一級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)【F=2000V=1.8D=400(說(shuō)明書(shū)+CAD圖紙+solidworks三維建模）課程設(shè)計(jì),一級(jí),圓柱齒輪,減速器,設(shè)計(jì),說(shuō)明書(shū),仿單,cad,圖紙,solidworks,三維,建模,課程設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)減速器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 系 別： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 目 錄 第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)..............................................4 第二部分 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案.....................................5 第三部分 電動(dòng)機(jī)的選擇............................................5 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇............................................5 3.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比........................6 第四部分 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)............................7 第五部分 V帶的設(shè)計(jì)..............................................8 5.1 V帶的設(shè)計(jì)與計(jì)算.........................................8 5.2 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..........................................11 第六部分 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì).........................................12 第七部分 傳動(dòng)軸和傳動(dòng)軸承及聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)..........................20 7.1 輸入軸的設(shè)計(jì)...........................................20 7.2 輸出軸的設(shè)計(jì)...........................................24 第八部分 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算..................................29 8.1 輸入軸鍵選擇與校核......................................29 8.2 輸出軸鍵選擇與校核......................................30 第九部分 軸承的選擇及校核計(jì)算....................................30 9.1 輸入軸的軸承計(jì)算與校核..................................30 9.2 輸出軸的軸承計(jì)算與校核...................................31 第十部分 聯(lián)軸器的選擇...........................................32 第十一部分 減速器的潤(rùn)滑和密封....................................33 11.1 減速器的潤(rùn)滑...........................................33 11.2 減速器的密封...........................................34 第十二部分 減速器附件及箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸...........................34 設(shè)計(jì)小結(jié).......................................................36 參考文獻(xiàn).......................................................37 第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、初始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)一級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器，初始數(shù)據(jù)F = 2000N，V = 1.8m/s，D = 400mm，設(shè)計(jì)年限（壽命）：10年，每天工作班制（8小時(shí)/班）：2班制，每年工作天數(shù)：300天，三相交流電源,電壓380/220V。 二. 設(shè)計(jì)步驟 1. 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案 2. 電動(dòng)機(jī)的選擇 3. 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 4. 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 5. 設(shè)計(jì)V帶和帶輪 6. 齒輪的設(shè)計(jì) 7. 滾動(dòng)軸承和傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 8. 鍵聯(lián)接設(shè)計(jì) 9. 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10. 潤(rùn)滑密封設(shè)計(jì) 11. 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 第二部分 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案 一. 傳動(dòng)方案特點(diǎn) 1.組成：傳動(dòng)裝置由電機(jī)、V帶、減速器、工作機(jī)組成。 2.特點(diǎn)：齒輪相對(duì)于軸承對(duì)稱分布。 3.確定傳動(dòng)方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，V帶具有緩沖吸振能力，將V帶設(shè)置在高速級(jí)。選擇V帶傳動(dòng)和一級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器。 二. 計(jì)算傳動(dòng)裝置總效率 ha=h1h23h3h4h5=0.96×0.983×0.97×0.99×0.96=0.833 h1為V帶的效率,h2為軸承的效率,h3為齒輪嚙合傳動(dòng)的效率,h4為聯(lián)軸器的效率,h5為工作裝置的效率。 第三部分 電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 圓周速度v: v=1.8m/s 工作機(jī)的功率pw: pw= 3.6 KW 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為: pd= 4.32 KW 工作機(jī)的轉(zhuǎn)速為: n = 86 r/min 經(jīng)查表按推薦的傳動(dòng)比合理范圍，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i1=2~4，一級(jí)圓柱斜齒輪減速器傳動(dòng)比i2=3~6，則總傳動(dòng)比合理范圍為ia=6~24，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd = ia×n = (6×24)×86 = 516~2064r/min。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，選定型號(hào)為Y132M2-6的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為5.5KW,滿載轉(zhuǎn)速nm=960r/min，同步轉(zhuǎn)速1000r/min。 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸： 中心高 外形尺寸 地腳螺栓安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 電動(dòng)機(jī)軸伸出段尺寸 鍵尺寸 H L×HD A×B K D×E F×G 132mm 515×315 216×178 12mm 38×80 10×33 3.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 （1）總傳動(dòng)比： 由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n 和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n，可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為: ia=nm/n=960/86=11.16 （2）分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比: ia=i0×i 式中i0、i分別為帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比。為使V帶傳動(dòng)外廓尺寸不致過(guò)大，初步取i0=2.5，則減速器傳動(dòng)比為: i=ia/i0=11.16/2.5=4.46 第四部分 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) （1）各軸轉(zhuǎn)速: 輸入軸：nI = nm/i0 = 960/2.5 = 384 r/min 輸出軸：nII = nI/i = 384/4.46 = 86.1 r/min 工作機(jī)軸：nIII = nII = 86.1 r/min （2)各軸輸入功率: 輸入軸：PI = Pd×h1 = 4.32×0.96 = 4.15 KW 輸出軸：PII = PI×h2×h3 = 4.15×0.98×0.97 = 3.94 KW 工作機(jī)軸：PIII = PII×h2×h4 = 3.94×0.98×0.99 = 3.82 KW 則各軸的輸出功率： 輸入軸：PI' = PI×0.98 = 4.07 KW 輸出軸：PII' = PII×0.98 = 3.86 KW 工作機(jī)軸：PIII' = PIII×0.98 = 3.74 KW (3)各軸輸入轉(zhuǎn)矩: 輸入軸：TI = Td×i0×h1 電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩: Td = = 42.98 Nm 所以： 輸入軸：TI = Td×i0×h1 = 42.98×2.5×0.96 = 103.15 Nm 輸出軸：TII = TI×i×h2×h3 = 103.15×4.46×0.98×0.97 = 437.32 Nm 工作機(jī)軸：TIII = TII×h2×h4 = 437.32×0.98×0.99 = 424.29 Nm 輸出轉(zhuǎn)矩為： 輸入軸：TI' = TI×0.98 = 101.09 Nm 輸出軸：TII' = TII×0.98 = 428.57 Nm 工作機(jī)軸：TIII' = TIII×0.98 = 415.8 Nm 第五部分 V帶的設(shè)計(jì) 5.1 V帶的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.確定計(jì)算功率Pca 由表查得工作情況系數(shù)KA = 1.1，故 Pca = KAPd = 1.1×4.32 kW = 4.75 kW 2.選擇V帶的帶型 根據(jù)Pca、nm由圖選用A型。 3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速v 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。由表，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1 = 112 mm。 2）驗(yàn)算帶速v。按課本公式驗(yàn)算帶的速度 5.63 m/s 因?yàn)? m/s < v < 30m/s，故帶速合適。 3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)課本公式，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd2 = i0dd1 = 2.5×112 = 280 mm 根據(jù)課本查表，取標(biāo)準(zhǔn)值為dd2 = 280 mm。 4.確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld 1）根據(jù)課本公式，初定中心距a0 = 500 mm。 2）由課本公式計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld0 ≈ ≈ 1630 mm 由表選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld = 1640 mm。 3）按課本公式計(jì)算實(shí)際中心距a0。 a ≈ a0 + (Ld - Ld0)/2 = 500 + (1640 - 1630)/2 mm ≈ 505 mm 按課本公式，中心距變化范圍為480 ~ 554 mm。 5.驗(yàn)算小帶輪上的包角a1 a1 ≈ 180°- (dd2 - dd1)×57.3°/a = 180°-（280 - 112)×57.3°/505 ≈ 160.9°> 120° 6.計(jì)算帶的根數(shù)z 1）計(jì)算單根V帶的額定功率Pr。 由dd1 = 112 mm和nm = 960 r/min，查表得P0 = 1.16 kW。 根據(jù)nm = 960 r/min，i0 = 2.5和A型帶，查表得DP0 = 0.11 kW。 查表得Ka = 0.95，查表得KL = 0.99，于是 Pr = (P0 + DP0)KaKL = (1.16 + 0.11)×0.95×0.99 kW = 1.19 kW 2）計(jì)算V帶的根數(shù)z z = Pca/Pr = 4.75/1.19 = 3.99 取4根。 7.計(jì)算單根V帶的初拉力F0 由表查得A型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q = 0.105 kg/m，所以 F0 = = = 175.4 N 8.計(jì)算壓軸力FP FP = 2zF0sin(a1/2) = 2×4×175.4×sin(160.9/2) = 1383.59 N 9.主要設(shè)計(jì)結(jié)論 帶型 A型 根數(shù) 4根 小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1 112mm 大帶輪基準(zhǔn)直徑dd2 280mm V帶中心距a 505mm 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld 1640mm 小帶輪包角α1 160.9° 帶速 5.63m/s 單根V帶初拉力F0 175.4N 壓軸力Fp 1383.59N 5.2 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）小帶輪的結(jié)構(gòu)圖 2）小帶輪主要尺寸計(jì)算 代號(hào)名稱 計(jì)算公式 代入數(shù)據(jù) 尺寸取值 內(nèi)孔直徑d 電動(dòng)機(jī)軸直徑D D = 38mm 38mm 分度圓直徑dd1 112mm da dd1+2ha 112+2×2.75 117.5mm d1 (1.8~2)d (1.8~2)×38 76mm B (z-1)×e+2×f (4-1)×15+2×9 63mm L (1.5~2)d (1.5~2)×38 76mm 2.大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）大帶輪的結(jié)構(gòu)圖 2）大帶輪主要尺寸計(jì)算 代號(hào)名稱 計(jì)算公式 代入數(shù)據(jù) 尺寸取值 內(nèi)孔直徑d 輸入軸最小直徑 D = 26mm 26mm 分度圓直徑dd1 280mm da dd1+2ha 280+2×2.75 285.5mm d1 (1.8~2)d (1.8~2)×26 52mm B (z-1)×e+2×f (4-1)×15+2×9 63mm L (1.5~2)d (1.5~2)×26 52mm 第六部分 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 1.選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) （1）選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度為240HBS。 （2）一般工作機(jī)器，選用8級(jí)精度。 （3）選小齒輪齒數(shù)z1 = 25，大齒輪齒數(shù)z2 = 25×4.46 = 111.5，取z2= 112。 （4）初選螺旋角b = 14°。 （5）壓力角a = 20°。 2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）由式試算小齒輪分度圓直徑，即 1）確定公式中的各參數(shù)值。 ①試選載荷系數(shù)KHt = 1.3。 ②計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1 = 103.15 N/m ③選取齒寬系數(shù)φd = 1。 ④由圖查取區(qū)域系數(shù)ZH = 2.44。 ⑤查表得材料的彈性影響系數(shù)ZE = 189.8 MPa1/2。 ⑥計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Zε 。 端面壓力角： at = arctan(tanan/cosb) = arctan(tan20°/cos14°) = 20.561° aat1 = arccos[z1cosat/(z1+2han*cosb)] = arccos[25×cos20.561°/(25+2×1×cos14°)] = 29.683° aat2 = arccos[z2cosat/(z2+2han*cosb)] = arccos[112×cos20.561°/(112+2×1×cos14°)] = 23.025° 端面重合度： ea = [z1(tanaat1-tanat)+z2(tanaat2-tanat)]/2π = [25×(tan29.683°-tan20.561°)+112×(tan23.025°-tan20.561°)]/2π = 1.664 軸向重合度： eb = φdz1tanb/π = 1×25×tan(14°)/π = 1.984 重合度系數(shù)： Ze = = = 0.653 ⑦由式可得螺旋角系數(shù) Zb = = = 0.985 ⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力[sH] 查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為sHlim1 = 600 MPa、sHlim2 = 550 MPa。 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1 = 60nkth = 60×384×1×10×300×2×8 = 1.11×109 大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N2 = 60nkth = N1/u = 1.11×109/4.46 = 2.48×108 查取接觸疲勞壽命系數(shù):KHN1 = 0.88、KHN2 = 0.91。 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,得: [sH]1 = = = 528 MPa [sH]2 = = = 500.5 MPa 取[sH]1和[sH]2中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即 [sH] = [sH]2 = 500.5 MPa 2）試算小齒輪分度圓直徑 = = 48.811 mm （2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 ①圓周速度v v = = = 0.98 m/s ②齒寬b b = = = 48.811 mm 2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH ①由表查得使用系數(shù)KA = 1。 ②根據(jù)v = 0.98 m/s、8級(jí)精度，由圖查得動(dòng)載系數(shù)KV = 1.05。 ③齒輪的圓周力 Ft1 = 2T1/d1t = 2×1000×103.15/48.811 = 4226.506 N KAFt1/b = 1×4226.506/48.811 = 86.59 N/mm < 100 N/mm 查表得齒間載荷分配系數(shù)KHa = 1.4。 ④由表用插值法查得8級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)，KHb = 1.345。 則載荷系數(shù)為： KH = KAKVKHaKHb = 1×1.05×1.4×1.345 = 1.977 3）可得按實(shí)際載荷系數(shù)算的的分度圓直徑 d1 = = 48.811× = 56.131 mm 及相應(yīng)的齒輪模數(shù) mn = d1cosb/z1 = 56.131×cos14°/25 = 2.179 mm 模數(shù)取為標(biāo)準(zhǔn)值m = 2 mm。 3.幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算中心距 a = = = 141.19 mm 中心距圓整為a = 140 mm。 （2）按圓整后的中心距修正螺旋角 b = = = 11.889° 即：b = 11°53′20″ （3）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 d1 = = = 51.095 mm d2 = = = 228.905 mm （4）計(jì)算齒輪寬度 b = sd×d1 = 1×51.095 = 51.095 mm 取b2 = 52 mm、b1 = 57 mm。 4.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 （1）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件 sF = ≤ [sF] 1）確定公式中各參數(shù)值 ①計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) ZV1 = Z1/cos3b = 25/cos311.889° = 26.679 ZV2 = Z2/cos3b = 112/cos311.889° = 119.52 ②計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)Ye 基圓螺旋角： bb = arctan(tanbcosat) = arctan(tan11.889°×cos20.561°) = 11.152° 當(dāng)量齒輪重合度： eav = ea/cos2bb = 1.664/cos211.152°= 1.729 軸面重合度： eb = φdz1tanb/π = 1×25×tan11.889°/π = 1.675 重合度系數(shù)： Ye = 0.25+0.75/eav = 0.25+0.75/1.729 = 0.684 ③計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)Yb Yb = 1-eb = 1-1.675× = 0.834 ④由當(dāng)量齒數(shù)，查圖得齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù) YFa1 = 2.58 YFa2 = 2.17 YSa1 = 1.62 YSa2 = 1.83 ⑤計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF 由表查得齒間載荷分配系數(shù)KFa = 1.4 根據(jù)KHb = 1.345，結(jié)合b/h = 11.56查圖得KFb = 1.315 則載荷系數(shù)為 KF = KAKvKFaKFb = 1×1.05×1.4×1.315 = 1.933 ⑥計(jì)算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力[sF] 查得小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為sFlim1 = 500 MPa、sFlim2 = 380 MPa。 由圖查取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1 = 0.85、KFN2 = 0.87 取安全系數(shù)S=1.4，得 [sF]1 = = = 303.57 MPa [sF]2 = = = 236.14 MPa 2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 sF1 = = = 182.097 MPa ≤ [sF]1 sF2 = = = 173.013 MPa ≤ [sF]2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。 5.主要設(shè)計(jì)結(jié)論 齒數(shù)z1 = 25、z2 = 112，模數(shù)m = 2 mm，壓力角a = 20°，螺旋角b = 11.889°= 11°53′20″，中心距a = 140 mm，齒寬b1 = 57 mm、b2 = 52 mm。 6.齒輪參數(shù)總結(jié)和計(jì)算 代號(hào)名稱 計(jì)算公式 高速級(jí)小齒輪 高速級(jí)大齒輪 模數(shù)m 2mm 2mm 齒數(shù)z 25 112 螺旋角β 左11°53′20″ 右11°53′20″ 齒寬b 57mm 52mm 分度圓直徑d 51.095mm 228.905mm 齒頂高系數(shù)ha 1.0 1.0 頂隙系數(shù)c 0.25 0.25 齒頂高h(yuǎn)a m×ha 2mm 2mm 齒根高h(yuǎn)f m×(ha+c) 2.5mm 2.5mm 全齒高h(yuǎn) ha+hf 4.5mm 4.5mm 齒頂圓直徑da d+2×ha 55.095mm 232.905mm 齒根圓直徑df d-2×hf 46.095mm 223.905mm 第七部分 傳動(dòng)軸和傳動(dòng)軸承及聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 7.1 輸入軸的設(shè)計(jì) 1.輸入軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1 P1 = 4.15 KW n1 = 384 r/min T1 = 103.15 Nm 2.求作用在齒輪上的力 已知小齒輪的分度圓直徑為: d1 = 51.095 mm 則: Ft = = = 4037.6 N Fr = Ft× = 4037.6× = 1501.7 N Fa = Fttanb = 4037.6×tan11.8890 = 849.6 N 3.初步確定軸的最小直徑: 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表，取A0 = 112，得： dmin = A0× = 112× = 24.8 mm 輸入軸的最小直徑是安裝大帶輪處的軸徑，由于安裝鍵將軸徑增大5%，故選取:d12 = 26 mm 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 5.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）為了滿足大帶輪的軸向定位要求，I-II軸段右端需制出一軸肩，故取II=III段的直徑d23 = 31 mm；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D = 36 mm。大帶輪寬度B = 63 mm，為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的端面上，故I-II段的長(zhǎng)度應(yīng)比大帶輪寬度B略短一些，現(xiàn)取l12 = 61 mm。 2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d23 = 31 mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選擇單列圓錐滾子軸承30207，其尺寸為d×D×T = 35×72×18.25 mm，故d34 = d78 = 35 mm，取擋油環(huán)的寬度為15，則l34 = l78 = 18.25+15 = 33.25 mm。 軸承采用擋油環(huán)進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得30207型軸承的定位軸肩高度h = 3.5 mm，因此，取d45 = d67 = 42 mm。 3）由于齒輪的直徑較小，為了保證齒輪輪體的強(qiáng)度，應(yīng)將齒輪和軸做成一體而成為齒輪軸。所以l56 = B = 57 mm，d56 = d1 = 51.095 mm 4）根據(jù)軸承端蓋便于裝拆，保證軸承端蓋的外端面與大帶輪右端面有一定距離，取l23 = 50 mm。 5）取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離Δ = 16 mm，考慮箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s，取s = 8 mm，則 l45 = Δ+s-15 = 16+8-15 = 9 mm l67 = Δ+s-15 = 16+8-15 = 9 mm 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 6.軸的受力分析和校核 1）作軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖a）: 根據(jù)30207軸承查手冊(cè)得a = 15.3 mm 帶輪中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離L1 = (63/2+50+15.3)mm = 96.8 mm 齒寬中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離L2 = (57/2+33.25+9-15.3)mm = 55.4 mm 齒寬中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L3 = (57/2+9+33.25-15.3)mm = 55.4 mm 2）計(jì)算軸的支反力： 水平面支反力（見(jiàn)圖b）： FNH1 = = = 2018.8 N FNH2 = = = 2018.8 N 垂直面支反力（見(jiàn)圖d）： FNV1 = = = -1645.6 N FNV2 = = = 1763.7 N 3）計(jì)算軸的彎矩，并做彎矩圖： 截面C處的水平彎矩： MH = FNH1L2 = 2018.8×55.4 Nmm = 111842 Nmm 截面A處的垂直彎矩： MV0 = FpL1 = 1383.59×96.8 Nmm = 133932 Nmm 截面C處的垂直彎矩： MV1 = FNV1L2 = -1645.6×55.4 Nmm = -91166 Nmm MV2 = FNV2L3 = 1763.7×55.4 Nmm = 97709 Nmm 分別作水平面彎矩圖（圖c）和垂直面彎矩圖（圖e）。 截面C處的合成彎矩： M1 = = 144291 Nmm M2 = = 148512 Nmm 作合成彎矩圖（圖f）。 4）作轉(zhuǎn)矩圖（圖g）。 5）按彎扭組合強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度： 通常只校核軸上承受最大彎矩和轉(zhuǎn)矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。必要時(shí)也對(duì)其他危險(xiǎn)截面（轉(zhuǎn)矩較大且軸頸較小的截面）進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)公式（14-4），取a = 0.6，則有： sca = = = MPa = 11.8 MPa≤[s-1] = 60 MPa 故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度（注：計(jì)算W時(shí)，忽略單鍵槽的影響）。軸的彎扭受力圖如下： 7.2 輸出軸的設(shè)計(jì) 1.求輸出軸上的功率P2、轉(zhuǎn)速n2和轉(zhuǎn)矩T2 P2 = 3.94 KW n2 = 86.1 r/min T2 = 437.32 Nm 2.求作用在齒輪上的力 已知大齒輪的分度圓直徑為: d2 = 228.905 mm 則: Ft = = = 3821 N Fr = Ft× = 3821× = 1421.2 N Fa = Fttanb = 3821×tan11.889° = 804 N 3.初步確定軸的最小直徑 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表，取:A0 = 112，于是得 dmin = A0× = 112× = 40.1 mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑d12，為了使所選的軸直徑d12與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca = KAT2，查表，考慮轉(zhuǎn)矩變化很小，故取KA = 1.3，則: Tca = KAT2 = 1.3×437.32 = 568.5 Nm 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4323-2002或手冊(cè)，選用LT8型聯(lián)軸器。半聯(lián)軸器的孔徑為45 mm故取d12 = 45 mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為84 mm。 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 5.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，I-II軸段右端需制出一軸肩，故取II-III段的直徑d23 = 50 mm；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D = 55 mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L = 84 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故I-II段的長(zhǎng)度應(yīng)比L略短一些，現(xiàn)取l12 = 82 mm。 2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d23 = 50 mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取單列圓錐滾子軸承30211，其尺寸為d×D×T = 55mm×100mm×22.75mm，故d34 = d67 = 55 mm，取擋油環(huán)的寬度為15，則l67 = 22.75+15 = 37.75 mm 右端滾動(dòng)軸承采用擋油環(huán)進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得30211型軸承的定位軸肩高度h = 4.5 mm，因此，取d56 = 64 mm。 3）取安裝齒輪處的軸段IV-V段的直徑d45 = 60 mm；齒輪的左端與左軸承之間采用擋油環(huán)定位。已知大齒輪輪轂的寬度為B = 52 mm，為了使擋油環(huán)端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取l45 = 50 mm。 4）根據(jù)軸承端蓋便于裝拆，保證軸承端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面有一定距離，取l23 = 50 mm。 5）取小齒輪端面距箱體內(nèi)壁之距離Δ = 16 mm，考慮箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s，取s = 8 mm，已知滾動(dòng)軸承的寬度T = 22.75 mm，則 l34 = T+s+Δ+2.5+2 = 22.75+8+16+2.5+2 = 51.25 mm l56 = s+Δ+2.5-15 = 8+16+2.5-15 = 11.5 mm 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 6.軸的受力分析和校核 1）作軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖a）: 根據(jù)30211軸承查手冊(cè)得a = 21 mm 齒寬中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離L2 = (52/2-2+51.25-21)mm = 54.2 mm 齒寬中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L3 = (52/2+11.5+37.75-21)mm = 54.2 mm 2）計(jì)算軸的支反力： 水平面支反力（見(jiàn)圖b）： FNH1 = = = 1910.5 N FNH2 = = = 1910.5 N 垂直面支反力（見(jiàn)圖d）： FNV1 = = = 1559.5 N FNV2 = = = 138.3 N 3）計(jì)算軸的彎矩，并做彎矩圖： 截面C處的水平彎矩： MH = FNH1L2 = 1910.5×54.2 Nmm = 103549 Nmm 截面C處的垂直彎矩： MV1 = FNV1L2 = 1559.5×54.2 Nmm = 84525 Nmm MV2 = FNV2L3 = 138.3×54.2 Nmm = 7496 Nmm 分別作水平面彎矩圖（圖c）和垂直面彎矩圖（圖e）。 截面C處的合成彎矩： M1 = = 133667 Nmm M2 = = 103820 Nmm 作合成彎矩圖（圖f）。 4）作轉(zhuǎn)矩圖（圖g）。 5）按彎扭組合強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度： 通常只校核軸上承受最大彎矩和轉(zhuǎn)矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。必要時(shí)也對(duì)其他危險(xiǎn)截面（轉(zhuǎn)矩較大且軸頸較小的截面）進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)公式（14-4），取a = 0.6，則有： sca = = = MPa = 13.6 MPa≤[s-1] = 60 MPa 故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度（注：計(jì)算W時(shí)，忽略單鍵槽的影響）。軸的彎扭受力圖如下： 第八部分 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 8.1 輸入軸鍵選擇與校核 校核大帶輪處的鍵連接： 該處選用普通平鍵尺寸為：b×h×l = 8mm×7mm×50mm，接觸長(zhǎng)度:l' = 50-8 = 42 mm，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為: T = 0.25hl'd[sF] = 0.25×7×42×26×120/1000 = 229.3 Nm T≥T1，故鍵滿足強(qiáng)度要求。 8.2 輸出軸鍵選擇與校核 1）輸出軸與大齒輪處鍵 該處選用普通平鍵尺寸為：b×h×l = 18mm×11mm×45mm，接觸長(zhǎng)度:l' = 45-18 = 27 mm，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為: T = 0.25hl'd[sF] = 0.25×11×27×50×120/1000 = 534.6 Nm T≥T2，故鍵滿足強(qiáng)度要求。 2）輸出軸與聯(lián)軸器處鍵 該處選用普通平鍵尺寸為：b×h×l = 14mm×9mm×70mm，接觸長(zhǎng)度:l' = 70-14 = 56 mm，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為: T = 0.25hl'd[sF] = 0.25×9×56×45×120/1000 = 680.4 Nm T≥T2，故鍵滿足強(qiáng)度要求。 第九部分 軸承的選擇及校核計(jì)算 根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命： Lh = 10×2×8×300 = 48000 h 9.1 輸入軸的軸承計(jì)算與校核 1）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P: 因該軸承即受軸向力也受徑向力，有課本表12-5查得徑向動(dòng)載荷系數(shù)X和軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y分別為：X = 1，Y = 0所以: P = XFr+YFa = 1×1501.7+0×849.6 = 1501.7 N 2）求軸承應(yīng)有的基本額定載荷值C為: C = P = 1501.7× = 12294 N 3）選擇軸承型號(hào): 查課本表11-5，選擇:30207軸承，Cr = 54.2 KN，由課本式11-3有： Lh = = = 6.66×106≥Lh 所以軸承預(yù)期壽命足夠。 9.2 輸出軸的軸承計(jì)算與校核 1) 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P: 因該軸承即受軸向力也受徑向力，有課本表12-5查得徑向動(dòng)載荷系數(shù)X和軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y分別為：X = 1，Y = 0所以: P = XFr+YFa = 1×1421.2+0×804 = 1421.2 N 2）求軸承應(yīng)有的基本額定載荷值C為: C = P = 1421.2× = 7430 N 3）選擇軸承型號(hào): 查課本表11-5，選擇:30211軸承，Cr = 90.8 KN，由課本式11-3有： Lh = = = 1.99×108≥Lh 所以軸承預(yù)期壽命足夠。 第十部分 聯(lián)軸器的選擇 1.載荷計(jì)算 公稱轉(zhuǎn)矩： T = T2 = 437.32 Nm 由表查得KA = 1.3，故得計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： Tca = KAT2 = 1.3×437.32 = 568.5 Nm 2.型號(hào)選擇 選用LT8型聯(lián)軸器，聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩為T = 710 Nm，許用最大轉(zhuǎn)速為n = 3000 r/min，軸孔直徑為45 mm，軸孔長(zhǎng)度為84 mm。 Tca = 568.5 Nm ≤ T = 710 Nm n2 = 86.1 r/min ≤ n = 3000 r/min 聯(lián)軸器滿足要求，故合用。 第十一部分 減速器的潤(rùn)滑和密封 11.1 減速器的潤(rùn)滑 1）齒輪的潤(rùn)滑 通用的閉式齒輪傳動(dòng)，其潤(rùn)滑方法根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定。由于大齒輪的圓周速度v ≤ 12 m/s，將大齒輪的輪齒浸入油池中進(jìn)行浸油潤(rùn)滑。這樣，齒輪在傳動(dòng)時(shí)，就把潤(rùn)滑油帶到嚙合的齒面上，同時(shí)也將油甩到箱壁上，借以散熱。 齒輪浸入油中的深度通常不宜超過(guò)一個(gè)齒高，但一般亦不應(yīng)小于10mm。為了避免齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將沉積在油池底部的污物攪起，造成齒面磨損，大齒輪齒頂距油池底面距離不小于30mm，取齒頂距箱體內(nèi)底面距離為30mm。由于大齒輪全齒高h(yuǎn) = 4.5 mm ≤ 10 mm，取浸油深度為10mm，則油的深度H為 H = 30+10 = 40 mm 根據(jù)齒輪圓周速度查表選用中負(fù)荷工業(yè)齒輪油（GB 5903-2011），牌號(hào)為220潤(rùn)滑油，粘度薦用值為177 cSt。 2）軸承的潤(rùn)滑 軸承常用的潤(rùn)滑方式有油潤(rùn)滑及脂潤(rùn)滑兩類。此外，也有使用固體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑的。選用哪一類潤(rùn)滑方式，可以根據(jù)低速大齒輪的圓周速度判斷。 由于大齒輪圓周速度v = 0.98 m/s ≤ 2 m/s，所以采用脂潤(rùn)滑。潤(rùn)滑脂形成的潤(rùn)滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。滾動(dòng)軸承的裝脂量一般以軸承內(nèi)部空間容積的1/3~2/3為宜。為避免稀油稀釋油脂，需用擋油環(huán)將軸承與箱體內(nèi)部隔開(kāi)。在本設(shè)計(jì)中選用通用鋰基潤(rùn)滑脂，它適用于溫度寬溫度范圍內(nèi)各種機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑，選用牌號(hào)為ZL-1的潤(rùn)滑脂。 11.2 減速器的密封 為防止箱體內(nèi)潤(rùn)滑劑外泄和外部雜質(zhì)進(jìn)入箱體內(nèi)部影響箱體工作，在構(gòu)成箱體的各零件間，如箱蓋與箱座間、外伸軸的輸出、輸入軸與軸承蓋間，需設(shè)置不同形式的密封裝置。對(duì)于無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合面，常用密封膠、耐油橡膠墊圈等；對(duì)于旋轉(zhuǎn)零件如外伸軸的密封，則需根據(jù)其不同的運(yùn)動(dòng)速度和密封要求考慮不同的密封件和結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中由于密封界面的相對(duì)速度較小，故采用接觸式密封。輸入軸與軸承蓋間v ＜ 3 m/s，輸出軸與軸承蓋間v ＜ 3 m/s，故均采用半粗羊毛氈密封圈。 第十二部分 減速器附件及箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸 12.1 減速器附件的設(shè)計(jì)與選取 1.檢查孔和視孔蓋 檢查孔用于檢查傳動(dòng)件的嚙合情況、潤(rùn)滑狀態(tài)、接觸斑點(diǎn)及齒側(cè)間隙，還可用來(lái)注入潤(rùn)滑油，故檢查孔應(yīng)開(kāi)在便于觀察傳動(dòng)件嚙合區(qū)的位置，其尺寸大小應(yīng)便于檢查操作。 視孔蓋可用鑄鐵、鋼板制成，它和箱體之間應(yīng)加密封墊，還可在孔口處加過(guò)濾裝置，以過(guò)濾注入油中的雜質(zhì)。視孔蓋示意圖及相關(guān)尺寸計(jì)算如下： 查輔導(dǎo)書(shū)手冊(cè)得具體尺寸如下： L1 = 120 ； L2 = 105 ； b1 = 90 ； b2 = 75 ； d = 7 ； R = 5 ； h = 4 2.放油螺塞 放油孔應(yīng)設(shè)在箱座底面最低處或設(shè)在箱底。箱外應(yīng)有足夠的空間，以便于放容器，油孔下也可制出唇邊，以利于引油流到容器內(nèi)。放油螺塞常為六角頭細(xì)牙螺紋，在六角頭與放油孔的接觸面處，應(yīng)加封油圈密封。放油螺塞及對(duì)應(yīng)油封圈尺寸如下圖所示： 3.油標(biāo)（油尺） 油標(biāo)用來(lái)指示油面高度，應(yīng)設(shè)置在便于檢查及油面較穩(wěn)定之處。本設(shè)計(jì)采用桿式油標(biāo)，桿式油標(biāo)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其上有刻線表示最高及最低油面。油標(biāo)安置的位置不能太低，以防油溢出。其傾斜角度應(yīng)便于油標(biāo)座孔的加工及油標(biāo)的裝拆。查輔導(dǎo)書(shū)手冊(cè)，具體結(jié)構(gòu)和尺寸如下： 4.通氣器 通氣器用于通氣，使箱體內(nèi)外氣壓一致，以避免由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)箱體內(nèi)溫度升高，內(nèi)壓增大，而引起減速器潤(rùn)滑油的滲漏。簡(jiǎn)易的通氣器鉆有丁字形孔，常設(shè)置在箱頂或檢查孔蓋上，用于較清潔的環(huán)境。較完善的通氣器具有過(guò)濾網(wǎng)及通氣曲路，可減少灰塵進(jìn)入。查輔導(dǎo)書(shū)手冊(cè)，本設(shè)計(jì)采用通氣器型號(hào)及尺寸如下： 5.起吊裝置 起吊裝置用于拆卸及搬運(yùn)減速器。它常由箱蓋上的吊孔和箱座凸緣下面的吊耳構(gòu)成。也可采用吊環(huán)螺釘擰入箱蓋以吊小型減速器或吊起箱蓋。本設(shè)計(jì)中所采用吊孔（或吊環(huán)）和吊耳的示例和尺寸如下圖所示： 吊孔尺寸計(jì)算： b ≈ (1.8-2.5)δ1 = (1.8-2.5)×8 = 16 mm d = b =16 mm R ≈ (1-1.2)d = (1-1.2)×16 = 16 mm 吊耳尺寸計(jì)算： K = C1+C2 = 16+14 = 30 mm H = 0.8×K = 0.8×30 = 24 mm h = 0.5×H = 0.5×24 = 12 mm r = 0.25×K = 0.25×30 = 8 mm b = (1.8-2.5)δ = (1.8-2.5)×8 = 16 mm 6.起蓋螺釘 為便于起箱蓋，可在箱蓋凸緣上裝設(shè)2個(gè)起蓋螺釘。拆卸箱蓋時(shí)，可先擰動(dòng)此螺釘頂起箱蓋。 起蓋螺釘釘頭部位應(yīng)為圓柱形，以免損壞螺紋。本設(shè)計(jì)起蓋螺釘尺寸如下： 7.定位銷 為保證箱體軸承孔的加工精度與裝配精度，應(yīng)在箱體連接凸緣上相距較遠(yuǎn)處安置兩個(gè)圓錐銷，并盡量放在不對(duì)稱位置，以使箱座與箱蓋能正確定位。 為便于裝拆，定位銷長(zhǎng)度應(yīng)大于連接凸緣總厚度。本設(shè)計(jì)定位銷尺寸如下： 12.2 減速器箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 符號(hào) 公式與計(jì)算 結(jié)果取值 箱座壁厚 δ 0.025a+3=0.025×140+3=4.5 取8mm 箱蓋壁厚 δ1 0.02a+3=0.02×140+3=3.8 取8mm 箱蓋凸緣厚度 b1 1.5δ1=1.5×8=12 取12mm 箱座凸緣厚度 b 1.5δ=1.5×8=12 取12mm 箱座底凸緣厚度 b2 2.5δ=2.5×8=20 取20mm 地腳螺釘直徑 df 0.036a+12=0.036×140+12=17 取M18 地腳螺釘數(shù)目 n a≤250時(shí)，取n=4 取4 軸承旁連接螺栓直徑 d1 0.75df=0.75×18=13.5 取M14 蓋與座連接螺栓直徑 d2 (0.5-0.6)df=(0.5-0.6)×18=9-10.8 取M10 連接螺栓d2的間距 l 150-200 取150 軸承端蓋螺釘直徑 d3 (0.4-0.5)df=(0.4-0.5)×18=7.2-9 取M8 視孔蓋螺釘直徑 d4 (0.3-0.4)df=(0.3-0.4)×18=5.4-7.2 取M6 定位銷直徑 d (0.7-0.8)d2=(0.7-0.8)×10=7-8 取8mm df、d1、d2至外箱壁距離 C1 根據(jù)螺栓直徑查表 取24、20、16 df、d1、d2至凸緣邊緣距離 C2 根據(jù)螺栓直徑查表 取22、18、14 軸承旁凸臺(tái)半徑 R1 =18 取18 凸臺(tái)高度 h 根據(jù)低速級(jí)軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準(zhǔn) 外箱壁至軸承座端面距離 L1 C1+C2+(5-10)=20+18+(5-10) 取43 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 Δ1 ＞1.2δ=1.2×8=9.6 取12 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 Δ ＞δ=8 取16 箱蓋、箱座肋厚 m1、m ≈0.85δ=0.85×8=6.8 取7 設(shè)計(jì)小結(jié) 這次關(guān)于減速器的課程設(shè)計(jì)是我們真正理論聯(lián)系實(shí)際、深入了解設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)踐考驗(yàn)，對(duì)于提高我們機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合素質(zhì)大有用處。通過(guò)兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更多的了解和認(rèn)識(shí).為我們以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ),是一門綜合性相當(dāng)強(qiáng)的技術(shù)課程，它融《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《互換性與技術(shù)測(cè)量》、《工程材料》、《機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）課程設(shè)計(jì)》等于一體。 這次的課程設(shè)計(jì),對(duì)于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想、訓(xùn)練綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和有關(guān)先修課程的理論,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際反應(yīng)和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)等方面有重要的作用。 本次設(shè)計(jì)得到了指導(dǎo)老師的細(xì)心幫助和支持。衷心的感謝老師的指導(dǎo)和幫助。設(shè)計(jì)中還存在不少錯(cuò)誤和缺點(diǎn)，需要繼續(xù)努力學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維從而提高設(shè)計(jì)實(shí)踐操作能力。 參考文獻(xiàn) [1] 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