杯的生產(chǎn)速度為 50 只/分鐘，故確定工序盤軸的轉(zhuǎn)速為 50 轉(zhuǎn)/分鐘。按工作要求，系統(tǒng)選用 Y 型異步電動機，滿載轉(zhuǎn)速為 1400 轉(zhuǎn)/分鐘。因此電動機至分配軸的降速比應(yīng)能在 1428 的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。為此選用兩級降速，第一節(jié)用 V 帶無級變速，第二節(jié)用減速器降速。根據(jù)紙杯成型機的工作過程，可知要選擇兩臺電動機，一臺用于紙杯成型機傳送機構(gòu)和成型機構(gòu)的動力，一臺用于滾花和卷邊的動力，前者的功率要求比較大，后者功率要小于前者。與減速器相連的主軸距離較遠，可采用 V 帶和鏈條，但 V 帶有打滑的現(xiàn)象，所以選擇鏈條傳動，鏈輪傳動是完成紙杯生產(chǎn)各轉(zhuǎn)動部分所需要的預(yù)定轉(zhuǎn)速。其他內(nèi)部軸之間的連接也采用鏈條，轉(zhuǎn)盤軸之間、滾花和卷邊軸之間都用鏈條連接，為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象及增加鏈條與鏈輪的嚙合包角，它們之間需要增加張緊輪。2.3.8 間歇機構(gòu)為使工序盤作間歇轉(zhuǎn)位運動，可供選擇的機構(gòu)主要有：（1）槽輪撥銷轉(zhuǎn)位機構(gòu)（簡稱槽輪機構(gòu)） ，結(jié)構(gòu)簡單緊湊且容易制造，但從動件的運動有柔性沖擊（即角加速度不連續(xù)） ，可用于中高速輕負載；（2）端面槽輪搖桿轉(zhuǎn)位機構(gòu)，從動件的運動規(guī)律與前述機構(gòu)相同，但它的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，由于從動件是面接觸，可用于負載比較大的場合；（3）蝸形凸輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)，能任選從動件的運動規(guī)律，動力特性好，可用于高速重負載?？紤]到此紙杯成型機轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動慣量較大，因此此處選擇蝸形凸輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)，該間歇機構(gòu)是實現(xiàn)準確的 45 分度。2.4 總體布局2.4.1 執(zhí)行機構(gòu)的布局（1）布局執(zhí)行構(gòu)件如圖 5 所示，與工序盤 7 密切相關(guān)的執(zhí)行構(gòu)件有翻底盤 8、滾花盤 9、卷邊盤 1016等，可依據(jù)它們各自所完成的操作確定其位置。（2）布置執(zhí)行機構(gòu)的傳動件執(zhí)行機構(gòu)的傳動件包括如凸輪、偏心輪、連桿、間歇機構(gòu)，采用圖示的方案，其中，將偏心輪 2、鏈輪 12 和凸輪 14 布置在主軸 13 上。1234567891021341機架 2偏心輪 3軸承 4連桿 5支架 6紙杯模 7工序盤 8翻底盤9滾花盤 10卷邊盤 11間歇機構(gòu) 12鏈輪 13主軸 14凸輪圖 5 執(zhí)行機構(gòu)布局圖2.4.2 傳動系統(tǒng)的布局171V 帶 2減速器 3鏈輪 4鏈條 1 5偏心輪 6軸承 7凸輪 8間歇機構(gòu)9鏈條 2 10主軸 11電動機 1圖 6 傳動系統(tǒng)圖2.4.3 選擇支承形式和繪制總體布局圖系統(tǒng)支承形式及整體布局圖如圖 7 所示。12345789102318145161718 91機座 2連桿 3滑桿 4滑塊機構(gòu) 5工序盤軸 6脫杯機構(gòu) 7花鍵軸承8帶輪 9電動機 2 10支架 2 11鏈條 3 12花鍵軸 13偏心輪 14減速器15鏈條 1 16支架 1 16工序盤 18電動機 1 19V 帶圖 7 總體布局圖如圖 5 所示，將電動機、V 帶和減速器安置在機器的前面底座內(nèi)部，通過鏈條帶動主軸轉(zhuǎn)動，再由主軸分別傳動紙杯紙供送系統(tǒng)、支架系統(tǒng)和間歇機構(gòu)。對于提供滾花和卷邊軸的動力由電動機 2（如圖 7） ，可在開啟電動機 1 之前，滾花和卷邊盤先轉(zhuǎn)動，為滾花和卷邊作好準備工作，以免影響滾花和卷邊的質(zhì)量。2.5 編制工作循環(huán)圖2.5.1 分析工藝操作順序紙杯成型機工藝原理圖如圖 4 所示，主要包括以下五個主要工藝過程：（1）杯壁供送吸紙機構(gòu)將已印刷和裁切好的扇型紙片吸到杯筒，加熱體將紙杯中縫搭接并推出。（2）杯底沖裁沖裁頭下降，將杯底卷筒紙沖壓成杯底形并返回原位。（3）底壁封合下壓桿下壓將杯底壓入杯壁中并返回原位。（4）滾花滾花盤上升，在杯底滾上一層印痕，滾花盤并返回原位。（5）卷邊卷邊是由一個與未卷杯口的直徑和斜度大小的特制模具托住杯口，并向紙杯方向進行適量的軸向運動，同時再由四個高速轉(zhuǎn)動的按一定軌跡進行張開和閉合的爪子，對杯口進行卷曲，完成卷邊工序。卷邊時卷邊盤上升，對杯口進行卷曲，然后卷邊盤返回原位。192.5.2 繪制工作循環(huán)圖1確定各機構(gòu)的運動循環(huán) pT設(shè)定紙杯成型機每分鐘生產(chǎn)紙杯 50 個，則分配軸的轉(zhuǎn)速為n=50（r/min） （1）分配軸每轉(zhuǎn)的時間就是該機的工作循環(huán)，即等于各個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)，所以 =60/50=1.2（s） pT（2）2確定各機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角由于紙杯成型機的工作循環(huán)是從杯壁紙供送開始的，因此以杯壁紙供送機構(gòu)的工作起點為基準進行設(shè)計。a杯壁紙供送機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)上述的工藝過程，取杯壁紙供送機構(gòu)的工作行程時間 =0.45S，杯壁筒鉤出時間 =0.45s，停k1Td1T頓時間為 =0.8s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為o1T=3600.451.7=95 ka（3）=3600.451.7=95 d1（4）=3600.81.7=170 o1a（5）b杯底沖栽機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)上述的工藝過程，取杯底沖栽機構(gòu)的工作行程時間 =0.6S，返回行程時間 =0.5s，停歇時間為k2Td2T=0.6s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為o2T=3600.61.7=127 ka（6）=3600.51.7=106 d2（7）=3600.61.7=127 o2a（8）c.根據(jù)上述的工藝過程，同理可取杯底和杯壁的封和機構(gòu)、滾花機構(gòu)、卷邊機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角與杯底沖栽機構(gòu)相同，即=3600.61.7=127 k3a（9）20=3600.51.7=106 d3a（10）=3600.61.7=127； o3（11）=3600.61.7=127 k4a（12）=3600.51.7=106 d4（13）=3600.61.7=127； o4a（14）=3600.61.7=127 k5（15）=3600.51.7=106 d5a（16）=3600.61.7=127； o5（17）d繪制各機構(gòu)的循環(huán)圖并時間同步化后可得到各機構(gòu)的工作循環(huán)圖，如圖 7 所示：圖 8 紙杯成型機工作循環(huán)圖2.6 確定電動機功率參照國內(nèi)外紙杯成型機，確定電動機 1 功率為 1.5 ，電動機 2 功率為 0.55KW。KW213 傳動方案的總體設(shè)計3.1 確定傳動方案由第 2 部分傳動系統(tǒng)的分析可知，此系統(tǒng)需要選用兩臺電動機，一臺用于紙杯成型機傳送機構(gòu)和成型機構(gòu)的動力，另一臺用于滾花和卷邊的動力，前者的功率要求比較大，后者功率可適當小些。與電動機相連的高速級傳動選擇 V 帶傳動，由于與減速器相連的主軸距離較遠，可采用 V 帶或鏈條傳動，但由于 V 帶有打滑的現(xiàn)象，所以選擇鏈條傳動，鏈條傳動能保證完成紙杯生產(chǎn)各轉(zhuǎn)動部分所需要的預(yù)定轉(zhuǎn)速。其他內(nèi)部軸之間的傳動均采用鏈條傳動，轉(zhuǎn)盤軸之間、滾花和卷邊軸之間都用鏈條連接，他們之間需要增加張緊輪。由此，可以確定紙杯成型機的傳動方案如圖 9 所示。1電動機 1 22電動機 2 2，23V 帶 3減速器 4，5，6，15，26鏈條 7偏心輪8，21，30軸承 9，20，24軸 10凸輪 11間歇傳動箱 12滑塊 13連桿14機架 16，17，18，25，27，29鏈輪 19，28張緊輪圖 9 紙杯成型機傳動方案圖22下面結(jié)合圖 9 說明紙杯整體成型落料的傳動過程：電動機 1 通過 V 帶和鏈條，經(jīng)過減速器后帶動主軸 9 轉(zhuǎn)動，工序盤 1、2、3 的轉(zhuǎn)動、杯底及杯壁紙的輸送、杯壁封合及輸送、杯底紙沖壓成型、預(yù)熱、主熱翻底、滾筋和卸杯都是由電動機 1 來完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供動力。開啟電動機 1，通過 V 帶 2 把轉(zhuǎn)速傳遞到減速器 3，經(jīng)過減速器 3 減速后把預(yù)定速度由鏈條 4 傳給主軸 9，再通過鏈條 5 把主軸 9 的轉(zhuǎn)速傳給間歇傳動箱 11，間歇機構(gòu)由弧面凸輪來完成 45 分度，從動盤上均勻地安裝 8 個滾子，這樣可以使工序盤1、2、3 每次轉(zhuǎn)動 45。由此機器可以實現(xiàn)杯壁與杯底的準確封合，以及預(yù)熱、主熱翻底、滾花、卷邊、卸杯等一系列動作的協(xié)調(diào)而準確完成。通過偏心輪 7 可把主軸 9的速度傳給上面支架，經(jīng)過脫杯機構(gòu)提供脫杯所需的速度和動力，通過凸輪 10 把主軸 9 的速度傳給下面的支架，提供滾花和卷邊盤垂直方向的速度和動力。間歇傳動箱把轉(zhuǎn)速通過軸 20 傳到鏈輪 17，軸 20 為工序盤 3 的轉(zhuǎn)軸，鏈輪 17 通過鏈條帶動鏈輪16、18 作同步間歇轉(zhuǎn)動，鏈輪 16、18 的中心軸分別是工序盤 1 和 2 的轉(zhuǎn)軸，即工序盤 1、2、3 作同步間歇轉(zhuǎn)動。紙杯的滾花和卷邊是由電動機 2 來完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供動力。開啟電動機 2，通過 V 帶 23 和軸 24 把轉(zhuǎn)速傳給鏈輪 29，鏈輪 29 經(jīng)過鏈條 26 把速度傳遞給鏈輪25、27，鏈輪 25、27 的中心軸分別是滾花盤和卷邊盤的轉(zhuǎn)軸，這樣電動機 22 就為滾花和卷邊完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供了動力，整個紙杯成型的傳動過程就能完整而有序地完成。3.2 選擇電動機由第 2 部分分析可知，按工作要求兩電動機都選用 Y 系列即三相異步電動機，額定電壓 380V，電動機的結(jié)構(gòu)為防護式，防護等級都定為 IP44，電動機的安裝型式見圖 4，電動機 1 和電動機 2 的功率分別為 1.5 和 0.55 ，轉(zhuǎn)速都為 1400 轉(zhuǎn)/分KW鐘，查機械設(shè)計手冊可知電動機 1 為 Y90L4 型，電動機 2 為 Y8014 型。兩電動機詳細參數(shù)見表 1 所示。23表 1 電動機的技術(shù)參數(shù)電機名稱 電動機 1 電動機 2型號規(guī)格 Y 90L4 Y 8014防護等級 IP44 IP44安裝形式 B3 B3轉(zhuǎn)速 （r/min） 1400 1400額定功率 （kw） 1.5 0.55電壓 （V） 380 380堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2.2 2.2最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2.2 2.2噪聲 （dB(A)） 67 67質(zhì)量（kg） 26 17額定電流 （A） 3.7 1.5頻率（HZ） 50 50效率 （%） 79.0 73.0功率因數(shù) （cos） 0.79 0.76堵轉(zhuǎn)電流/額定電流 6.5 6.0堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2.3 2.4最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 6.5 6.0轉(zhuǎn)動慣量（kg） 0.0021 0.0018機座號 90L 801振動速度（mm /s） 1.8 1.8長度 （mm） 335 285寬度 （mm） 180 165高度 （mm） 190 1703.3 計算總傳動比和分配各級傳動比主軸傳動裝置的總傳動比為min/2850/14/2rni（18）式（18）中：電動機滿載轉(zhuǎn)速， ；1 i/r工序盤 3 的轉(zhuǎn)速， 。2nn為使整個紙杯成型機結(jié)構(gòu)緊湊，減速器外廓尺寸應(yīng)較小，故選用一級蝸桿減速器，其傳動比也較大，從電動機到工序盤 3 經(jīng)過 4 次變速，V 帶、減速器、2 根鏈。為了安裝的需要且蝸桿的圓周速度大于 5 ，根據(jù)機械設(shè)計手冊的要求，減速器選擇蝸sm/24桿上置，為了使鏈輪設(shè)計制造簡單、安裝方便，故選擇使用同一型號的鏈輪，兩鏈條的傳動比都定為 1，傳動比 28 分配到 V 帶和減速器，考慮到帶輪的大小，低速級的帶輪不能太大，所以選擇傳動比為 1.4，則減速器的傳動比為 20，綜合考慮后根據(jù)機械設(shè)計手冊選用 WPS-100 型減速器。WPS-100 型減速器的參數(shù)見表 2。表 2 WPS-100 型減速器參數(shù)型號 規(guī)格 傳動比 長 寬 高 輸入軸 輸出軸 質(zhì)量直徑 長度 鍵槽 直徑 長度 鍵槽WPS 100 1:20322m254 33425 50m84 38 75m105 35滾花軸到電動機有一根軸，滾花和卷邊需要的速度為 200 r/min 左右，根據(jù) V帶的適應(yīng)范圍可知，其傳動比在 2-4 之間，此處傳動比選擇 4。3.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)從電動機 1 到工序盤有四軸，依次命名為為軸、，其中軸為減速器輸入軸，軸為減速器輸出軸，軸為紙杯成型機主軸，軸為工序盤主軸。3.4.1 各軸轉(zhuǎn)速(19)min/104./01 rinm(20)5212(21)i/23i(22)34r式中：電動機 1 滿載轉(zhuǎn)速， ；mnmin/、 、 、 依次為軸、的轉(zhuǎn)速， ；1234n min/r、 、 、 依次為由電動機軸至高速軸，軸與軸，軸與軸，0ii軸與軸間的傳動比。3.4.2 各軸功率(23)KWPd4.19605.011(24)30.22(25) d 25196.31033(26) K.4244 式中：25電動機輸出功率， ；dPKW軸、輸入功率， ； 4321、 KW、 、 、 依次為電動機軸與軸，軸與軸，軸與軸，軸0 23與軸間的傳動效率。查13表 102 確定各部分效率為： =0.96， =0.9，01 12=0.96， =0.96。23343.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩(27)mNiTd 75.1396.0412.011(28)id 0.249022(29)mNi 6376.3120233 (30)id 1.8444式中：電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩， ；dTmN， npmd23.1045.950（31）， ， ， 軸、輸入轉(zhuǎn)矩 。1T234TmN從電動機 2 到滾花盤和卷邊盤之間有一軸，此處選擇傳動比為 4，則該軸：轉(zhuǎn)速 =1400/4=350nin/r功率 =0.550.96=0.53PKW轉(zhuǎn)矩 =TmN6.31405.9264 傳動零件的設(shè)計計算4.1 V 帶及帶輪的設(shè)計計算4.1.1 主軸電機 V 帶的設(shè)計計算1確定計算功率 caP已知電動機功率 為 1.5KW，由1表 8-7 查得工作情況系數(shù) =1.1，故AK= =1.11.5=1.65KW caAK（32）2選取 V 帶帶型根據(jù) 為 1.65KW， 為 1400 ，考慮到結(jié)構(gòu)緊湊等要求，則盡量減小 VcaPmnin/r帶的條數(shù)，由1圖 8-11 確定 V 帶選用 B 型。3確定帶輪基準直徑并驗算帶速 v由1表 8-6 和表 8-8，取主動輪基準直徑 md801由1式（8-15a） ，計算從動輪基準直徑mid12804.12（33）根1表 8-8 將從動輪基準直徑圓整，取 d12按1式（8-13）驗算帶的速度(34)smndv /35/862.510648106則帶速合適。4確定窄 V 帶的基準長度和傳動中心根據(jù)1式（8-20）初步確定中心距，取中心距 。)(2)(7.021021 dda ma380根據(jù)1式（8-22）計算帶所需的基準長度mLddd162 3804)12()(24)(0212120 （35） 27由1表（8-2）選帶的基準長度 mLd120按1式（8-23）計算實際中心距 aLad 36)380(20 （36）5驗算主動輪上的包角 1由1式（8-7）得(37) 9087.143605.)812(05.7)(18012ad則主動輪上的包角合適。6計算窄 V 帶的根數(shù) z由1式（8-26）可知LcaKPZ)(0（38）由 =1400 r/min、 =80 、 =1.4，查1表 8-4a 和表 8-4b 得近似值mn1dmiKWP36.1920由包角為 174.87,查1表 8-5 得 ，9.0K查1表 8-2 得 ，則08.1L605.8.190)36.1.2(5)(0 LcarcaPz（39）所以取 z=1 根。7計算預(yù)緊力 0F由1式（8-27）可知(40)20)15.(qvKvzPca查1表 8-3 得 q=0.17/ ，故m(41)NF 51.9862.5170)9.(4862.50 8計算作用在軸上的壓軸力 PF28由1式（8-28）可知NzFp 59.4728.17sin5.942sin210 （42）4.1.2 主軸電機帶輪的設(shè)計計算1V 帶輪設(shè)計的要求V 帶輪應(yīng)滿足下列要求：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，要經(jīng)過動平衡；輪槽工作表面要精加工；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度等。2帶輪的材料兩帶輪的材料選用牌號為 HT200 的鑄鐵。3結(jié)構(gòu)尺寸 兩 V 帶結(jié)構(gòu)采用實心式，據(jù)1表 8-10 可知該 V 帶帶輪各部分的尺寸如下：基準寬度 ；mbd14基準線上槽深 ；ha5.3第一槽對稱面至端面的最小距離 ；mf5.1in帶輪寬 ；B2外徑 ； mhdaa 195.321878021（43）輪轂直徑 ； d04021（44）輪轂長度 =2 =220=40 ； 1Lm（45）=2 =225=50 ； 2L0dm（46）其中 分別為電動機 1 軸和減速器輸入軸直徑， 。0,d 25,0dm4.2 鏈條及鏈輪的設(shè)計計算4.2.1 減速器輸出鏈的設(shè)計計算由第 2 部分可知，鏈條需要增加張緊輪，為使傳動平穩(wěn)，增強鏈條的強度，傳遞29功率比較大，故選用雙排鏈。1選擇鏈輪齒數(shù) ,1z2假定鏈速 =0.13 ，選取小鏈輪齒數(shù) =25，則從動鏈輪齒數(shù) = vsm/ 1z2z=125=25。i1z2計算功率 caP由1表 9-6 查得工況系數(shù) =1，由1圖 9-13 查得鏈輪齒數(shù) 系數(shù) 。雙AK1zK排鏈時多排鏈系數(shù) =1.75，又已知其傳遞的功率 ，由1 式（9-15）P KWP3.1KPZAca 743.015.（47）3確定鏈條型號和節(jié)距根據(jù)鏈輪轉(zhuǎn)速 =50 及功率 ，由1圖 9-11 選鏈號為 10A2nmi/rKWPca743.0雙排鏈。再由1表 9-1 查得鏈的節(jié)距 。mp8514確定鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距 0aP7.932.467.5)3()5(0 取 ，由1式（ 9-16）則鏈節(jié)數(shù)為m72.13 7085.1)25(85.10)2(0110 apzzpL（48）取鏈長節(jié)數(shù) 節(jié)。12pLmzzzap125.49 )25(8)251()25(87. 2121 中心距減小量 a=(0.002 0.004) =(0.0020.004)492.125=0.984251.9685 a m（49）實際中心距 030=492.125 -(0.984251.9685)a0mm=490.1565491.14075 (50)取 =49105驗算鏈速并確定潤滑方式(51)sPznv /2315.016087.52316鏈速與原假設(shè)相符。由 和鏈號 10A，查1圖 9-14 可知應(yīng)采用定期mv.人工潤滑。6計算壓軸力有效圓周力(52)NvPFe 5.6123.010對于水平傳動壓軸力系數(shù) =1.15，則由1式（9-18）FpK(53)KeFPp 8.47.5.4.2.2 減速器輸出鏈輪的設(shè)計計算1鏈輪的主要參數(shù)因為選用的鏈條為 10A 雙排鏈，查1表 9-1 得鏈輪的基本參數(shù)：節(jié)距 =15.875 ，滾子外徑 ，排距 ，內(nèi)鏈接內(nèi)寬pmmd
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