豆?jié){機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及ProE環(huán)境下的參數(shù)化設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文_第1頁
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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 豆?jié){機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及pro/e環(huán)境下的參數(shù)化設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果,也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體,均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名: 日 期: 指導(dǎo)教師簽名: 日期: 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的規(guī)定,即:按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文

2、)的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版,并提供目錄檢索與閱覽服務(wù);學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文;在不以贏利為目的前提下,學(xué)??梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名: 日 期: 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名: 日期: 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)

3、保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名:日期: 年 月 日導(dǎo)師簽名: 日期: 年 月 日目 錄中文摘要3英文摘要41 引言.52 原理方案設(shè)計(jì).72.1系統(tǒng)工作原理72.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)82.3設(shè)計(jì)方案選擇93 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).103.1.1 額定容量與壺身總體容量103.1.2 機(jī)頭壺身組合方案113.1.3 整機(jī)布局123.2 粉碎系統(tǒng)設(shè)計(jì).123.

4、2.1 粉碎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.2.1.1 刀片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).133.2.1.2 擾流擋板設(shè)計(jì).203.2.2 粉碎功率計(jì)算213.2.3 電機(jī)的選擇223.2.4 刀片材料選擇與強(qiáng)度校核243.2.4.1 刀片材料選擇.243.2.4.2 刀片強(qiáng)度校核.253.2.5 刀軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核283.2.5.1 刀軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).283.2.5.2 刀軸強(qiáng)度校核.293.2.5.3 刀軸剛度校核.303.2.6 粉碎系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)數(shù)校核313.3 加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì).333.3.1 加熱方式選擇.333.3.2 加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案確定.333.3.3 發(fā)熱管功率計(jì)算.343.3.4 發(fā)熱管改進(jìn)設(shè)計(jì).353.4 關(guān)鍵零

5、部件選型.363.4.1 防溢電極.363.4.2 溫控器.363.4.3 溫度保險(xiǎn)絲.373.5 零部件裝配關(guān)系確定.373.5.1 整機(jī)裝配要求373.5.2 零部件布局383.5.3 機(jī)頭密封設(shè)計(jì)403.5.4 機(jī)頭透氣孔設(shè)計(jì)423.6 零部件材料選用及表面處理.434 產(chǎn)品三維實(shí)體造型444.1 零部件三維建模.444.2 產(chǎn)品三維虛擬裝配.464.3 干涉檢查.495 參數(shù)化設(shè)計(jì)515.1 標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)的建立.525.1.1 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立方法535.1.2 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立過程.535.1.3 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的調(diào)用.575.2 通用零件庫(kù)的建立.575.2.1 通用件庫(kù)的建立方法.585.2

6、.2 通用件庫(kù)的建立過程.595.2.3 通用件庫(kù)的調(diào)用.625.3 組件的參數(shù)化設(shè)計(jì) 625.3.1 機(jī)頭組件的參數(shù)化.625.3.2 桶身組件的參數(shù)化.695.4 同外形不同規(guī)格產(chǎn)品快速?gòu)?fù)制演示.72結(jié)論.74致謝.75參考文獻(xiàn).76附錄1:產(chǎn)品總裝圖、零件圖.附錄2:產(chǎn)品規(guī)格書豆?jié){機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及pro/e環(huán)境下的參數(shù)化設(shè)計(jì)摘要:豆?jié){機(jī)是一種通過電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)刀片對(duì)黃豆、大米、五谷等食材進(jìn)行強(qiáng)力的打擊、攪拌、切割、加熱,并輔以微電腦控制攪拌、加熱的節(jié)奏,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化制取新鮮即飲的豆?jié){/米糊/濃湯等飲品的小型家用電器。本論文主要針對(duì)目前市場(chǎng)現(xiàn)有的豆?jié){機(jī),對(duì)其進(jìn)行原理分析,方案對(duì)比與選擇,

7、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能產(chǎn)品無網(wǎng)干豆豆?jié){機(jī)的設(shè)計(jì)。本論文在豆?jié){機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中承擔(dān)的主要工作是豆?jié){機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分,針對(duì)產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)、粉碎系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、密封透氣等結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)分析與計(jì)算,并在pro/e環(huán)境下完成產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)的三維建模及虛擬裝配。同時(shí),利用pro/e自帶的family table和pro/program等二次開發(fā)工具對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)相同外形不同規(guī)格豆?jié){機(jī)產(chǎn)品的快速?gòu)?fù)制與產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料的快速獲取。關(guān)鍵詞:豆?jié){機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) pro/e 三維建模 參數(shù)化abstract:soymilk maker is a minitype domestic appliance, w

8、hich strike ,mixing, incise and heat the food such as soybean, rice and grains strongly through the blade driven by high speed electromotor, and control the rhythm of stirring and heating by microcomputer to get the fresh ready-to-drink soybean milk, rice-paste and pottage automatically. this thesis

9、 mainly aim at the soymilk makers which have been existed in the market, analyze the theory and precept of them , and choose a precept to achieve the design of the target function productsoymilk maker using dried beans without the mesh enclosure. the main work for the design of product in the paper

10、is the structural design of the soymilk maker, analyze and calculate the products total structure, smashing system, heating system, seal cower and its breather structure, gain the 3d models of the soymilk maker and achieve the virtual assembly of the whole product. at the same time, the paper take t

11、he parameterization design for the whole product by using the secondary development tools of family table and pro/program contained by pro/e, and achieve the rapidly copy of the soymilk makers having the same appearance but the different standard and the rapidly gain of the design data. keywords:soy

12、milk maker structural design pro/e 3d model parameterization1 引言1.1 課題背景現(xiàn)代社會(huì)高節(jié)奏的生活以及高強(qiáng)度的工作, 帶給了現(xiàn)代人日益增長(zhǎng)的高壓力。隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步,人們對(duì)自身的生活質(zhì)量有了越來越高的要求。從21世紀(jì)開始,“便捷”與“健康”漸漸成了現(xiàn)代生活的潮流趨向。家用電器與人們的日常生活密切相關(guān),因而家用電器是否具備便捷性與健康性,將會(huì)直接影響到人們的生活。豆?jié){作為中國(guó)傳統(tǒng)飲品,具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,其中含有多種優(yōu)質(zhì)蛋白、多種維生素、多種人體必須的氨基酸和微量元素等,是一種非常理想的適應(yīng)現(xiàn)代人的健康食品。而豆?jié){機(jī)作為家用小

13、型電器的代表,一直為給人們提供方便、快捷、營(yíng)養(yǎng)、健康的豆?jié){飲品而服務(wù)。分析目前豆?jié){機(jī)市場(chǎng),由于國(guó)內(nèi)奶粉事件的影響,導(dǎo)致奶粉企業(yè)在市場(chǎng)上集體遭受打擊,消費(fèi)者對(duì)奶粉企業(yè)的普遍不信任,飲食習(xí)慣由喝牛奶變?yōu)楹榷節(jié){,進(jìn)而引發(fā)對(duì)豆?jié){機(jī)的爆發(fā)性需求。由于市場(chǎng)需求量的突然擴(kuò)增,市場(chǎng)潛力逐步的浮現(xiàn),國(guó)內(nèi)不少家電企業(yè)紛紛進(jìn)軍豆?jié){機(jī)市場(chǎng),搶占市場(chǎng)份額,使得原本平靜豆?jié){機(jī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。在如此激烈與殘酷的市場(chǎng)上要想占有一席之地,就必須提高企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力,而提升競(jìng)爭(zhēng)力的最可靠途徑就是做好產(chǎn)品技術(shù)的創(chuàng)新與研究,保證技術(shù)的領(lǐng)先性、產(chǎn)品的先進(jìn)性。1.2 豆?jié){機(jī)歷史與現(xiàn)狀1995年北京電視臺(tái)購(gòu)物欄目就出現(xiàn)了豆?jié){機(jī)的身影,但由

14、于眾多技術(shù)難題沒有被攻克,豆?jié){機(jī)市場(chǎng)并未如愿發(fā)展起來。當(dāng)豆?jié){機(jī)的缺陷是電機(jī)工作不穩(wěn)定,不是打幾次就壞,就是不按程序工作,返修率非常高,而且豆?jié){一煮就糊,以致不少愛喝豆?jié){的人只好將其束之高閣。經(jīng)過十多年的發(fā)展,目前豆?jié){機(jī)的市場(chǎng)銷量已經(jīng)超過了800萬臺(tái),并且仍以30%的增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)。十多年來,隨著豆?jié){文化的不斷深入,豆?jié){機(jī)產(chǎn)品的不斷成熟,豆?jié){機(jī)經(jīng)歷了從“精密網(wǎng)罩”到“大網(wǎng)孔網(wǎng)罩”到“無網(wǎng)”到“無網(wǎng)干豆”到“無網(wǎng)干豆不銹鋼”的一次次升級(jí)換代,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)的一次次推舊呈新。分析目前豆?jié){機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀,主要存在兩大主流產(chǎn)品,一是以“五谷精磨”為主的九陽豆?jié){機(jī),另一則是以“無網(wǎng)渦流”為主的美的豆?jié){機(jī)。九陽

15、五谷精磨技術(shù)使用網(wǎng)罩式結(jié)構(gòu)的“五谷精磨器”在大豆粉碎以及噪音控制方面獨(dú)占優(yōu)勢(shì),占據(jù)著70%的市場(chǎng)份額。美的無網(wǎng)渦流技術(shù)則采用特殊結(jié)構(gòu)刀片,舍棄了傳統(tǒng)的網(wǎng)罩,簡(jiǎn)化了豆?jié){機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu),憑借使用方便易清洗的優(yōu)勢(shì)占據(jù)了近30%的豆?jié){機(jī)市場(chǎng)。但不論是五谷精磨還是無網(wǎng)渦流,市場(chǎng)現(xiàn)有的豆?jié){機(jī)仍存在著出漿率低、大豆蛋白溶出少、制出豆?jié){不香濃等功能性問題,以及機(jī)頭易進(jìn)水、釜底易糊底等結(jié)構(gòu)性缺陷。針對(duì)這些問題,仍需投入大量的時(shí)間與精力去做技術(shù)上的解決與創(chuàng)新,從而更好地完善豆?jié){機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì),使其更好地適應(yīng)市場(chǎng)需求,客戶需要。1.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法 本文的設(shè)計(jì)內(nèi)容是針對(duì)目前市場(chǎng)上已有的豆?jié){機(jī),對(duì)其進(jìn)行原理分析與方案的

16、對(duì)比選擇,在確定設(shè)計(jì)方案后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品無網(wǎng)干豆豆?jié){機(jī)的設(shè)計(jì)。本論文主要承擔(dān)豆?jié){機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分,主要針對(duì)豆?jié){機(jī)的粉碎系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)無網(wǎng)粉碎系統(tǒng)的刀片、擾流擋板、刀軸等進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,設(shè)計(jì)計(jì)算及校核,對(duì)現(xiàn)有加熱系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)與方案改進(jìn),對(duì)豆?jié){機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中較易出現(xiàn)的機(jī)頭進(jìn)水等問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的密封設(shè)計(jì),并完成產(chǎn)品的零部件布局與整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過pro/e對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行三維實(shí)體造型,在pro/e下進(jìn)行產(chǎn)品的虛擬裝配與干涉檢查等,以完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問題,形成產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)資料。同時(shí),本文還利用pro/e自帶的family table和pro/prog

17、ram等二次開發(fā)工具對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品零部件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),提出豆?jié){機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中常用的標(biāo)準(zhǔn)件、通用件庫(kù)的建立方法與過程,對(duì)產(chǎn)品整機(jī)進(jìn)行參數(shù)化分析與設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)相同外形不同規(guī)格豆?jié){機(jī)產(chǎn)品的快速?gòu)?fù)制與產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料的快速獲取。1.4 課題的意義豆?jié){機(jī)產(chǎn)品在技術(shù)上還有很多不成熟的地方,要想設(shè)計(jì)出適應(yīng)市場(chǎng)需求、占有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的豆?jié){機(jī),就必須不斷投入對(duì)豆?jié){機(jī)的技術(shù)研究與分析。該課題來源于美的精品電器事業(yè)部豆?jié){機(jī)公司,通過對(duì)公司豆?jié){機(jī)產(chǎn)品的分析以及公司產(chǎn)品技術(shù)的研究,設(shè)計(jì)出了一款滿足市場(chǎng)需求,符合生產(chǎn)要求的豆?jié){機(jī)產(chǎn)品。同時(shí),由于豆?jié){機(jī)市場(chǎng)的逐漸成熟,企業(yè)的產(chǎn)品也已經(jīng)趨于模塊化、通用化、系列化,對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化要

18、求也就日漸重要。對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料的快速生成與復(fù)制,不僅能夠加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程,縮短設(shè)計(jì)周期,為企業(yè)節(jié)約不必要的時(shí)間跟人力成本,同時(shí)對(duì)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化管理,對(duì)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升也作出了巨大的貢獻(xiàn)。2 原理方案設(shè)計(jì)分析傳統(tǒng)豆?jié){的制作工藝流程與方法可知,傳統(tǒng)豆?jié){的制作原理,主要分為三個(gè)步驟:磨、濾、煮,三個(gè)步驟依次進(jìn)行。利用豆?jié){機(jī)制作豆?jié){,則需要在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn),以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)制作豆?jié){的過程。豆?jié){機(jī)制作豆?jié){包含三個(gè)步驟:磨、煮、濾,為實(shí)現(xiàn)機(jī)械功能改變?nèi)齻€(gè)步驟的順序,先是磨與煮交替工作,最后再濾。2.1 系統(tǒng)工作原理分析以上豆?jié){制作原理,確定所設(shè)計(jì)豆?jié){機(jī)工作原理,主要由粉

19、碎原理及控制原理兩部分組成。通過發(fā)熱元件的加熱及電機(jī)的高速攪打,使顆粒狀的豆制品或其他食物粉碎,并混合形成即食型的液態(tài)或糊狀食品。在整個(gè)過程中加入防溢保護(hù)及防干燒等保護(hù)功能,以保證整個(gè)制漿(糊)過程的順利完成,最終使食物達(dá)到預(yù)期的要求。2.1.1 粉碎原理產(chǎn)品粉碎系統(tǒng)采用電機(jī)帶動(dòng)打漿刀在水與食物的混合物中高速旋轉(zhuǎn),使水與食物的混合物按照一定的規(guī)律多次經(jīng)過刀片的原理,使水與食物的混合物多次與高速旋轉(zhuǎn)的刀片碰撞后,最終被粉碎。 圖2.1 豆?jié){機(jī)粉碎原理2.1.2 控制原理產(chǎn)品主要采用微電腦控制單元芯片mcu對(duì)制漿過程進(jìn)行控制,電控板根據(jù)防溢棒所檢測(cè)的信號(hào)和熱敏電阻的溫度信號(hào),結(jié)合程序,指揮電機(jī)及發(fā)

20、熱盤工作的過程,如圖2.2,其中防溢棒主要是以低電平為檢測(cè)信號(hào),即當(dāng)有泡沫或有水將發(fā)熱管的接地端與防溢棒接通時(shí),低電平信號(hào)將反饋給電控板ic,再由ic發(fā)出相應(yīng)的指令來控制電機(jī)及發(fā)熱盤的工作。工作指令溫度信號(hào)工作指令電平信號(hào)溫度信號(hào)溫控器熱敏電阻電機(jī)發(fā)熱盤電控板防溢棒圖2.2 豆?jié){機(jī)控制原理2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)以上原理,針對(duì)豆?jié){機(jī)粉碎系統(tǒng)設(shè)計(jì)出兩套方案如下:圖2.3 豆?jié){機(jī)設(shè)計(jì)方案圖中,方案一為開放式粉碎方案,通過特殊結(jié)構(gòu)的粉碎刀片使加工物料形成有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)渦流轉(zhuǎn)動(dòng)反彈切割循環(huán)的力學(xué)和流場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行物料的粉碎。方案二為封閉式粉碎方案,主要通過刀片與導(dǎo)流器配合,形成旋轉(zhuǎn)渦流切割碰撞回流循環(huán)的效應(yīng)

21、進(jìn)行物料粉碎。2.3 設(shè)計(jì)方案選擇對(duì)比分析以上兩種方案,有表2.1 豆?jié){機(jī)產(chǎn)品方案對(duì)比導(dǎo)流器擾流擋板杯桶制造攪打液刀具噪音方案一無有較難不平穩(wěn)兩葉較大方案二有無容易平穩(wěn)四葉較小電機(jī)功率粉碎性能消泡性固形物清洗使用方案一較小分散較好容易提高較容易方便方案二較大集中較差較難提高較困難不方便根據(jù)以上對(duì)比分析的結(jié)論,考慮到產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn),以及消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品使用方便、容易清洗的期望等因素,本產(chǎn)品選擇方案一,即采用不帶導(dǎo)流器的開放式粉碎方案。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1 額定容量與壺身總體容量考慮到在正常工作條件下,為了既防止食物溢出,又能達(dá)到較高的加熱效率,杯身容積設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)滿足以下要求:=

22、v0ve式中:容積比;v0壺身的總?cè)莘e,l; ve標(biāo)稱容積,l。對(duì)于隱藏式加熱系列產(chǎn)品,由于底盤加熱所產(chǎn)生的余熱較大,食物容易溢出,所以原則上要求0.8l、1.0l的值2.9;1.2l、1.3l、1.5l的值2.8。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格要求,有ve=1.2l,選取容積比2.8,則有 =v0ve=v01.22.8,得 v02.81.2l=3.36l取v0=3.36l。由 v0=(a2)2h有 h=4v0a2取壺身內(nèi)徑a=150mm,代入上式解得 h=4v0a2 =43.361031502=190.23mm圓整后取h=200mm。根據(jù)qmjd-j06.002-2009美的豆?jié){機(jī)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),選取壺身規(guī)格及

23、參數(shù)為表3.1 標(biāo)準(zhǔn)圓柱形不銹鋼壺身規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)圓柱形不銹鋼壺身規(guī)格 單位:mm類別不銹鋼壺身代碼標(biāo)稱容積(ve)不銹鋼壺身內(nèi)徑(a)外緣直徑(b)不銹鋼壺身深度單邊斜度()總?cè)莘e(vo)總?cè)莘e/標(biāo)稱容積優(yōu)先等級(jí)雙層d-l21.2l1501622000.83.362.83.1.2 壺身機(jī)頭組合方案根據(jù)壺身所確定的規(guī)格尺寸,選擇機(jī)頭的規(guī)格為表3.2 標(biāo)準(zhǔn)圓形機(jī)頭規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)圓形機(jī)頭規(guī)格機(jī)頭代碼機(jī)頭直徑d(mm)優(yōu)先等級(jí)l158根據(jù)所選擇的壺身和機(jī)頭規(guī)格,確定豆?jié){機(jī)機(jī)頭壺身組合方案。表3.3 標(biāo)準(zhǔn)圓柱形機(jī)頭壺身組合方案標(biāo)準(zhǔn)圓柱形機(jī)頭壺身組合方案類別機(jī)頭不銹鋼壺身優(yōu)先等級(jí)機(jī)頭代碼機(jī)頭直徑d不銹鋼壺身代碼不銹

24、鋼壺身內(nèi)徑(a/mm)外緣直徑(d/mm)不銹鋼壺身深度標(biāo)稱容積(ve/l)總?cè)莘e(vo/l)總?cè)莘e/標(biāo)稱容積雙層l158s-l21501622001.23.362.83.1.3 整機(jī)布局根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)要求,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行整機(jī)布局,本設(shè)計(jì)采用機(jī)頭和桶身組合的立式結(jié)構(gòu),將粉碎系統(tǒng)的刀片、電機(jī)放于機(jī)頭組件,將加熱系統(tǒng)放于桶身組件,電源放于桶身底部,上下組件通過上下連接器連接通電。電源下置,安全方便的同時(shí)也避免了傳統(tǒng)的微動(dòng)開關(guān)的復(fù)雜結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安全性更高。 整機(jī)布局如下圖所示。圖3.1 產(chǎn)品整機(jī)布局3.2 粉碎系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 粉碎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)方案,產(chǎn)品的粉碎系統(tǒng)由刀片和擾流擋板組成,原理為刀

25、片在電機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),由于刀片自身的結(jié)構(gòu)使得杯中的水形成渦流,在渦流的作用下豆料與刀片充分接觸,在經(jīng)過不斷地接觸、撞擊、剪切作用下,豆料被粉碎至所需要求。同時(shí),由于離心力的作用水也做水平旋轉(zhuǎn),在與杯壁的筋碰撞后沿筋的切線方向向中間匯聚,從而達(dá)到充分研磨的效果。具體結(jié)構(gòu)如圖3.2。圖3.2 豆?jié){機(jī)粉碎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.2.1.1刀片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)a刀片方案的選擇傳統(tǒng)豆?jié){一般是大豆經(jīng)過浸泡后進(jìn)行粉碎,而根據(jù)設(shè)計(jì)要求本產(chǎn)品的功能為干豆制漿,即對(duì)干豆直接進(jìn)行粉碎,在打漿過程中大豆硬度相對(duì)較大,但具有一定的脆性,在制作豆?jié){時(shí)為了使大豆中的營(yíng)養(yǎng)充分溶出,就必須使用特殊結(jié)構(gòu)的刀具在高速旋轉(zhuǎn)下將大豆在短時(shí)間內(nèi)迅速打碎

26、。刀具的結(jié)構(gòu)對(duì)打碎程度和豆?jié){品質(zhì)有很大的關(guān)系。分析目前豆?jié){機(jī)所用刀片,主要有以下幾種結(jié)構(gòu):表3.4 豆?jié){機(jī)常用刀片分析葉片數(shù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析雙葉雙葉平刃刀雙葉刀目前基本有網(wǎng)無網(wǎng)豆?jié){機(jī)都在用,其刀開鋒口在有網(wǎng)向機(jī)頭方向使液體的流向,向上形成向上吸入。雙葉鋸齒刀雙葉帶鋸齒刀是在有網(wǎng)、無網(wǎng)豆?jié){機(jī)刀具,其刀鋒口有向下和向上,向下使液體的流向向下形成向下向外再向上吸入中間,向上時(shí)是吸入后再由孔中噴出。三葉三葉平刃刀三葉刀目前基本有網(wǎng)無網(wǎng)豆?jié){機(jī)都在用,其刀開鋒口在有網(wǎng)向機(jī)頭方向使液體的流向,向上形成向上吸入。無網(wǎng)三葉刀鋒口向下,三葉不在同一平面分別有向上和向下。三葉鋸齒刀四葉四葉平刃刀目前基本用在有網(wǎng)豆?jié){機(jī),

27、其刀開鋒口在向機(jī)頭方向使液體的流向,向上形成向上吸入。四葉刀不在同一平面分別有兩葉向上,另外兩葉向下。四葉鋸齒刀四葉有后角刀九陽四葉小刀,其直徑在40mm刀鋒是向上的它是用在有網(wǎng)和無網(wǎng)的。但是它是有后角的,有網(wǎng)無網(wǎng)刀鋒均是向上,無網(wǎng)它在機(jī)頭上有一個(gè)向下的弧面,用于向下壓液面使之不飛濺液體。分析以上刀片及其結(jié)構(gòu),參照美的豆?jié){機(jī)公司現(xiàn)有產(chǎn)品所使用的刀片,本設(shè)計(jì)選用美的專利刀片雙葉倒鋸齒刀。其為雙葉刀片,刀鋒口向下,主要用于無網(wǎng)干豆豆?jié){機(jī),使液體的流向向下形成向下向外再向上吸入中間。其刃口設(shè)有鋸齒結(jié)構(gòu),刃口展開切削加長(zhǎng),粉碎效果較其他刀片好。b刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 刀片具體結(jié)構(gòu)如下圖所示:圖3.3 刀片

28、結(jié)構(gòu)圖其中,d為刀片直徑,d為輪轂直徑,r為弧度曲率半徑,為刀片厚度,為刀片安裝角,為刀齒切向傾角,為刀齒軸向傾角(刀片前角), l為刀齒面長(zhǎng)度。a刀片運(yùn)動(dòng)過程中力學(xué)效應(yīng)的分析由于刀片具有傾角結(jié)構(gòu),因此在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),刀片產(chǎn)生切向力的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生軸向力,如圖3.4。對(duì)豆料在流場(chǎng)中的受力情況進(jìn)行分析,以fq 表示豆料所受到的切向力,以fz 表示豆料所受到的軸向力,以fd 表示豆料所受到的打擊力,如圖3.5所示。圖3.4 刀片受力示意圖圖3.5 豆料受力分析豆料的打擊力按下式進(jìn)行計(jì)算fd=pz2n600.7r式中:p粉碎功率,w; z刀片葉片個(gè)數(shù); n刀片轉(zhuǎn)速,r/min; r刀片半徑,m; 刀片結(jié)

29、構(gòu)參數(shù)函數(shù),=f(d、n 、l 、)。則軸向力為 fz=fdsin切向力為 fq=fdcosb刀片運(yùn)動(dòng)過程中流場(chǎng)效應(yīng)分析刀片各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)粉碎過程中所形成的流場(chǎng)有很大的影響,在額定電壓下,安裝上刀片,讓刀片在清水中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),用照相機(jī)拍照,然后測(cè)量刀片在清水中形成的渦流截面參數(shù)。提取出刀片運(yùn)動(dòng)過程形成渦流截面的參數(shù)如下圖所示。圖3.6 流場(chǎng)渦流截面圖圖中,d 表示所示渦流橫截面的直徑,h 1 表示液面凹陷的深度,h 3 表示整個(gè)渦流的高度,h 4 表示渦流底部距容器底部的距離。c刀片結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)和受力的影響為了確定刀片各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流場(chǎng)及物料受力情況的影響,選取一組不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的刀片進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),測(cè)量

30、并計(jì)算出各刀片對(duì)流場(chǎng)和受力的影響。表3.5 不同刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)序號(hào)直徑/mm厚度/mm刀具傾角/()刀齒傾角/()-1751.210018182701.210018183751.2101018184751.210030185751.21601818表3.6 不同刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)影響序號(hào)d/mmh1/mmh2/mmh3/mmh4/mm物料受力分析打擊力fd/n切向力fq/n軸向力fz/n160406285153.533.480.61255386083153.443.390.60363447090143.453.450465376880153.693.630.64559386077133.483.360

31、.96對(duì)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,有如下結(jié)論:刀片直徑直接影響流場(chǎng)的渦流直徑,刀片直徑越大,窩里直徑越大;渦流高度取決于刀片安裝角,當(dāng)采用正負(fù)角時(shí)渦流高度較大,攪拌充分但攪拌頁面較高,當(dāng)采用一平一負(fù)角度時(shí),液面較平穩(wěn),且負(fù)角越大渦流高度越小,液面越平穩(wěn);刀片直徑越大,豆料受到的打擊力越大;豆料打擊力的大小與刀齒傾角有關(guān),刀齒傾角越大,豆料所受的打擊力越大;刀片安裝角影響刀片的軸向力,刀片安裝角越大,軸向力越大,切向力越小。d根據(jù)以上分析結(jié)論,此外參照表3.7刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)和豆?jié){理化指標(biāo)相關(guān)性分析,確定刀片各結(jié)構(gòu)參數(shù)。表3.7 刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)和豆?jié){理化指標(biāo)相關(guān)性分析(1)片數(shù)z:該刀片為雙葉刀片,葉片數(shù)

32、為z=2。(2)輪轂直徑d:根據(jù)電機(jī)軸的裝配要求,確定其輪轂直徑d=18mm。(3)刀片外徑d:根據(jù)上表分析,刀片外徑與渦流直徑、豆料打擊力和豆渣硬度相關(guān),查閱公司標(biāo)準(zhǔn),刀片外徑已形成50、63、65、70、75五種規(guī)格,結(jié)合不銹鋼壺身內(nèi)徑a=150mm,可取d=(0.40.5)a=(0.450.5)150=67.575mm,選取刀片外徑d=70mm。(4)刀片安裝角:根據(jù)上表分析可知,當(dāng)角為正負(fù)角時(shí),攪拌充分但攪拌液面較高,容易造成液滴飛濺。本設(shè)計(jì)采用一平一負(fù)的角結(jié)構(gòu),由以上結(jié)論可知,角與渦流高度、刀片軸向力和豆?jié){蛋白質(zhì)的含量相關(guān)。角越大,渦流高度越小,攪拌液面越平穩(wěn),但刀片軸向力會(huì)增大,切

33、向力減小,并且角與蛋白質(zhì)含量成負(fù)相關(guān),角的增大會(huì)直接導(dǎo)致豆?jié){蛋白質(zhì)含量的減少,綜合考慮以上因素,參照美的豆?jié){機(jī)公司打漿刀技術(shù)要求,選擇=0,=10。(5)弧度曲率半徑r:一般r=0.5d,則r=0.5d=0.570=35mm,取r=35mm。(6)刀片厚度:根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析,刀片厚度對(duì)豆?jié){品質(zhì)沒有相關(guān)性,考慮刀片強(qiáng)度要求,選擇刀片厚度=1.2mm。(7)刀片前角:對(duì)刀片結(jié)構(gòu)分析,刀片前角的作用是使液體的流向向下形成向下向外再向上吸入中間的作用。具體結(jié)構(gòu)如圖5.6所示。由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知,刀片前角與豆料打擊力相關(guān),與豆?jié){固形物和蛋白質(zhì)含量成顯著正相關(guān),即刀片前角越大,豆料所受的打擊力越大, 豆?jié){的固

34、形物和蛋白質(zhì)含量也越高, 但角過大會(huì)影響對(duì)物料的切向力,一般前角角度=1620時(shí)效果最佳。取前角角度=18,則刃面長(zhǎng)度a=/sin=1.2/sin18=3.88,取a=3.9mm。此外,刃口鈍化直接影響打漿刀的使用壽命,刀口鋒利是造成卷刃、缺口的直接原因。因此,在刀片的刃口處進(jìn)行鈍化以滿足刀具剛度、強(qiáng)度要求。圖3.7 刀片前角結(jié)構(gòu)與尺寸(8)刀片旋轉(zhuǎn)角:為增加旋轉(zhuǎn)渦流效應(yīng),在刀片結(jié)構(gòu)上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)角度,旋轉(zhuǎn)角一般取值為216,且規(guī)定旋轉(zhuǎn)前進(jìn)方向向下為正值,向上為負(fù)值。此處取=2。圖3.8 刀片旋轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)(9)刀片鋸齒結(jié)構(gòu):為提高豆料粉碎效率,在刀刃上增加鋸齒結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)刀片與豆料的撞擊、剪切作用。

35、因此,在刀片的刃口處設(shè)置均勻分布的五齒結(jié)構(gòu),如圖3.9所示。(10)刀齒面長(zhǎng)度l:考慮刀片整體結(jié)構(gòu)要求,選擇刀齒面長(zhǎng)度l=6mm。(11)刀齒切向傾角:選擇刀齒切向傾角=18。圖3.9 刀片鋸齒結(jié)構(gòu)整理刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:表3.8 刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)表名稱代號(hào)單位數(shù)值葉片數(shù)z2輪轂直徑dmm18刀片外徑dmm70刀片安裝角()10弧度曲率半徑rmm35刀片厚度mm1.2刀片前角()18刀片旋轉(zhuǎn)角()2刀片齒數(shù)n5刀齒面長(zhǎng)度lmm6刀齒面寬度amm3.9刀齒切向傾角()183.2.1.2擾流擋板設(shè)計(jì)為配合攪打渦流,在上表面與旋轉(zhuǎn)力相互作用使豆料隨流體形成向中心匯聚的作用,在豆?jié){機(jī)的內(nèi)壁上設(shè)置擾流擋板。傳

36、統(tǒng)擾流擋板采用單筋結(jié)構(gòu),為加強(qiáng)擾流效果,通常筋的尺寸比較大,使得加工不易且外形不美觀。同時(shí),由于是單個(gè)筋體,擾流系統(tǒng)工作時(shí)受力不均勻,易產(chǎn)生震動(dòng),機(jī)體平衡性較差。本豆?jié){機(jī)對(duì)傳統(tǒng)單筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),采用四筋結(jié)構(gòu)方案,四個(gè)筋體沿壺身90度對(duì)稱分布,結(jié)構(gòu)對(duì)稱,受力均勻,整機(jī)提高穩(wěn)定性,同時(shí)由于四筋的效率相當(dāng)于單筋的四倍,因此在保證擾流效率的前提下,四筋單個(gè)筋體的尺寸形狀都可減小。參照公司經(jīng)驗(yàn)其位置及尺寸設(shè)計(jì)要求為:離杯底部不大于13mm ; 筋的兩端長(zhǎng)度在85120mm ;筋的高度不低于6mm;兩端的角度必須大于45;四條筋的筋條形狀尺寸兩斜面的夾角度在9010;夾角頂端倒圓角r1 。選定擋板的尺

37、寸和位置,具體結(jié)構(gòu)如圖3.10所示。圖3.10 擾流筋的位置及尺寸3.2.2 粉碎功率計(jì)算確定豆?jié){機(jī)粉碎系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)后,對(duì)豆?jié){機(jī)粉碎功率進(jìn)行計(jì)算:pw=0.0098np(n60)3d5 gc kw式中:np粉碎功率準(zhǔn)數(shù); 物料密度,kg/m3; n粉碎刀片轉(zhuǎn)速,r/min; d粉碎刀片直徑,m; gc重力換算系數(shù),m/s2。 np是粉碎時(shí)的功率準(zhǔn)數(shù),是一無因次數(shù),受刀片形狀和環(huán)境影響,是雷諾數(shù)re的函數(shù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,取np=0.01。由刀片旋轉(zhuǎn)速度對(duì)豆料粉碎程度和豆?jié){品質(zhì)影響的研究可知,刀片轉(zhuǎn)速在75009500rpm時(shí)效果最佳,則預(yù)選刀片轉(zhuǎn)速n=9500r/min。刀片直徑d=70mm,物料

38、密度取=1.3103kg/m3,將n、d、值代入上式,有 pw=0.0098np(n60)3d5 gc =0.00980.011.310395006030.0759.8=6.9610-2kw =69.6w則豆?jié){機(jī)的粉碎功率為pw=69.6w。3.2.3 電機(jī)的選擇3.2.3.1 電機(jī)類型的選擇根據(jù)豆?jié){機(jī)的工作環(huán)境和電源條件,選用立式封閉型直流電動(dòng)機(jī),工作制為s3,壽命大于100小時(shí)。3.2.3.2 電機(jī)額定電壓的選擇目前豆?jié){機(jī)電機(jī)一般采用直流電源,電機(jī)的額定電壓與供電電壓一致,選擇其額定電壓為220v。3.2.3.3 電機(jī)容量的選擇電機(jī)所需的工作功率為pd=pwa式中:a工作效率。電動(dòng)機(jī)的容量

39、應(yīng)包括粉碎所需功率、粉碎機(jī)構(gòu)的損失功率和油封的損失功率。除此之外, 還應(yīng)考慮計(jì)算誤差及可能因?yàn)椴僮鳁l件變動(dòng)引起的功率變化。通常, 粉碎所需功率只占全部驅(qū)動(dòng)功率的60% 70%。因此,取工作效率a=0.6。則pd=pwa =69.60.6=116w電機(jī)的額定功率pedpd,則參照公司現(xiàn)用規(guī)格電機(jī),選取電機(jī)額定功率ped=120w。3.2.3.4 電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇豆?jié){機(jī)對(duì)粉碎刀片的轉(zhuǎn)速要求為n=75009500r/min,由粉碎系統(tǒng)的傳動(dòng)方案可知,刀片由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),其傳動(dòng)比 i=1,則電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求為n=in=175009500=75009500 r/min3.2.3.5 電機(jī)軸伸的選擇根據(jù)產(chǎn)品整

40、機(jī)裝配要求,參照豆?jié){機(jī)電動(dòng)機(jī)軸伸規(guī)格,初步確定電機(jī)軸伸為l=81mm。3.2.3.6 電機(jī)型號(hào)的確定綜合考慮多方面因素,選擇深圳市龍威實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的永磁直流電機(jī),型號(hào)為lw120220,則電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表3.9所示,其主要外形尺寸見圖3.11。表3.9 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓v額定功率w空載轉(zhuǎn)速rpm負(fù)載參數(shù)軸伸mm壽命h質(zhì)量kg轉(zhuǎn)速rpm力矩mnmlw120-22022012010500880070811000.5圖3.11 lw120220型電動(dòng)機(jī)主要外形及尺寸3.2.4 刀片材料選擇與強(qiáng)度校核3.2.4.1 刀片材料選擇豆?jié){機(jī)刀片為與食物直接接觸部件,其材料選擇應(yīng)符合gb

41、9684-88不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求,外觀平整光滑,材料選用奧氏體型不銹鋼(1cr18ni9ti,0cr19ni9,1cr18ni9),理化指標(biāo)為表3.10 豆?jié){機(jī)刀片理化指標(biāo)根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn),選擇刀片材料為0cr19ni9,即常說的sus304鋼。其材料成分為表3.11 sus304材料成分成分材料csimnpsnicrsus3040.151.002.000.0450.036.0-8.016.0-18.0材料性能要求為表3.12 sus304材料性能材料牌號(hào)屈服強(qiáng)度/mpa抗拉強(qiáng)度/mpa伸長(zhǎng)率%斷面收縮率%sus3042055024060刀片表面硬度及熱處理要求:刀具的刃口需鈍化及表面震

42、動(dòng)拋光,刀具硬度應(yīng)滿足hrc3844,在正常工作狀態(tài)下,連續(xù)完成800次干豆豆?jié){制作程序循環(huán),試驗(yàn)完成后刀片不能有卷刃、裂紋、斷裂、缺口等缺陷。3.2.4.2 刀片強(qiáng)度校核根據(jù)以上設(shè)計(jì)確定的刀片結(jié)構(gòu)及參數(shù),對(duì)刀片進(jìn)行強(qiáng)度校核。a 刀片離心力pc:pc=mrc2式中:m葉片質(zhì)量,kg; rc葉片重心距軸心距離,m; 刀片角速度,rad/s。取m=310-3kg,由刀片外徑d=70mm,有rc= d4 = 704 =17.5mm,根據(jù)所選電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)速為8800rpm,有=8800260=942rad/s則有 pc=mrc2 =2310-317.510-3942=0.1nb 刀片根部拉伸應(yīng)力c:c=

43、pcf式中:f刀片根部橫截面積,m2。由d=18mm,=1.2mm,=18,可算得f=2tan+(d-2tan) =1.21.22tan18+1.218-21.2tan18 =17.604mm2=1.760410-5m2則 c=pcf =0.11.760410-5 =5680.53pa502mpa故刀片滿足抗拉強(qiáng)度要求。c 液體流動(dòng)切向力pu:pu=1000n軸zum式中:n軸軸功率,kw; z刀片葉數(shù); um刀片平均半徑處的圓周速度,m/s。取軸功率為豆?jié){機(jī)粉碎功率,則n軸=pw=69.6w=0.0696kw,刀片平均半徑出圓周速度um=r平2=17.510-32942=0.29m/s,則

44、pu=1000n軸zum =10000.069620.29=120.69nd 軸向力pzpz=pstlt式中:pst刀片產(chǎn)生的靜壓值,pa; l刀片全長(zhǎng),m; t刀片平均直徑圓周上的節(jié)距,m。取pst=0.04p0=0.041.0105pa=4000pa,l=d2=702=0.035m,r=122d4=1223.14704=54.96mm=0.05496m則 pz=pstlt =40000.0350.05496=7.69ne 載荷ph: ph=pu2+pz2則 ph=pu2+pz2 =120.692+7.692=120.93nf 彎矩mh: mh=phl2cos(h+p)式中:h刀片根部截面法

45、向與圓周切線之間的夾角,h=90-; p載荷力ph與圓周切線之間的夾角。取h=90-=90-10=80,p=arctanpzpu=arctan7.69120.69=3.65則 mh=phl2cos(h+p)mh=120.930.50.035cos(80+3.65)=0.234nmg. 最大彎曲應(yīng)力h: h=mhw式中:w葉片根部截面系數(shù),w=bh26。則w=bh26=0.0180.001226=4.3210-9m2則 h=mhw =0.2344.3210-9=54.17mpah 刀片根部總應(yīng)力y:y=c+h則y=c+h =5.68 10-3mpa+54.17mpa=54.18mpai 刀片總應(yīng)力總:總=ky式中:k安全系數(shù),通常k=1.21.5

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