(完整版)单级直齿圆柱齿轮减速器说明书毕业设计

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摘要

齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：

1、瞬时传动比恒定、工作为平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间运动和动力；

2、适用的功率和速度范围广；

3、传动效率高，η=0.92-0.98；

4、工作为可靠、使用寿命长；

5、外轮廓尺寸小、结构运送。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作为机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作为用，在现代机械中应用极为广泛。

6、国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过代的问题。另外，材料品质和工世水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于依靠地位，特别在材料和制造工世方面占据优势，减速器工作为可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来，由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而失去了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。

在21世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。CNC机床和工世技术的发展，失去了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。

关键字：减速器轴承齿轮机械传动Abstract

Wheel gear‘s spreading to move is a the most wide kind of the application spreads to move a form in the modern machine.Its main advantage.BE:The

1.spreads to move to settle,work than in a moment steady,spread to move accurate credibility ,can deliver space arbitrarily sport and the motive of the of two stalds;Power and speed scope;

2.applies are wide;

3.spreads to move an efficiency of, soon and deliver a function of turning,the application is extremely extensive in the modern machine;

6.local deceleration machine much with the wheel gear spread to move,the pole spread to move for lord ,but widespread exist power and weight ratio small,or spread to move ratio big but the machine efficiency lead a low problem.there are also many weadnesses on material quality and craft level moreover,the especially large deceleration machine‘s problem is more outstanding,the service life isn’t long.The deceleration machine of abroad,with Germany,Denmark and Japan be placed in to lead a position,occupying advantage in the material and the manufacturing craft specially,decelerating the machine work credibility like,service life long.But it spreads to move a form to still take settling stalk wheel gear to spread to move as lord,physical volume and weight problem,don‘t also resolve like.The direction which decelerates a machine to is the facing big power and spread to move ratio,small physical volume, several in the last yearses,control a technical development because of the modern calculator technique and the number,made the machine process accuracy,process an efficiency to raise consumedly,pushed a machine to spread the persification of movable property article thus,the mold piece of the whole machine

kit turns,standardizing,and shape design the art turn,making product more fine,the beauty turns.

Become a set a machine material in 21 centuries medium,the wheel gear is still a machine to spread a dynamic basic c6152eaaaff8941ea76e58fafab069dc50224737C tool machine and the craft technical development,pushed a machine to spread to move structure to fly to develop soon.Be spreading to move the electronics control,liquid in the system design to press to spread to move,wheel gear,take the mixture of chain to spread to move,will become become soon a box to design in excellent turn to spread to move a combination of direction.The academics that is in spread move the design crosses,will become new spread a moveable property article the important trend of the development.

Key words: Reduction gear 、 bearing 、 gear 、 mechanical drive

目录

摘要 ................................................................................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................................................................................ I I 一设计目的 (2)

二传动方案的拟定 (3)

1传动方案的分析 (3)

2传动方案的拟定 (3)

三电动机的选择及传动比的确定 (5)

1电动机类型和结构型式的选择： (5)

2确定电动机的功率： (5)

3确定电动机转速： (5)

4确定电动机型号 (6)

四运动参数及动力参数计算 (7)

1计算各轴转速（RMIN） (7)

2计算各轴的功率（KW） (7)

3计算各轴转矩 (7)

五传动零件的设计计算 (8)

1皮带轮传动的设计计算 (8)

2齿轮传动的设计计算 (9)

六轴的设计计算 (12)

1从动轴的设计 (12)

2主动轴设计 (16)

七键联接的选择及校核计算 (21)

1．根据轴径的尺寸选择键 (21)

2．键的强度校核 (21)

八轴承寿命的校核 (22)

1校核46208轴承 (22)

2校核46211轴承 (22)

九减速器箱体、箱盖及附件的设计计算 (23)

十润滑与密封 (24)

1齿轮的润滑 (24)

4密封方法的选取 (24)

十一减速器装配图如下 (25)

致谢 (26)

参考文献 (27)

一设计目的

1、通过本次设计，综合运用《机械设计基础》及其它有关先修课程的理论和实际知识，使所学的知识进一步巩固、深化、发展。

2、本次设计是高等工科学校学生第一次进行比较完整的机械产品设计，通过此次设计培养学生正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机械设计的基本方法和步骤。

3、使学生能熟练的应用有关参考资料、图册和手册，并熟悉有关国家标准和其它标准，以完成一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本训练。二传动方案的

拟定

1传动方案的分析

机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。

带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。

减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。

2传动方案的拟定

（1）工作条件：使用年限10年，每年按300天计算，单班制工作，载荷平稳。

（2）原始数据：

输送带拉力F=3kN

滚筒带速V=1.6ms

滚筒直径D=280mm

运动简图如下

1：电动机

2：带传动

3：单级圆柱齿轮减速器

4：齿轮

5：联轴器

6：滚筒

7：带式输送机

三电动机的选择及传动比的确定

1 电动机类型和结构型式的选择：

2 确定电动机的功率：（1）传动装置的总效率：（2）电动机所需的工作功率：

3 确定电动机转速：

按已知的工作要求和条件，选用Y系列三相异步电动机。由传动图可以看出总计需要

轴承两对

齿轮一对

联轴器一个带传动一副

滚筒一个

由参考文献[1]P22表2-4得

η轴承=0.99

η齿轮=0.97

η滚筒=0.95

η联轴器=0.99

η总=η轴承2η齿轮η滚筒η联轴器

=0.992×0.97×0.95×0.99

=0.8762

Pd=FVη

总

=3×1.60.8762

=5.48kW 滚筒轴的工作转速：

Nw=60×1000VπD

=60×1000×1.6π×280

=109.2rmin

选用Y系列三相异步电动机

η总

=0.8762

Pd

=5.48kW

nd

=654~2180rmin4 确定电动机型号5总传动比：6分配各级

传动比根

据参考资

料【1】P20

表2-2中

推荐的合

理传动比

范围，取V

带传动比

i

带

=2~4，

单级圆柱

齿轮传动

比范围i

齿

=3~5，则

合理总传

动比i

总

的

范围为

i=6~20，

故电动机

转速的可

选范围为

nd=i×Nw

=（6~20）

×109.19

四运动参数及动力参数计算

设电动机轴为0轴

减速器高速轴为Ⅰ轴

减速器低速轴为Ⅱ轴

1计算各轴转速（rmin）2计算各轴的功率（KW）3、计算各轴转矩

n

=1440rmin

n

Ⅰ=n

i

带

=14403=480rmin

n

Ⅱ=n

Ⅰ

i

齿

=109.2rmin P

=7.5kw

P

I =P

×η

带

×η

带

=7.5×0.98 =7.35kw

P

II

=P

I

×η

轴承

×η

齿轮

=7.35×0.99×0.97

=7.06kwT

=9.55P0n0

=9550×7.51440

=49.74N?m

T

I

=9.55P

I

n

I

=9550x7.35480

=146.23N?m

T

II

=9.55P

II

n

II

=9550x7.06109.2

=617.43N?m

n

=1440rmin

n

Ⅰ

=480rmin

n

Ⅱ

=109.2rminP

=7.5kw

P

I

=7.35kw

P

II

=7.06k

wT

==49.7

4N?m

T

I

=146.23N

?m

T

II

=617.4

3N?m 五传动零件的设计计算

1 皮带轮传动的设计计算（1）确定普通V带截型（2）确定带轮基准直径，并验算带速

（3）确定大带轮的基准直径

（4）确定带长和中心距

初定中心距a

=600mm

带基准长度

(5) 验算小带轮包角由参考资料[2] P174表9-3得：

k

A

=1.1

P

=7.5kw

P

d

=k

A

P

=1.

1×7.5=8

.25kw

据

P

d

=8.25kw和

n

=1440rmin

由参考资料[2]P174图9-10得：

选用B型V带

d

d

=mm

由参考资料[2]P175表9-4，

取d

d1

=125mm

带速V：

V=πd

d1n

60×10

00

=π×125×1440 60×1000

=9.42ms

在5~25ms范围内，带速合适。通常带传动的滑动系数ε

=0.01~0.02，则取ε=0.02

d

d2=i

带

d

d1

(1-ε)

=3×100×（1-0.02）≈375mm

查参考资料[2]P174表9-4取标准值d

d2

=400mm

L

d0

=2a

+π(d

d1

+d

d2

)2+(d

d2

-d

d1

)24a

=2×600+π(125+400) 2+()24×600

=2055.76mm

根据参考资料[2]P178表9-8选取标准值L

d

=2240mm

确定中心距

a≈a

+(L

d

-L

d0

)2

=600+(.76)2

=692mm

α1=180°-57.30°×(d d2-d d1)a

=180°-57.3°×()692

=157.2°

选用B型V带

d

d1

=125mm

带速合适

d

d2

=400mmL

d0

=2055.76mma=692mmα

1

=157.2°＞120°，故

小带轮符合设计要求。

6）确定带的根数。

7）单根V带的拉力。

(8)作用在轴上的力

2齿轮传动的设计计算

（1）选择齿轮材料与热处理：

(2)按齿面接触疲劳强度设计许用接触力[δ

H

]

齿宽系数

ψd

据d

d1

和

n

1

，查参考

资料

[2]P176

表9-5得

P1=2.1kw

i≠1时单

根V带的

额定功率

增量.据

带型及i

带

查参考资

料

[2]P177

表9-6得

△

P

1

=0.46kw

查参考资

料

[2]P178

表9-7，得

Kα=0.94

；

查参考资

料[2]P178表9-8,得K

L

=1.0

Z= P

d [(P

1

+△

P

1)KαK

L

]

=8.25[(2.1+0.4 6)

×0.94×1.0] =3.4

取Z=4根

查参考资料[2]P170表9-1取q=0.17kgm

则

F

=500[(2.5Ka) -1](PdZV)+qV2

=500[（2.50.94）-1] [8.25（4×9.42 ）] +0.17×9.422

=196.78 N?m

F

Q =2ZF

sin(α

1

2

)

=2×4×196.78 sin(α

1

2)

=610.04N

所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。

查阅参考资料[2]P200表11-3，选用价格便宜便于制造

的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度230HBS；

大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为200HBS；

精度等级：

查阅参考资料[2]P201表11-5运输机是一般机器，速度

不高，故选8级精度。

α1=157.2°＞120°，故小带轮符合设计要求。按中等质

量查参考资料[2]P200表11-3得

[δ

H

]=520Mpa

单级齿轮减速器中齿轮相对轴承呈对称布置，由于是软

齿面的闭式齿轮传动，查参考资料[2]P200表11-4，选

取Z=4根

F

=196.78 N?m

F

Q

=610.04N

小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度230HBS；

大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为200HBS；

8级精度

[δ

H

]=520Mpa材料弹性系数Z

E

载荷系数K

按齿面接触强度疲劳强度设计①选择齿轮齿数、模数

②计算主要几何尺寸(3)校核齿根弯曲疲劳强度①计算

齿根弯曲许用应力ψ

d

=1.0

查参考资

料

[2]P204

表11-7，

材料弹性

系数

Z

E

=189.8

查参考资

料

[2]P203

表11-6，

取K=1.5

u=i

齿

=4.4

计算小轮

直径d

1

d1≥

3

1

2

E

)1

(

KT

)

(3.52Z u+

=

321

5.1

)8.

52189

.3(?

?

=76.3mm

取小齿轮

齿数

z

1

=24

则大齿轮齿数

z

2=z

1

i=24×4.4=

105.6

取标准值z

2

=106 齿轮模数

m=d

1z

1

=76.324=3

.188

参考资料[2]P193表11-1，取标准模数m=4mm

分度圆

d1=mz1=4×24=9 6mm

d2=mz2=4×106= 424mm

中心距

a=m(z1+z2)2=4×(24+106)2=26 0mm

齿宽

b=ψ

d d

1

=1.0×106=10

6mm 取b

2

=106mm

b

1

=b

2

+(5～10)

取b

1

=114mm

按中等质量查参考资料P200[2]表11-3得

[ζF

1

]=310Mpa

[ζF

2

]=290Mpa

查参考资料[2]204表11-8得

Y

F1

=2.68

Y

F2

=2.18

Y

S1

=1.59

Y

S2

=1.8

ζF1=

=

=45.9Nmm2

ζF2=ζF1

ψd=1.0

Z

E

=189.8

K=1.5d1≥76.3mmz

1

=24

z

2

=106m=4mm

d1=96mm

d2=424mm

a=260mmb

2

=106mm

b

1

=114mm

[ζF

1

]=310Mpa

[ζF

2

]=290Mpa

ζF1

=45.9Nmm2

ζF2=42.3

Nmm2②验

算齿根弯

曲应力

(4)计算

齿轮的圆

周速度V

计算

圆周速度

=68.3×

=42.

3 Nmm2

由于ζF

1

＜[ζF

1

]

ζF2＜[ζ

F

2

]，故满

足齿根弯

曲强度要

求，设计

合理

V===2.4m

s

因为V＜

6ms，故取8级精度合适．

由上可得，齿轮设计合理。

确定有关参数如下：

传动比i

齿

=4.4 小齿轮齿数z

1

=24

大齿轮齿数z

2

=106

中心距a=260mm

i

齿

=4.4

a=260mm

z

2

=106 z

1

=24

满足弯曲强度要求，设计合理。

V=2.4ms

齿轮设计

合理六轴的设计计算

1从动轴的设计

1选择轴的材料确定许用应力 2按扭转强度估算轴的最小直径

3轴承的确定

4联轴器的选择5设计轴的结构并绘制轴的结构蓝图①确定轴上零件的位置和固定方式

选轴的材料为45号钢，调质处理。

查参考资料[2]P200表11-3可知：

ζb=650Mpa

查参考资料[2]P200表11-4可知：

[ζb-1]b=60Mpa

单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，

从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：

d≥C

查参考资料[2]P208表11-8可得，45钢取C=118～107

则d≥（118～107）×

=（118～107）×

=47.2～43mm

考虑键槽

的影响以

及联轴器

孔径系列

标准，取

标准值

d=50mm

为简化安

装，选择

两轴承一

致。

据参考资

料[1]P211附表4-1选择角接触球轴承46211型其内径d=55mm 可采用弹性柱销联轴器，查参考资料[1]P231附表6-3可取联轴器的型号为HL5联轴器

由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在齿轮箱体的中内，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器。

如下图所示要确定轴的结构，先确定轴上零件的装配顺序和固定方

式

ζb=650Mpa

[ζb-1]b=60Mpa

d=50mm角接触球轴承46211型

HL5联轴器

②确定各段轴的直径③确定各轴段的长度6轴上作用力

的计算确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩定

位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完

全确定，齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装

于齿轮的两侧，其轴上采用轴肩固定，周向采用过盈配

合固定。

将估算轴d=50mm作为外伸端直径d1与联轴器相

配（如上图），考虑联轴器用套筒实现轴向定位，取第

二段直径为d2=53mm ，齿轮和左端轴承从左侧装入，考

虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，

取d3=55mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大

于d3，取d4=60mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用套筒

定位,轴肩直径d5=60+2×0.1×60=72mm

满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根

据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取

d6=55mm.

由于齿轮轮毂宽度为106mm，为保证齿轮固定可靠，轴段

④的长度略短于齿轮轮毂宽度，取轴段④长度为100mm;

为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内

壁间就留

有一定的

间距，取

该间距为

25mm,为

保证轴承

安装在箱

体轴承座

孔中（轴

承宽

21mm），

并考虑轴

承的润

滑，取轴

承端面距

箱体内壁

的距离为

5mm,故取

轴段⑤长

度为

30mm(轴

承支点距

离

C=185mm);

由齿轮宽

度及套筒宽度和轴承宽度得，取轴段③长度为56mm;由轴承盖宽度及装配要求选择轴段②长度为57mm；考虑联轴器装配要求取轴段①为90mm。在轴段①④上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽长度比相应的轮毂宽度小约5～10mm,键槽宽度按轴段直径查手册得得。

选定轴的结构结节

轴两端的倒角均为2×45°

轴段⑤上的倒角为2×5×2.5 轴段③④上的圆角均为2×R2

轴段①②上的圆角均为2×R1轴所受力如下图所示

d1=50mm

d2=53mm

d3=55mm

d4=60mm

d5=72mm

d6=55mm.L4=100mm

L3=56

L2=57

L5=30

L6=40

L1=90

7 按弯矩合成强度校核轴径是否合格

做出水平面弯矩图

支点反力

Ⅰ—Ⅰ截面处弯矩为

Ⅱ—Ⅱ截面处弯矩为做出垂直面弯矩图Ⅰ—Ⅰ截面

轴上所受的转矩：

T

Ⅱ

=9.55××1000

=9.55×

×1000

=617.43N

?m

轴上作用

力：

圆周力：

F

t

=2T

Ⅱ

d

2

=2×617

.430.424

=2912.41

N

径向力：

Fr=F

t

tan2

0°

=2912.41

×tan20

°

=1060.03

N

F

HA =F

HB

==1456.2N

支点反力F==530.02NM

HI

=F HA

C2=1456.2×18 52=134698.5N?mm

M

HⅡ=1456.2×35.5= 51712.85N?mm

M

VI

=FC2=530.02×1852=49026.8

5N?mmT

Ⅱ=617.43N?m

F

t =1060.03N

Fr

=2912.41N F

HA

=F

HB

=1456.2N

F

=530.02NM

HI

=

134698.5N?mm

M

HⅡ

=51712.85N?mmM

VI

=49026.85N?mm

Ⅱ—Ⅱ截面

做出合成弯矩图

Ⅰ—Ⅰ截面合成弯矩Ⅱ—Ⅱ截面合成弯矩

做出转矩图

Ⅰ—Ⅰ截面Ⅱ—Ⅱ截面

M

VⅡ

=F×35.5=530.02×35.5=18815.71N?

mm

M=

M

I

=

=

=143343.

36N?mm

M

Ⅱ

=

=

=55029.5

4N?

mm

T

Ⅱ

=9.55×1

06Pn

=617430N

?mm

a=0.6

d3=55mm

M

eⅠ

=

=

26

×

6.0(

143343.36

=397223.

42 N?mm

?mmM

eⅠ

?mmM

eⅡ

?mm

[2]P200表11-4可知：

＜[ζ-1]b的条件，故设计的从动轴有足够的强13.49Mpa ζeⅡ= 12.38 Mpa ζe＜[ζ-1]b

的条件，故设计的从动轴有足够的强度，设计合理。

2主动轴设计

1、选择轴的材料确定许用应力。

2、按扭转强度估算轴的最小直径

3、轴承的确定选轴的材料为45号钢，调质处理

查参考资料[2]P200表11-3可知：ζb=650Mpa

参考资料[2]P200表11-4可知：

[ζb-1]b=60Mpa

单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，

从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：

d≥C

查参考资料[2]P208表11-8可得，45钢取C=118～107

则d≥（118～107）×

=（118～107）×

=29.30～26.57mm

考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取标准值

d=35mm

为简化安

装，选择

两轴承一

致。

据参考资

料

[1]P211

附表4-1

选择深沟

球轴承

46208型

轴的材料

为45号钢，调质处理

ζb=650Mpa [ζb-1]b=60Mpa d=35mm深沟球轴承46208型4、设计轴的结构并

绘制轴的结构蓝图

①定轴上零件的位置和固定方式

②各段轴的直径

③定各轴段的长度

其内径d=40mm 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在齿轮箱体的中内，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装联轴器。

要确定轴的结构，须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式

确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的右端用轴肩定位，左

端套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定，

齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装于齿轮的

两侧，其轴上采用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。

轴的结构如下图所示

将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与带轮相配（如上

图），考虑轴承盖的装配，取第二段直径为d2=38mm ，

齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固

定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=40mm，为便于齿

轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=45mm。齿

轮左端用用套筒固定,右端用轴肩定位,轴肩直径

d5=45+2×0.1×45=54mm满足齿轮定位的同时,还应满足

右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承

型号与左端轴承相同, 取d6=40mm.

轴段①为装配轴承，取其长25mm;由于齿轮轮毂宽度为

114mm，为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度略短于齿轮

轮毂宽度，取轴段③长度为100mm;为保证齿轮端面与箱

体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间就留有一定的间

距，取该

间距为

2mm,为保

证轴承安

装在箱体

轴承座孔

中（轴承

宽18mm），

并考虑轴

承的润

滑，取轴

承端面距

箱体内壁

的距离为

5mm,故取

轴段②长

度为

25mm(轴

承支点距

离

C=185mm);

由齿轮宽

度及套筒

宽度和轴

承宽度

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