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文檔簡介
總論練習(xí)題
1.某軸受彎曲穩(wěn)定變應(yīng)力作用。最大工作應(yīng)力bmax=500MPa,最小工作應(yīng)力
0mg=200MPa。已知軸的材料為合金調(diào)質(zhì)鋼,其對稱循環(huán)疲勞極限
b_]=450MPa。脈動循環(huán)疲勞極限bo=7OOMPa,屈服極限%=800MPa。
試求:
1)繪制材料的篋化極限應(yīng)力圖(每代表10MA1)
2)按簡單加載在圖上表示出零件的工作應(yīng)力點(diǎn)N和材料的強(qiáng)度極限點(diǎn)E
3)計(jì)算材料強(qiáng)度極限的平均應(yīng)力巴.〃,和應(yīng)刀幅3a
4)指出零件可能發(fā)生的主要失效形式,并計(jì)算零件的安全系數(shù)。
解:1)材料的簡化極限應(yīng)力線圖如下:
弓=。皿-o-m=500-350=150MPa
。-I=450MPa
00=700MPa
rrv=800A/Pa
2)零件的工作應(yīng)力點(diǎn)N和材料的強(qiáng)度極限點(diǎn)E見圖示
3)求E點(diǎn)的坐標(biāo)加,b
(y=kx)
0E線的方程:ara=-a
EC線的方程:^,-0=-((!??-800)(y-先=Mx-Xo))
聯(lián)立OE和EC方程
解得:arm=560Mpei,ara=240MPa。
4)?「N處于OGC的區(qū)域內(nèi),故零件的主要失效形式為屈服失效
?q=%_800
35()+150
2.某試件材料應(yīng)力循環(huán)基數(shù)No=5x10。次,o-_,=170MPa,m=9.試問;當(dāng)
工作應(yīng)力=300MPa,試件壽命為多少?
解:?.?嗎冰=建%
x5x]06
V300;
=30124次
=3.0xl()4次
第五章螺紋連接
例Li個(gè)厚度為25mm的薄板用8個(gè)M16的配合螺栓連接在較厚的機(jī)架上,螺
栓分布在直徑為?!?200加〃的圓圈上,其它尺寸如圖所示(單位:已知:
薄板受外力載荷R=16000N,螺栓的許用剪力應(yīng)力上片96M?!?,螺栓及板孔表
面的許用擠壓應(yīng)力口]尸=190MPa,螺栓受剪面直徑=17mm。試求:
1)判斷螺栓組中哪個(gè)螺栓受力最大?并計(jì)算受力的大小;
2)校核螺栓組聯(lián)接的強(qiáng)度。
解:1)判斷受力最大的螺栓,并計(jì)算其受力大小
5號螺栓受力最大,其值大小為:
F=^+_^L=1600+1600x500=12()0jV
88x288X200
22
2)校核螺栓組連接的強(qiáng)度
螺栓所受的最大剪應(yīng)力為:
r=-----------=------------=539Mpo<[r]=Q6Mpa
—xTCd^—TTX]72
4°4
螺栓及板孔表面所受的最大擠壓應(yīng)力為:
F1200
=^l.\Mpa<[ap]=190Mpa
結(jié)論:該螺栓組連接強(qiáng)度安全。
例2.兩個(gè)薄板由Z=3的普通螺栓連接,鋼板受力情況和尺寸(單位:〃〃〃)如
圖所示。己知鋼板間的摩擦系數(shù)為/=0.15。連接面間的防滑系數(shù)尤=1.2。螺栓
L=400
解:1)螺栓組的受力分析
戶向形心。簡化
橫向力和轉(zhuǎn)矩分別為:
R=P=2400N
T=尸L=2400>:400=9.6xlO5N-mm
由橫向力R產(chǎn)生的每個(gè)螺栓的橫向載荷Fl方向垂直向下,由轉(zhuǎn)矩r產(chǎn)生
的每個(gè)螺栓的橫向載荷相同,且其數(shù)值F2大小為:
幽=800N
1Z3
=31=3.2x11
3x100
F2作用的方向應(yīng)垂直于各螺栓中心與形心。的連線,通過分析,得知1
號螺栓受力最大,其大小為:
F=K+F?=800+3.2x1()3=4000N
2)確定螺栓所需預(yù)緊力Qp,
QPCKSF
9J.2X40(X)=32XUN
*f0.15
3)確定螺栓直徑大小
,、IL3Q-ll.3x3.2xl04..
d、>----—=------------=17.15mm
14TMy」xl8O
查表,確定選用M20的螺栓(其小徑4=17.294>17.15,滿足要求)。
例3.己知某氣缸,缸中壓力在P=O?1.5人72之間變化,氣缸內(nèi)徑
./nun
D=250mm,螺栓分布圓直徑£>()=346〃〃〃,為保證緊密性,要求螺栓間距
r<12Om/7?o若所選螺栓的屈服極限*=360”一安全系數(shù)S=3。剩余
預(yù)緊力Qp=L5F,F為單個(gè)螺栓的工作載荷。試確定螺栓的數(shù)目Z和直徑大小:
公稱直徑d141618202430
螺紋小徑di11.83513.83515.29417.29420.73526.211
解:1)確定螺栓數(shù)目Z,取螺栓間距t=100mm,則有:
2=也=①巴=10.9=12個(gè)
2)氣缸蓋最大工作載荷Fg
/v=p—=1.5x7rx2502=73630^
44
3)單個(gè)螺栓工作載荷尸為
心心73630_..
F==------=6A1136N
Z12
4)螺栓總拉力。為
2=Q/>+F=1.5F+F=2.5F
=2.5x6136=153407V
5)螺栓許用拉應(yīng)力為
[rr]=^-=—=120MPa
L」S3
6)螺栓小徑
,4x1.3。(4x1.3x15340
=1
V-3x12()4.54mm
M18螺栓,其小徑d】=15.294>14.54,滿足使用要求。
例4.一鑄鐵支架由4個(gè)M16(其小徑&=13.835/m?)的普通螺栓安裝于混
凝土立柱上,尺寸如圖示。已知載荷R=8000N,接面間摩擦系數(shù)/=0.3,防
滑系數(shù)K”1.2,螺栓材料的屈服極限c=360MRz,安全系數(shù)S=3,取螺栓
的預(yù)緊力QP=9(XX)N。
L=4C0
試求:
1)所取螺栓的預(yù)緊力是否滿足支架不滑移條件;
2)校核螺栓強(qiáng)度(不考慮支架和螺栓剛性的影響);
3)若取混凝土的許用擠壓應(yīng)力上]戶=2.5M/%,接合面支撐面積
A=4X104,〃〃3抗彎截面模量W=5x106m加,校驗(yàn)連接的接合面能否保證
不出現(xiàn)間隙和不壓潰。
解:1)螺栓組受力分析
R向形心O簡化,得:
橫向載荷R=8000%
傾覆力矩M=RL=8000x400=3.2x106N?nun
螺栓最大工作拉力FTOX為:
Gx-4/=M
_M_3.2xlQ6
=4000N
mix-47-4x200
2)校驗(yàn)預(yù)緊力
支架不滑移時(shí),庖.有ZQpfNKs?R
1,2x8000
/.QP>==8000N,現(xiàn)取Q〃=9000N,
Z-f4x0.3
故滿足要求。
3)校核螺栓強(qiáng)度
當(dāng)不考慮支架和螺栓剛度的影響,螺栓受的總拉力Q為:
Q=QP+Fimx=9000+4000=13000N
許用應(yīng)力⑸=空=洶=120MPa
S3
1.3Q1.3x13000……門「1
b=~——=-----------------=112AMpav\cr\
工皿2J_4X13.8352
414
故螺栓強(qiáng)度滿足要求。
4)校驗(yàn)連接的工作能力
貼合面間最小壓應(yīng)力0Pmin為
ZQ/W_4x90003.2xlQ6
op=B26MPa>0
AW4xl045xl06
故支架上端不會出現(xiàn)間隙。
貼合面間最大壓應(yīng)力。pmx為
_ZQPM_4x90003.2xl()6
PM―-+=154Mpa
4X1045X106
因?!?lt;=25MPa故支架下段不會被壓潰。
練習(xí)題:
1.如圖所示的螺栓連接,所受工作載荷廠二53OON,其螺栓個(gè)數(shù)Z=2,被連接件
接合面間摩擦系數(shù)/=0.2,螺栓材料的許用應(yīng)力卜]=130%2,可靠性系
數(shù)(防滑系數(shù))K「1.3,試求所需要的螺栓直徑4。
公稱直徑d1012141618
小徑di8.37610.1061183513.83515.294
解:為保證預(yù)緊后,接后面間所產(chǎn)生的最大摩擦刀必須大于或等于橫向載荷。設(shè)
所需預(yù)緊力為(兩個(gè)一桿)
fQpZi>KsF
A:.-F1.3x5300
???QpNs二8612.5N.
/-Z-z-0.2x2x2
_13?!╮I
a
ca=那--------H
4xL3Qp_4x1.3x8612.5
???4>
疝b]V萬x130
=10.47mm
查表,用M14的螺栓(4=11.835>10.47)
2.上圖中,若螺栓個(gè)數(shù)Z=l,用M20的螺栓連接,螺栓小徑&=17.3〃〃〃。螺栓材
料的許用應(yīng)力口]=10()%2,鋼板間的摩擦系數(shù)/=()」5,為使連接可靠,要
求摩擦力比外載荷大20%,試確定此連接所能承受的最大橫向載荷F.
解:f-QpZi>KsF①
由②得
皿?匕]_7Vx17.32x100
=18082N
QP<4x1.3—4x1.3
代入①得
口/fQpZi0.15x18082xlx2
rS----------=-----------------=4521N
Ks1.2
答:所能傳遞的最大橫向載荷F=452INo
3.剛性凸緣聯(lián)軸器傳遞最大轉(zhuǎn)矩T=400Nfn,主要尺寸如圖所
示:仇=刎25知,"=045〃〃〃,乙=。65〃〃〃。聯(lián)軸器用6個(gè)M12的普通螺栓連接,聯(lián)
軸器與軸之間采用。型普通平鍵連接,要求:
1)若校核材料許用應(yīng)力口]=70M',連接表面間摩擦系數(shù)f=0.2,連接的
可靠性系數(shù)(防滑系數(shù))K,.=1.2,試校核連接強(qiáng)度.(已知用12螺栓的小徑
4=10.106/72/??)
2)若普通平鍵的鍵寬人=14/〃〃2,鍵高〃=9〃〃打,連接的許用擠壓應(yīng)力
廿]〃=SOMPa,試校核該鍵連接的強(qiáng)度。
3)指出螺栓連接和鍵連接哪個(gè)強(qiáng)度不足,并指出兩種改進(jìn)措施(注:不允許
解:
1)單個(gè)螺栓所需預(yù)緊力Qp
ZRQpfNKs?T
Z.^,R.Qp.f>Ks.T
.。>K’T.
??Qp2—5--史"寸="
6x—x0.2
22
2)校核螺栓連接強(qiáng)度
1.3Q尸1.3x6400a「1re”0
oca=/=-j------------=103JMPa>[a\=70MPa
-7lcQ-7FX10.1062
414
故連接的強(qiáng)度不足。
3)校核鍵連接強(qiáng)度
27xlQ32TxlO32x400xl03°C/
一_7?\=----;------r-------=85.1MP。
-d,l,k(14、
dL--x0.4/?45x65---x0.4x9
I2jI2
>[o-]P=80MP?
???鍵連接強(qiáng)度不足
4)綜上所述,螺栓連接及鍵連接強(qiáng)度均不足,為此可采取如下方法:
①提高螺栓材料的強(qiáng)度級別
②采用配合螺栓連接
③采用減荷裝置或減載銷釘
④增大被連接面的摩擦系數(shù)
⑤采用雙鍵結(jié)構(gòu)
第六章鍵、花鍵和銷連接
1.某齒輪分別用A型普通平鍵或B型普通平鍵與軸連接,設(shè)軸徑d=03O〃"〃,
輪轂長£二45〃〃〃,所選鍵為:鍵A8X36GB1096-79與鍵B16X36GB1096-79,
輪轂許用應(yīng)力[MP=80MA,試確定這兩種聯(lián)接所能傳遞的扭(轉(zhuǎn))矩。
0x〃=8x7)
M27x1()3[
解:?!ǘ同1
4%[山
???T<
2x1()3
對于A鍵:l=L-b;k=0.4/z
3()x(36—8)x0.4x7x80
T<=94N?m
2xl03
對于B鍵:/=L=36;k=0.4h
30x36x0.4x7x80
JT<=Y21Nm
2xl03
答:A型和B型鍵分別能傳遞T=94N?〃2和7=121N?利的扭(轉(zhuǎn))矩。
機(jī)械傳動練習(xí)題
1.如圖所示傳動,試分析:
1)兩斜齒輪輪齒的旋向如何方可使軸II所受的軸向力為最???
2)蝸輪4輪齒的旋向;
3)蝸輪的轉(zhuǎn)動方向:
4)蝸輪輪齒所受£、匕、Fa.(畫圖示出)
解:1)Z1左旋,z2右旋
2)右旋
3)順時(shí)車|
4)蝸輪輪齒所受工、工、F”:
2.一閉式齒輪減速器,要求軸【【所受軸向力為最小時(shí),兩斜齒輪輪齒的旋向應(yīng)
如何?并畫出斜齒輪4受的圓周力F,、徑向力F,.及軸向力入的方向。
解:1)z、
2)斜齒輪4的受力:
X%
3.圖示為單級斜齒輪減速器,傳遞功率〃=17AW(不計(jì)摩擦損失),I軸為主
動軸,轉(zhuǎn)速〃1=9606小,轉(zhuǎn)動方向如圖示。已知中心距〃=20(>M,齒數(shù)Z]=23,
Z2=75,法面模數(shù)mn=4mm,法面壓力角%=20°。試:
1)作圖表示齒輪2受各分力的方向;
2)齒輪2所受各力(£、%、F”)的大小;
3)齒輪2所受法向力的大小:
解:1)
2)求齒輪2所受的各力?2、%、
計(jì)算齒輪的轉(zhuǎn)矩:
T95.5x10%
T\=-----------
勺
95.5xlO5xl7z
=------------------N-mm
96C)
=1.69x105N?mm
計(jì)算螺旋角£和力
由4=4+出=m〃(z1十三2)
2-2cos4有
4x(23+75)
2(X)=
2cos0
=>cos^=0.98=>£=11.48°
23x4
又d\=生也=941run
cos/70.98
27;_2x1.69x10,
=3595.74N
~d^~94~
3595.74xtan20
=1335.45N
cos/?0.98
F(l}=Ft}tan夕=3595.74xtan11.48°=730.257V
由于Z]為主動輪,z2為從動輪,
所以
%=Fty=1335.45
Ft,==3595.74AA
◎=%=730.25N
各力的受力方向如圖。
3)齒輪2所受的法向力Eq
F二一二3595.74
cosatJcos尸cos20cosl1.48
=3903.32N
4.一對直齒錐齒輪傳動如圖所示:己知模數(shù)〃z=4/初〃,分度圓壓力角a=20。,
點(diǎn)數(shù)Z]=25,Z2=6(),齒寬力=40/W/Z,輸入軸轉(zhuǎn)速々=例)小〃2,傳遞功率為
p=5.5KG),試求從動輪2受力的大小和方向(用分力表示)。
解:
片「二空”
錐距:R=〃J「+z」=4xj252+6O2]3oz.
2
d\=inz\=4x25=100〃吸?
由弘=1'°-51
山
40
==,5x
w-°-130
=d〃?[=85mm
2…鏟…
arcta/^]
d=arcta=22.6
160J
Fr[=必tanacosS]=2564.7xtan200cos22.6°=852.39N
F(l[=5]tanasind=2564.7xtan20°xsin22.6°=354.82N
???Fr2=354.82N,f;2=2564.7N,=985.39N
F〃,=-^-=——=2728.4N
cosecos20°
5.設(shè)兩級斜齒輪傳動如圖所示:已知齒輪2:Z2=51,/72=15°;
齒輪3:Z3=17,mn=5nun;
試問:
1)低速級斜齒輪的螺旋線方向應(yīng)如何選擇才能使中間軸上兩齒輪的軸向
力方向相反?
2)低速級螺旋角質(zhì)應(yīng)取多大數(shù)值才能使中間軸的軸向力互相抵消。
解:1)Z3的旋向?yàn)橛倚?,如圖所示:
nin
2)由%=%,『爭,『務(wù)爭’2/
23〃3內(nèi)C0SP2
mnz3
d3=f
7^%tan/73
nsin/72二sin.3
m
n2Z2〃13Z3
sin15°sin17°
3x51-5x17
=尸3=8.2670
6.如圖所示蝸桿傳動和圓錐齒輪傳動的組合,已知輸出軸上的錐齒輪24的轉(zhuǎn)向
%。
1)試確定蝸桿傳動的螺旋線方向和蝸桿的轉(zhuǎn)向,并使中間軸II上的軸向力
能抵消一部分。
2)在圖中標(biāo)出各齒輪(蝸桿、蝸輪)在嚙合點(diǎn)各分力的方向。
解;1)
2)
7.手動校車采用蝸桿傳動。己知m=3帆山,Z[=1,&=80〃加?,Z2=4(),卷
筒直徑。二200〃〃〃。試問:
1)欲使重物。上升1〃?,蝸桿應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)?蝸桿的轉(zhuǎn)向?
2)蝸桿與蝸輪間的當(dāng)量摩擦系數(shù)/=0.18,該機(jī)構(gòu)能否自鎖?
3)若重物Q=5機(jī),手搖時(shí)施加的力尸=100N,手柄轉(zhuǎn)臂的長度L是多少?
解:1)轉(zhuǎn)向如圖所示
"1
〃2?或二S
S1000,
=no=——=---------=1.5915(圈)
-7lD4X200
I----1--,--2-2--
〃2句
=%=而2=-j-x1.5915=63.66(圈)
r\,1Z\g3xIrig。
2)tan2=-r-=-----=----n2=2.1476
山山8
m
<f>2=tan-1f=tan-1().18=10.204°
4<02;自鎖
3)T2=iT^
T2=Q—
T\=FL
tanZ_tan2.1476°
=0.17125
77tanQ+/)-tan(2.1476+10.2040)
Q^=FLirj
Q—5000x—
L=—2-=------_2-----=729.9加
Fi"io()x—xO.17125
1
軸系零部件練習(xí)題
1、一非液體摩擦向心滑動軸承,已知軸的軸速,=450〃/min,軸的直徑
d=120mm,軸承寬度/=120w,軸承的徑向載荷P=50000N,軸承材料
為ZQS/16-6-3,其許用值[p]=5MP〃,[v]=3m/sf[pv\=\2MPamis,
試校核此軸承。
解:
〃二二50000N=3.47MPM\<[.
2
dl120,,切x120mmnun
7aln_乃x120mmx450rpm
V——=2.83/7;/s<[v]
60x100060x1000
PTabi兀Pn7ix50000Nx450/7???/
pv=----------=------=-----------------
dl60x100060000Z60000x120〃“〃
=9.82/WVnt/s<[pv]
結(jié)論:該軸承合格。
2、有一非液體潤滑的向心滑動軸承,%最大許用值為1.5,軸的直徑
d=100mm,已知軸承材料的許用值為[p]=5MPa,[v]=3m/s,
[pv]=lOMPafn/s,試求軸的轉(zhuǎn)速分別為以下三種數(shù)值時(shí),軸的最大允許
載荷各為多少?
(1)n}=250/7nin(2)n2=500r/niin(3)n3=1000r/min
解:求軸的最大允許載荷1皿
R
己知:—<1.5,即/W1.54,d=100mm,[p]=5MPa,\v\=3m/s,
fpvl=\(}MPainls
1)當(dāng)〃?=250r/nin時(shí)
7K.ln_100x250
x=i.31m/s<[v]
60xl000-60x1000
p=7r[p]
「?<[/?W/=5xlOOxl.5xl(JO=75000^
Pmln
pv=----------------W[pu]
dl60x1000
^60xl000/[pv]60x1000x1.5x100x10
<------------=--------------------=11459Lo/V
TTX250
々皿=75000N
2)當(dāng)%二500r/nin時(shí)
100x500
v=JL±^=£x=2.62fn/s<[v]
60x100060x1000
P=5&P1
a-I
「?^ntx<[/?]^/=5xlOOxl.5xlOO=75000/V
加弧/ri
pv=-P----------=—<[pv]
dl60x1000
60X1000/[/?V]60x1000x1.5x100x105Tx父心
乃x500
7r-n2
=57295.8/
3)當(dāng)%=1000r/min時(shí)
I?d?n、^,x100x1000
v=------=-=--5-.2-4--m-/-s->--[-v],無解。
60x100060x1000
3.有一單列向心球軸承,型號為310,其額定動載荷Cr=48.4KN,額定靜載
荷C”=36.3KN,軸的轉(zhuǎn)速〃=200/7min,工作溫度小于1(X)Z(即£=1)動
載荷系數(shù)0=L2此軸承受徑向載荷R=10KV,軸向載荷A=3KV。試計(jì)算此軸
承的壽命。
_A_A/R<eA/R>e
e
Cor
XYXY
0.0280.221.99
0.0560.261.71
100.56
0.0840.281.55
0.110.301.45
0.170.341.31
0.28().381.15
解:
t=^L=0.083
Cor363KN
查表:
A
e=0.28(近似值,——=0.084時(shí),£>=0.28)
Cor
4=空=0.3"
?.x=0.56y=1.55
R1()KN
、lz量動載荷
P,=fp(xR+yR)
=1.2x(0.56x10+1.55x3)
=\2.3KN
Clr=fr-Cr=1-Cr=48.4KN
壽命
,16667Cf\
5=------(V)£
〃Pr
16667,48.4、3
=------x(-----)
2(X)12.3
=5077.5(/?)
4、有一軸用一對46306軸承支撐,軸的轉(zhuǎn)速〃=96()//min,軸上外載荷
Fr=2000N,笈=500N,尺寸如圖所示。載荷系數(shù)fp=1.2,溫度系數(shù)J;=1。
試計(jì)算軸承的壽命。46306軸承額定動載荷O=25.6MV,內(nèi)部派生軸句力
S=0.7R°
J解Tr?V?
己知:5=2000N,E,=500N,fp=1.2,ft=1
H=960/7min,Cr=256KN,S=().7R。
12
50100
①求軸承的徑向載荷Ri,R2
505=100/?2=0.5/;=0.5x2000=1000N
&=Fj+R?=3(XX)N或1507;.=100"
仆=1.55=1.5x2000=3000N
②求軸承的內(nèi)部派生軸向力Si,s2
Si=0.7/?!=0.7x3000=2100^
S2=0.7/?2=0.7x1000=700N
方向如圖所示。
124,
③求軸承、的軸向載荷A2
???尼+§2=500+700=1200N<S]
「?軸往左竄
左端放松,對松端:4=S[=21O0N
右端壓緊,對緊端:&=$-尼=2100—500=1600N
④求軸承1、2的當(dāng)量動載荷
軸承1:
A=2Jpo=O7=^O7
Ri3000
??x=\yy=0
々=fp(xR\+>^)=1.2x3000=3600N
軸承2:
A.1600
——_=__1.6>e=0.7
R2~1000
?0?查表:J:=0.41,y=0.85
P2=fp(XR2+)=12x(0.41xlOOO+0.85x1600)=2124N
由于P\>P『故取尸=6=3600N
⑤計(jì)算軸承壽命(軸承1壽命最低)
4=竺義華)J6243?
〃匕
5、某軸用一對36310軸承支承,軸承所受徑向載荷q=1950N,/?2=33(X)^o
軸上軸向載荷EI=2100N。軸承的額定動載荷。=59.2A7V,額定靜載荷
C”=48.8KV,內(nèi)部派生軸向力S=0.4F「,載荷系數(shù)/〃=1.2,溫度系數(shù)
Z=1o軸的轉(zhuǎn)速〃=960〃/min,軸承預(yù)期壽命£“=10(XX*?,試校核軸承是
否合用。
A/R<eA/R>e
_A_
e
Cor
XYXY
0.0290.401.40
0.0580.431.3()
0.0870.461.23
0.120.47100.441.19
0.170.501.12
0.290.551.02
0.440.561.00
0.580.561.00
己知:尾=I950N,&=3300N,乙=2100N,Cr=592KN,G?r=48.8/W,
4=1.2,ft=1,A?=960/7min,5=0.4Fr,=10000K求軸承是否合用?
解:
①軸承1、2的內(nèi)部派生軸向力S-S2
Si=0.4/;=0-4叫=0.4x1950=780N
S2=0.4/;=().4&=0.4x3300=1320N
方向如圖所示。
12A,
②求軸承、的軸向力A2
???S|+
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