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本科畢業(yè)設計（論文）
題 目: 蛋糕切片機的設計
________________________
英文題目：The design of cake slicing machine
學 院：________________________
專 業(yè)：________________________
姓 名：________________________
學 號：________________________
指導教師：________________________
2015年12月14日
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明
該畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或其他機構已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。其他同志對本研究的啟發(fā)和所做的貢獻均已在論文中作了明確的聲明并表示了謝意。
作者簽名：
日期： 年 月 日
畢業(yè)設計（論文）使用授權聲明
本人完全了解XX學院有關保留、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：學校有權保留送交畢業(yè)設計（論文）的復印件，允許被查閱和借閱；學?？梢怨既炕虿糠謨热?，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存該畢業(yè)設計（論文）。保密的畢業(yè)設計（論文）在解密后遵守此規(guī)定。
作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日
摘要
蛋糕切片機的研制，是為解決我國家用食品的加工行業(yè)全部由人工手工作業(yè)勞動強度大、切片效率低而國內又沒有適用專用蛋糕切片機的難題。本文從食品機械設計的角度，闡述了該蛋糕切片機研究開發(fā)的目的、蛋糕切片機設計的依據(jù)、蛋糕切片機作業(yè)的工作原理、蛋糕切片機的總體結構設計和切片機構等關鍵零部件的設計和計算，并對該蛋糕切片機的進一步完善設計提出了改進方案。
關鍵詞：機械產(chǎn)品；蛋糕切片機；設計；方案
Abstract
The development of cake slicing machine is to solve the domestic food processing industry all by manual labor intensity big, and the efficiency is low and the problem is not applicable to the special cake slicing machine. From the perspective of food machinery design, this paper expounds the purpose of the research and development of the cake, the basis of the design, the working principle, the structure design and calculation of the chip machine, and gives the improvement plan for the further perfection of the cake.
Keywords：Machine product;Driving roller ;Design;craft
XX學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計（論文）
目 錄
摘要 I
Abstract II
1引言 1
1.1課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2蛋糕切片機的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3本課題研究的內容 3
2整體總體方案的確定 5
2.1設計思想 7
2.2主要結構設計 8
2.3蛋糕切片機的工作原理 10
3機械傳動部分的設計計算 11
3.1曲柄搖桿機構的設計計算 11
3.2滾子鏈傳動的設計計算 12
3.3軸的設計計算 14
3.4直線軸承的設計計算 15
4蛋糕切片機中主要零件的三維建模 17
4.1偏心輪的三維建模 19
4.2機架的三維建模 20
4.3傳送滾筒的三維建模 23
4.4蛋糕切片機的三維建模 23
5三維軟件設計總結 24
結論 25
致謝 26
參考文獻 27
1 緒論
1.1 課題的來源與研究的目的和意義
蛋糕是我國重要的食品之一，特別是在人們過生日的時候或者是大型的娛樂場所，蛋糕更是必備之食品。近些年來，隨著機械產(chǎn)業(yè)結構調整的深化，蛋糕加工行業(yè)在我國有了快速的發(fā)展。在、遼寧、天津和北京等地，蛋糕的品種和規(guī)模都在逐年擴大。蛋糕的銷量增大、產(chǎn)量的提高，極大地豐富了市場，也成為農(nóng)民依靠制作蛋糕脫貧致富的一條有效途徑。但長期以來，蛋糕的二次加工管理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，大都以人工手工作業(yè)為主，勞動強度大、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高，這嚴重制約了蛋糕產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進程，需要機械化來解決當前的問題，所以設計一款蛋糕自動切片機勢在必行！
1.2 蛋糕切片機的發(fā)展現(xiàn)狀
窗體頂端
隨著機械工業(yè)結構調整，各類糕點加工業(yè)發(fā)展迅速，其不僅豐富了市場，滿足了人們的消費要求和工業(yè)原料要求，且人們的收入獲得較大幅度的增加。但是目前糕點加工生產(chǎn)基本處于人工作業(yè)階段，其勞動強度大、效率低、作業(yè)質量差，況且蛋糕是一項時效性強的作業(yè)，影響了各類糕點加工業(yè)的進一步發(fā)展。二十世紀初期，有美國公司將新開發(fā)的蛋糕切片機應用到西方資本主義國家的各個角落，經(jīng)過幾年的運行，為該公司創(chuàng)造了不菲的利潤。隨著技術的發(fā)展，能源危機引發(fā)全球性的節(jié)約能源和環(huán)境保護意識的提高，在總結第一代蛋糕切片機的經(jīng)驗基礎上，開發(fā)出了性能更佳，功能更強大的蛋糕切片機。當前，全世界各大蛋糕加工機械的廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力，都大力進行蛋糕切片機的研發(fā)工作?，F(xiàn)在國外等著名蛋糕切片機的品牌中，都有蛋糕切片機的銷售，全世界蛋糕切片機的應用越來越廣泛。有一點值得注意的是，蛋糕切片機的市場，由最初的美國，非洲，已經(jīng)滲透到北美市場，因此蛋糕切片機是當今蛋糕生產(chǎn)加工企業(yè)的主要設備之一。
目前國外特別是美國正在考慮發(fā)展蛋糕切片機的功率最大化，產(chǎn)能最優(yōu)化的問題。自上世紀八十年代開始蛋糕切片機的開發(fā)和研制已經(jīng)被列入德國的重大科技攻關計劃，以跟蹤世界技術的發(fā)展和開發(fā)適合美國機械工業(yè)發(fā)展的蛋糕切片機。
我國從二十世紀初期就年開始生產(chǎn)蛋糕切片機，2000年自行設計制造出了第一款蛋糕切片機之后，為了適應更加廣闊的生產(chǎn)廠家的需要，2001年又制造了功能更加強大的蛋糕切片機。
為了滿足糕點加工工業(yè)發(fā)展需要，我國于2003年研制了大型蛋糕切片機。該機運轉靈活，切割質量和效率很高，并且可以同時對不同直徑規(guī)格的蛋糕進行切片。
1.3 本課題研究的內容
本次設計主要針對蛋糕切片機進行設計，從蛋糕切片機的整體方案出發(fā)，然后具體細化出具體內部結構，其具體內部結構主要包括以下幾個方面：
（1）查閱相關資料，搜集各類蛋糕切片機的原理及結構，挑選相關內容記錄并學習。
（2）分析蛋糕切片機的總體結構和布局
（3）對各個總體方案進行分析和比較
（4）確定具體設計方案
（5）蛋糕切片機的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。
（6）說明書的編制
2 整體總體方案的確定
2.1 設計思想
本課題是以機器經(jīng)濟性好、人性化設計、環(huán)境友好性好、可靠性高、壽命長、結構簡單、易于維修等為設計思想。
2.2 主要結構確定
考慮到蛋糕切片機應用的范圍的不同，蛋糕的規(guī)格直徑的區(qū)別，因此，本次設計選擇傳統(tǒng)的直線式輸送方式來設計這個蛋糕切片機。整機結構簡單、外型美觀、制造容易、強度可靠、安全系數(shù)高；盡量選用國家標準件及通用零部件；機具使用、調節(jié)、維護方便，使用可靠，便于安裝和掛接。
整機采用焊接機架組成，由于焊接件強度和剛性都比較好，所以予以采用，其他部分例如蛋糕的輸送部分以及切片部分都是在這個焊接機架上面完成。
主要組成部分見上圖所示。
2.3 蛋糕切片機的工作原理
蛋糕切片機在作業(yè)時，由人工加待切片的蛋糕放在過渡滾筒上面，通過推送蛋糕到輸送線上面，當系統(tǒng)檢測到有蛋糕到輸送線上面的切刀的下面的時候，通過中控系統(tǒng)控制蛋糕切片機的蛋糕開始動作，切刀在曲柄搖桿機構的作用下下降，對輸送線上面的蛋糕機型切片，該機構執(zhí)行靈活，高效，能夠保證切出來的蛋糕片均勻，外觀好看，然后蛋糕被切片后，就自動會隨著輸送線移動到出料斗的位置，隨著出料斗的角度滑落到現(xiàn)成配備的裝蛋糕切片的箱子里面，完成一個作業(yè)循環(huán)。
3 機械傳動部分的設計計算
3.1曲柄搖桿機構的設計計算
本次選用的切刀往復運動機構為曲柄搖桿機構，如圖1所示，此機構主要是執(zhí)行切刀的上下往復運動。由于所切糕點的厚度為20-100mm,所以切刀在20mm之上運動時,糕點才能運動。為了給糕點足夠的傳送時間,設計刀的行程為60mm,刀的高度設為130mm?？紤]到衛(wèi)生問題,刀不能碰觸到輸送帶表面,所以設計的搖桿長度為527mm，這樣曲柄搖桿機構的高度比較高,所以采用皮帶傳動。
3.2 滾子鏈傳動的設計計算
已知p=1.5KW，小鏈輪的轉速n1=720r/min，傳動比i=2.8，載荷平穩(wěn)，兩班工作制，兩鏈輪中心距a=500~600mm范圍，中心距可調，兩輪中心連線與水平面夾角近于35o，小鏈輪孔徑 dk=40;
計算：
（1）小鏈輪齒數(shù)z1
???? z1=29-2i=29-2*2.8=23.4???? 取整數(shù)z1=23
i
1~2
2~3
3~4
4~5
5~6
6
z1
31~27
27~25
25~23
23~21
21~17
17~15
?
優(yōu)先選用齒數(shù)：17，19，21，23，25，38，57，76，95，114
z1、z2取奇數(shù)，則鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，可使鏈條和鏈輪輪齒磨損均勻。在高速或有沖擊載荷的情況下，小鏈輪齒最小應有25齒。
（2）大鏈輪齒數(shù)z2
?? Z2=iz1=2.8*23=64.4?? 取整z2=65
（3）實際傳動比i=
（4）設計功率???Z1=Z2工況系數(shù)，查表5.4-3 Ka=1，
（5）單排鏈條傳遞功率，查表5.4-4和5.4-5，齒數(shù)系數(shù)，排數(shù)系數(shù) =0.4kw
（6）鏈節(jié)距p
根據(jù)Pa=0.4kw，n1=720r/min，查圖5.4-1功率曲線和n1確定的點，應在所選型號鏈的功率曲線下方附近（不超過直線）。結果為10A，節(jié)距p=15.875mm，
（7）驗算小鏈輪軸直徑
鏈輪中心孔最大許用直徑
（8）初定中心距
為優(yōu)，無張緊輪時取
i
<4
≥4
0.2z1（i+1）p
0.33z1(i-1)p
?
（9）確定鏈條節(jié)數(shù)=115.3
取;
（10）鏈條長度
（11）計算（理論）中心距
當時，
當時，
查表5.4-9，若有必要可使用插值
(12)實際中心距a
(13)鏈速
(14)有效圓周率
(15)作用在軸上的力F
水平或傾斜的傳動
接近垂直的傳動
??Ka工況系數(shù)，見表5.4-3
F=1.2×1×2283.1=2739.7N;
(16)潤滑方式。
(17)鏈條標記：10A-1-116 GB 1243-1997;
?1表示排數(shù)，116表示節(jié)數(shù)
(18)鏈輪的幾何尺寸
?1) 滾子直徑? p=15.875mm
?2）齒頂圓
?對于三圓弧-直線齒形
小鏈輪齒頂圓mm，取整124mm;
大鏈輪齒頂圓，取整337mm;
3)齒根圓直徑 df=d-d1；
小鏈輪齒根圓直徑df=d-d1；= 116.585-10.16=106.425mm，取106.43mm;
大鏈輪齒根圓直徑df=d-d1；= 328.584-10.16=318.424mm，取318.42 mm;
4)節(jié)距多變形以上的齒高ha=0.27p=0.27×15.875=4.286mm（對于三圓弧-直線齒形）
5)最大齒根距
奇數(shù)齒
偶數(shù)齒
小鏈輪;
大鏈輪
6)軸凸緣直徑
小鏈輪=99.045mm;
大鏈輪
7)輪轂厚度h
，—孔的直徑
d
<50
50~100
100~150
>150
K
3.2
4.8
6.4
9.5
小鏈輪取整14mm
大鏈輪取整數(shù)22mm
8)輪轂長度l
l=3.3h???
小鏈輪l=3.3×14=46.2mm，取整46mm
大鏈輪l=3.3×22=72.6mm，取整72mm
9)輪轂直徑
小鏈輪=68mm
大鏈輪=104mm
10)齒寬
單排b單=0.95×9.4=8.93mm
11)齒側半徑 ?
12)倒角寬,取2.1mm
13)倒角深h=0.5p=0.5×15.875=7.9375mm
14)齒側凸緣圓角半徑=0.635mm
(9)鏈輪公差
? 1)齒根圓直徑和量柱測量距極限偏差
項? 目
極限偏差
孔徑
H8
齒頂圓
h11
齒根圓直徑極限偏差
h11
齒寬
h14
量柱測量距極限偏差
h11
?小鏈輪齒根圓直徑= 116.585-10.16=106.425mm，取106.43mm;
大鏈輪齒根圓直徑= 328.584-10.16=318.424mm，取318.42 mm;
小鏈輪量柱測量距
大鏈輪量柱測量距
2)徑向圓跳動
小鏈輪徑向圓跳動=min{0.0008df+0.008,0.76}=0.0008106.43+0.008=0.093144
端面跳動=min{0.0009df+0.008,1.14};
3.3 軸的設計計算
（1）初步確定軸的直徑
mm （3.32）
根據(jù)工作條件，取mm
（2）傳動軸受力分析
N （3.33） N （3.34） N （3.35）
圖4.1 傳動軸的受力簡圖
（3）繪制傳動軸的受力簡圖，求支座反力
①垂直面支反力：
由，得：
（3.36）
由，得：
N （3.37）
②水平面支反力：
由，得：
（3.38）
N
由，得：
N （3.39）
（4）作彎矩圖：
①垂直面彎矩圖：
C點
N·mm （3.40）
②水平面彎矩圖：
C點
N·mm （3.41）
③合成彎矩圖：
C點
N·mm （3.42）
（5）作轉矩T圖：
N·mm
（6）校核軸的強度：
按彎扭合成應力校核軸的強度
校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應力
MPa （3.43）
選定軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。
（7）精確校核軸的疲勞強度
①判斷危險截面
從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應力最大，但應力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。
②截面V左側
抗彎截面系數(shù) mm （3.44）
抗扭截面系數(shù) mm （3.45）
截面V左側的彎矩M為
Mpa （3.46）
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應 Mpa （3.47）
截面上的扭轉切應力MPa （3.48）
軸的材料為45鋼，調質處理。MPa，MPa，MPa。
用插入法求出
，
軸按精車加工，可知，表面質量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強化處理，
固得綜合系數(shù)為
（3.49）
可知，碳鋼的特性系數(shù)
取
取
所以軸在截面V左側的安全系數(shù)為
（3.50）
（3.51）
（3.52）
故該軸在截面V左側的強度是足夠的。
③截面V右側
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面V左側的彎矩M為
MPa
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應力 MPa
截面上的扭轉切應力 MPa
截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及取：因，，
，
軸的材料的敏感系數(shù)為
，
故有效應力集中系數(shù)按文獻[1，附]為
（3.53）
軸的截面形狀系數(shù)為
軸的材料的敏感扭轉剪切尺寸系數(shù)為
綜合系數(shù)為
所以軸在截面V左側的安全系數(shù)為
故該軸在截面V左側的強度是足夠的。
3.4 直線軸承的設計計算
通過切刀上下運行，為了要保證平穩(wěn)，需要有導向裝置，這里就需要設計導向光桿和直線軸承配合整個切片裝置。
1直線軸承的選擇
用于測試的POM工程塑料支架；鋼架適用于工作溫度；不銹鋼軸承適用于水，蒸汽，硝酸等腐蝕性介質和真空的工作場所，按下列公式確定型軸承的計算。
硬度：硬度系數(shù)FH HRC58的硬度，hrc52-58，F(xiàn)H = 0.6-1.0 FH = 1。
FT的溫度系數(shù)：工作溫度小于100C，F(xiàn)T = 1，溫度100oc-125oc，F(xiàn)T = 1.0-0.95。
接觸系數(shù)FC：
每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0
每根軸裝二套軸承，F(xiàn)C=0.81
每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72
每根軸裝四套軸承，F(xiàn)C=0.66
載荷系數(shù)FW：
小于15米/分鐘的速度，無沖擊，無振動，F(xiàn)W = 1.0-1.5；
小于60米/分鐘的速度，超調量小或振蕩，F(xiàn)W = 1.5~2.0；
運行速度大于60米/分鐘，或有更大的沖擊，振動，F(xiàn)W = 2.0～5.0。
時間是生命的LH =（10000×1）/ 2 * L（S * N1 * 60）（單位：小時小時）L：長度壽命 (萬米)，
LS：工作行程 (米)，
N1：每分鐘往復次數(shù)
已知行程L=0.2米，工作溫度60oC，每分鐘往復次數(shù)n1=20，微小沖擊，軸承工作載荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望壽命Lh=5000小時，試選擇軸承型號。
按以上工作條件：
根據(jù)本次載荷重量為2000N，我們選用兩個導向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動軸承的所受負載就平均分配，上下六個滑動軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承座為固定式的，中間六個為可以隨著絲桿螺母上下滑動。六個導向光桿加上絲桿螺母，這樣每個導向光桿的滑動軸承處的所受負載為166N。本次設計中所選擇的滑動軸承為帶法蘭形狀的。
4 蛋糕切片機中主要零件的三維建模
4.1偏心輪的三維建模
4.2 機架的三維建模
4.3傳送滾筒的三維建模
4.4蛋糕切片機的三維建模
5 三維軟件設計總結
通過本次設計，再次提出了利用三維軟件的水平，并吸收了大量的經(jīng)驗，總結出以下幾點。關于圖紙的繪制方面，當零件的尺寸已經(jīng)給出，不考慮圖紙尺寸不合適的，基于三維零件圖，裝配時必須考慮的大小是合適的，因為AutoCAD繪圖效果不好，也會引起的尺寸誤差，和甚至出現(xiàn)欠定義大小，因此，必須通過在這個時候對零件進行測量，進行修改，直到符合要求。該工具是方便的輸入數(shù)據(jù)映射，通過選擇部分的類型，標準件，可以生成，但有時需要在工具集使用部分可能找不到，所以在這個時候隨機應變，其他部分而不是通過修改或滿足要求增加組件的使用。三維地圖應該是靈活的，解決問題的方法總比問題多，當一個方法不能正常映射，試試另一種方法，它不僅可以完成零件的生產(chǎn)，而且還可以開發(fā)映射一個更好的主意，并打破了新思想的規(guī)則。
學習使用一些可以節(jié)省時間的命令，如鏡像，陣列，能省則省”。在裝配過沉重，曾給了我一個很大的障礙，是要花很多時間去找出為什么。在一個活躍的子組件，雖然活動范圍會產(chǎn)生干擾，可以設置該復合物的活動范圍，如先進的范圍內，和角度范圍，即使在這個范圍內不影響母配體，不能設置。因為一旦設定的范圍內，在父組件將被視為完全定義的組件模型，它將沖突分總成，將無法完成裝配?？吹貓D是最重要的任務是理解零件圖，圖表工具，沒有工具是沒有法律的零件圖，所以不要急著寫，想通過零件的結構，并認為通過線圖，這是重中之重，映射。部分建模，一般應的特點進行深入分析，找出零件是由幾個特點，擺脫所有的形狀特點，它們之間的連接相對位置、表面，然后按主次特征造型的關系，按一定的順序。一個復雜的部分，有許多簡單的功能，通過切除或重疊相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，雖然不同的建模過程可以構造出相同的實體部分，但其建模過程和實體結構的穩(wěn)定性有直接的影響，實體模型可以修改應用程序，可理解性和實體模型。特別是在二維圖紙，我們只能看到元器件的布局，并用虛線給說的內部特征，除了部分的相貫線，這條線各特征在路口出現(xiàn)。在選秀過程中零件，必須選擇第一個草圖平面，這是非常重要的，決定了后續(xù)的模型飛機的命令，使用簡單的說，一個圓柱形圍成一個圈，然后繪制，也可以作為一個長方體旋轉，雖然他們的結果都是一樣的，但草圖平面和命令的使用。如果我們想要一個軸，那么我們應該選擇第二個方法以及。
由于該零件的設計不規(guī)則零件，用于為拉伸和旋轉命令，許多零部件都是對稱的，所以為了節(jié)省時間，提高效率，通常用于指揮鏡特性。
一個完整的工程圖紙應該包含以下4個方面。
一組視圖：一組視圖（包括視圖，剖面，斷面，局部視圖）是正確的，完整的，對各部分的結構和形狀表達清楚。
尺寸：尺寸的確定和零件的形狀各部分的位置
技術要求：表明部分的一些要求必須在制造和檢驗完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和熱處理的方法和指標。
標題欄：注明產(chǎn)品名稱，材料，數(shù)量，拉伸比和拉伸，等。
單擊[新建]圖標以顯示新的文件系統(tǒng)，SolidWorks文件”對話框中，單擊“選項”對話框中的組件，你可以進入裝配工作模式，進行以后的設計工作。
結 論
光陰似箭，一轉眼幾個月的畢業(yè)設計就接近尾聲了，讓我感到唏噓不已，在做這次畢業(yè)設計的過程中，每當我遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度本文所設計的是蛋糕切片機的設計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設，在大學研究的最后，感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
致 謝
在此論文完成之際，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學術上對我精心指導，在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè)，也學到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，創(chuàng)新的學術風格，認真負責，無私奉獻，寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。
在我們正式進入畢業(yè)設計后，我自己遇到過很多問題和困難，但老師每周都能在百忙之中騰出時間為我們悉心講解，并且給我提出過很多中肯的建議，而且老師每周都能及時了解我們的畢業(yè)設計的進展情況，并給我們提出具體的設計任務。老師的治學態(tài)度和為人的直率、誠懇都給我們樹立了良好的榜樣，有時間的時候也教我們做人的道理，使我們受益終生。在此，在實習當中跟我們講解我們所碰到的問題，我對老師表示崇高的敬意。
參考文獻
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