CN111503231A - 一种汽车发动机的皮带张紧轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，公开了一种汽车发动机的皮带张紧轮机构；为了使摩擦阻尼具有非对称的性质等等，提出如下技术方案。压板(6)和摇臂(3)腔体在圆周方向上相对转动，在轴向上相对运动；阻尼件(5)与摇臂(3)腔体在圆周方向上同步；阻尼件(5)和压板(6)的相抵接触面包括两个以上的斜坡形摩擦相对面；在每一个斜坡形摩擦相对面中，阻尼件(5)的相抵摩擦面为斜坡形的阻尼面(5a)，压板(6)的相抵摩擦面为斜坡形的压力面(6a)；斜坡形的阻尼面(5a)和斜坡形的压力面(6a)，两者数量一致和形状吻合，并且摩擦相抵；各斜坡形摩擦相对面具有旋转对称的性质。有益效果是：摩擦阻尼具有非对称的性质等等。

Description

一种汽车发动机的皮带张紧轮机构

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种汽车发动机的皮带张紧轮机构；本发明的张紧轮机构能提供非对称摩擦阻尼。

背景技术

现有技术的皮带张紧轮，多数是对称摩擦阻尼，少数是非对称摩擦阻尼；一般而言，非对称摩擦阻尼比对称摩擦阻尼更具优越性。所谓非对称阻尼是指在加载和卸载状态下的阻尼力是不相等的，加载方向上的阻尼力要比卸载方向上明显增大。

图1是现有技术皮带张紧轮的爆炸图。现对图1现有技术的张紧轮进行分析。在图1中，轴瓦12和摇臂3相摩擦接触面为圆柱面或带小拔模斜度的圆锥面；圆柱扭转弹簧2、轴瓦12、压力轴瓦13三者具有共同的中心轴线。

在图1中，圆柱扭转弹簧2内径收缩产生压力使轴瓦12抱紧与摇臂3的贴合面；工作时，摇臂3来回转动，轴瓦12和摇臂3的贴合面发生相对的摩擦运动，就产生了摩擦阻尼。由于圆柱扭转弹簧2的收缩压力不变，所以，不论是摇臂3加载方向转动，还是卸载方向转动，摩擦阻尼都是不变的，即摩擦阻尼呈现为对称的性质。

在现有技术中，除了摩擦阻尼为对称的之外，还存在的不足是：皮带张紧轮的类型不够丰富，供选择的样式比较有限，人们希望有更多新结构的皮带张紧轮出现。

发明内容

现有技术的皮带张紧轮，其存在的问题是：或者是对称的摩擦阻尼；或者虽然是不对称的摩擦阻尼、但结构复杂；还有，张紧轮的结构类型也不够丰富。为了解决前述问题，本发明提出了如下技术方案。

1.一种汽车发动机的皮带张紧轮机构，包括：设有腔体的摇臂，圆柱扭转弹簧，座体，芯轴，衬套，压板，以及设置在摇臂腔体内的阻尼件；

圆柱扭转弹簧，阻尼件，压板，芯轴，以及衬套，该五者具有共同的中心轴线；

圆柱扭转弹簧的下部与座体固定连接；圆柱扭转弹簧的上部和摇臂固定连接；摇臂和阻尼件相抵；阻尼件和压板相抵；

压板和摇臂腔体，该两者在圆周方向上相对转动，该两者在轴向上相对运动；

阻尼件与摇臂腔体在圆周方向上同步；

芯轴的下端与座体固定连接，芯轴的上端与压板固定连接；

所述的阻尼件和所述的压板，该两者的相抵接触面包括两个以上的斜坡形摩擦相对面；

在每一个斜坡形摩擦相对面中，阻尼件的相抵摩擦面为斜坡形的阻尼面，压板的相抵摩擦面为斜坡形的压力面；斜坡形的阻尼面和斜坡形的压力面，两者数量一致和形状吻合，并且摩擦相抵；

各斜坡形摩擦相对面具有旋转对称的性质。

2.所述的阻尼件与摇臂腔体在圆周方向上同步，其技术措施是指以下两者中的任意一者：

a.阻尼件上设置凸起结构，摇臂腔体上设置凹陷结构；凸起结构嵌入凹陷结构，从而实现阻尼件与摇臂腔体在圆周方向上同步；

b.阻尼件上设置凹陷结构，摇臂腔体上设置凸起结构；凸起结构嵌入凹陷结构，从而实现阻尼件与摇臂腔体在圆周方向上同步。

3.所述的圆柱扭转弹簧，其两端的结构为以下两者中的任意一者：

a.圆柱扭转弹簧的两端带钩头；

b.圆柱扭转弹簧的两端为直式，即不带钩头。

本发明的有益效果是：

1.具有非对称性质的摩擦阻尼，因而性能优越。2.对现有技术张紧轮加以简单改造就能实现本发明的目的，所以制造方便，成本低廉。

附图说明

图1是现有技术皮带张紧轮的爆炸图。

图2是发明技术皮带张紧轮机构的爆炸图。

图3是发明皮带张紧轮机构的立体示意图。

图4为发明皮带张紧轮机构的主视图。

图5为发明皮带张紧轮机构的剖视图。

图6是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之一，本图所对应的斜坡形摩擦相对面数量为三个。

图7是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之二，本图所对应的斜坡形摩擦相对面数量为三个；图6和图7有两个不同：一个不同点是观察角度不一样，另一个不同点是斜坡形走向不一样。

图8是发明压板6、阻尼件5的剖视图；图8中的压板6和阻尼件5之间已经相对转动了若干角度。

图9是发明带两端钩头的圆柱扭转弹簧立体图。

图10是发明两端为直式的圆柱扭转弹簧立体图

图11是发明张紧轮机构在加载方向旋转摩擦时，阻尼件5和压板6的受力分析图。

图12是发明张紧轮机构在卸载方向旋转摩擦时，阻尼件5和压板6的受力分析图。

图13是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之三，本图所对应的斜坡形摩擦相对面数量为两个。

图14是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之四，本图所对应的斜坡形摩擦相对面数量为两个；图13和图14有两个不同：一个不同点是观察角度不一样，另一个不同点是斜坡形走向不一样。

图15是设置了凸起结构的阻尼件5示意图。

图16是在腔体上设置了凹陷结构的摇臂3示意图。

图17是阻尼件5上凸起结构嵌入摇臂3腔体上凹陷结构的示意图。

图18是设置了凹陷结构的阻尼件5示意图。

图19是在腔体上设置了凸起结构的摇臂3示意图。

图20是阻尼件5凹陷结构嵌入摇臂3腔体凸起结构的示意图；

图21是发明带两端钩头的圆柱扭转弹簧示意图；

图22是设置有凹陷结构的座体1示意图；

图23是圆柱扭转弹簧端部钩头卡入座体1凹陷结构的示意图，由图可以知道：两端钩头圆柱扭转弹簧的某一安装方法。

图中标号说明

座体(1)；圆柱扭转弹簧(2)；摇臂(3)；衬套(4)；阻尼件(5)；阻尼面(5a)；压板(6)；压力面(6a)；芯轴(7)；皮带轮(8)；防尘盖(9)；轴承(10)；螺栓(11)；轴瓦(12)；压力轴瓦(13)；面板(16)。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

现有技术的皮带张紧轮，其存在的问题是：或者是对称的摩擦阻尼；或者虽然是不对称的摩擦阻尼、但结构复杂；还有，张紧轮结构类型也不够丰富。为了解决前述问题，本发明提出了解决问题的技术方案。

首先，对本发明总体技术方案描述如下。

1.一种汽车发动机的皮带张紧轮机构，其特征是：

包括：设有腔体的摇臂3，圆柱扭转弹簧2，座体1，芯轴7，衬套4，压板6，以及设置在摇臂3腔体内的阻尼件5；

圆柱扭转弹簧2，阻尼件5，压板6，芯轴7，以及衬套4，该五者具有共同的中心轴线；

圆柱扭转弹簧2的下部与座体1固定连接；圆柱扭转弹簧2的上部和摇臂 3固定连接；摇臂3和阻尼件5相抵；阻尼件5和压板6相抵；

压板6和摇臂3腔体，该两者在圆周方向上相对转动，该两者在轴向上相对运动；

阻尼件5与摇臂3腔体在圆周方向上同步；

芯轴7的下端与座体1固定连接，芯轴7的上端与压板6固定连接；

所述的阻尼件5和所述的压板6，该两者的相抵接触面包括两个以上的斜坡形摩擦相对面；

在每一个斜坡形摩擦相对面中，阻尼件5的相抵摩擦面为斜坡形的阻尼面 5a，压板6的相抵摩擦面为斜坡形的压力面6a；斜坡形的阻尼面5a和斜坡形的压力面6a，两者数量一致和形状吻合，并且摩擦相抵；

各斜坡形摩擦相对面具有旋转对称的性质。

以上，对发明总体技术方案作了描述。下面，对发明总体技术方案作说明和解释。

一、图1是现有技术皮带张紧轮的爆炸图；图2是发明技术皮带张紧轮机构的爆炸图。

二、圆柱扭转弹簧2，阻尼件5，压板6，芯轴7，以及衬套4，该五者具有共同的中心轴线；换句话说，该五者的中心轴线是重合的。

三、关于圆柱扭转弹簧2的说明和解释。

1.现有技术的张紧轮，参见图1。轴瓦12和摇臂3相互摩擦的接触面为圆柱面、或带小拔模斜度的圆锥面。装配完成的张紧轮，圆柱扭转弹簧2内径收缩产生压力，使轴瓦12抱紧与摇臂3的贴合面；工作时，轴瓦12和摇臂3 的贴合面发生相对的摩擦运动，就产生了摩擦阻尼。由于圆柱扭转弹簧2的收缩压力不变，所以，不论是加载方向还是卸载方向，摩擦阻尼都是不变的，即摩擦阻尼呈现为对称的性质。

2.发明技术的张紧轮，参见图2、图5等等图纸。装配完工后，发明技术的圆柱扭转弹簧，同时提供向张紧机构提供扭矩力和轴向压力。

a.现有技术的圆柱扭转弹簧2和发明技术的柱扭转弹簧2均提供扭矩力，这一点两者是类似的。

b.发明技术的圆柱扭转弹簧2还提供轴向压力，致使阻尼件5和压板6 之间产生相抵的压力，这一点和现有技术不一样；此轴向压力还和其他发明措施配合起来、进而产生不对称的摩擦阻尼。

四、“圆柱扭转弹簧2的下部与座体1固定连接；圆柱扭转弹簧2的上部和摇臂3固定连接；摇臂3和阻尼件5相抵；阻尼件5和压板6相抵”。

上述设置，圆柱扭转弹簧2既提供了扭矩力，又向摇臂3提供轴向压力，并通过力的传递，使阻尼件5和压板6之间相抵。

五、“芯轴7的下端与座体1固定连接，芯轴7的上端与压板6固定连接”。如此设置，使得圆柱扭转弹簧2所提供轴向压力始终存在。

六、“阻尼件5与摇臂3腔体在圆周方向上同步”，也就是讲：当摇臂3 转动时，阻尼件5也随之一起转动。两者转动，不仅在时间上一致，而且转动的角度也相同。

七、“压板6和摇臂3腔体，该两者在圆周方向上相对转动，该两者在轴向上相对运动”。这样的设置就是：1.当摇臂3相对于座体1转动时，压板6 相对于座体1不转动，而摇臂3腔体内的阻尼件5和压板6之间产生相对转动。 2.压板6和摇臂3腔体之间是发生相对距离变化的，其原因是阻尼件5和压板 6的相抵接触面是斜坡形的。

八、“所述的阻尼件5和所述的压板6，该两者的相抵接触面包括两个以上的斜坡形摩擦相对面”；“各斜坡形摩擦相对面具有旋转对称的性质”。

“两个以上”的意思是：两个、三个、或者更多。

“旋转对称”说明如下。当斜坡形摩擦相对面为两个时，围绕中心轴线旋转180°角度，其形状结构出现重复；当斜坡形摩擦相对面为三个时，围绕中心轴线旋转120°角度，其形状结构出现重复；等等。

旋转对称所需的旋转角度，公式如下。

旋转角度＝360°÷斜坡形摩擦相对面的数量。

旋转对称的好处，不仅是设计计算简单，制造方便，而且张紧器整体受力平衡、均匀，使产品寿命更长。

九、“在每一个斜坡形摩擦相对面中，阻尼件5的相抵摩擦面为斜坡形的阻尼面5a，压板6的相抵摩擦面为斜坡形的压力面6a；斜坡形的阻尼面5a 和斜坡形的压力面6a，两者数量一致和形状吻合，并且摩擦相抵”。以上描述，参见图6、图7、图13、图14进行理解。

十、本发明技术的张紧轮机构，在朝着加载方向转动时(或具有转动趋势时)，摩擦压力变大、摩擦阻尼也变大；在朝着卸载方向转动时(或具有转动趋势时)，摩擦压力变小、摩擦阻尼也变小。也就是，转动方向不同，摩擦阻尼也不同，其根本原因在于：加载方向运动时，阻尼件5和压板6为相对上坡运动；卸载方向运动时，阻尼件5和压板6为相对下坡运动。在后面的实施例中，还有进一步的详细说明。

上面，对本发明皮带张紧轮的总体技术方案作了描述、说明和解释。下面，将对本发明皮带张紧轮各进一步的技术方案作描述、说明和解释。

进一步的技术方案1。

技术方案描述。所述的阻尼件5与摇臂3腔体在圆周方向上同步，其技术措施是指以下两者中的任意一者：a.阻尼件5上设置凸起结构，摇臂3腔体上设置凹陷结构；凸起结构嵌入凹陷结构，从而实现阻尼件5与摇臂3腔体在圆周方向上同步；b.阻尼件5上设置凹陷结构，摇臂3腔体上设置凸起结构；凸起结构嵌入凹陷结构，从而实现阻尼件5与摇臂3腔体在圆周方向上同步。

技术方案说明和解释如下。

技术措施a。见图15、图16和图17。图15是设置了凸起结构的阻尼件5 示意图；图16是在腔体上设置了凹陷结构的摇臂3示意图；图17是阻尼件5 上的凸起结构嵌入摇臂3腔体上的凹陷结构内，从而实现阻尼件5与摇臂3 腔体在圆周方向上同步。

技术措施b。见图18、图19和图20。图18是设置了凹陷结构的阻尼件5 示意图；图19是在腔体上设置了凸起结构的摇臂3示意图；图20是阻尼件5 上的凹陷结构嵌入摇臂3腔体上的凸起结构内，从而实现阻尼件5与摇臂3 腔体在圆周方向上同步。

进一步的技术方案2。

技术方案描述。所述的圆柱扭转弹簧2，其两端的结构为以下两者中的任意一者：a.圆柱扭转弹簧2的两端带钩头；b.圆柱扭转弹簧2的两端为直式，即不带钩头。

技术方案说明和解释如下。

a结构：圆柱扭转弹簧2的两端带钩头。参见图9、图21、图22和图23。图9是发明带两端钩头的圆柱扭转弹簧立体图；图21是发明带两端钩头的圆柱扭转弹簧示意图；图22是设置有凹陷结构的座体1示意图；图23是圆柱扭转弹簧端部钩头卡入座体1凹陷结构的示意图，由图可以知道：两端钩头圆柱扭转弹簧的某一安装方法。注：本图仅绘制了圆柱扭转弹簧一端的安装情况，另一端安装在摇臂上，安装措施类似。安装完毕后的成品，圆柱扭转弹簧既预置了扭矩力、又预置了轴向压力。

b结构：圆柱扭转弹簧2的两端为直式，即不带钩头，参见图10。图10 是发明不带两端为直式的圆柱扭转弹簧立体图；直式就是不带钩头。不带钩头圆柱扭转弹簧2的安装方法，可以在底座上设置凸起结构、以及在摇臂上设置凸起结构，圆柱扭转弹簧的两端各与凸起结构弹性相抵。安装完毕后的成品，圆柱扭转弹簧既预置了扭矩力、又预置了轴向压力。

实施例一

首先参见图2、图3、图4、图5、图8。图2是发明技术皮带张紧轮机构的爆炸图；图3是发明皮带张紧轮机构的立体示意图；图4为发明皮带张紧轮机构的主视图；图5为发明皮带张紧轮机构的剖视图；图8是发明压板6、阻尼件5的剖视图；图8中的压板6和阻尼件5之间已经相对转动了若干角度。

图6是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之一。为了看清楚结构，图6 将阻尼件5和压板6作了分离处理。在装配完成的发明技术皮带张紧轮机构中，阻尼件5和压板6是相抵在一起的，如图5所示。所以，图6中的阻尼件5 和压板6相抵在一起时，斜坡形摩擦相对面的数量是三个；如果围绕中心轴线旋转120°角度，斜坡形摩擦相对面就出现重合；同样道理，阻尼件5如果围绕中心轴线旋转120°角度，阻尼面5a也出现重合。还有，压板6如果围绕中心轴线旋转120°角度，压力面6a也出现重合。

图6中标号为A的是假设点，A点位于阻尼面5a上。如果A点围绕中心轴线作小幅度的转动，并且半径不变(与中心轴线的垂直距离不变)，则顺时针转动、A点越来越低；如果逆时针转动、A点越来越高。说明阻尼面5a是斜坡形的；还有，压力面6a也是斜坡形的。

再作进一步的说明。压板6相对不动，阻尼件5随着摇臂3腔体顺时针转动也同步的顺时针转动，压板6上的压力面6a和阻尼件5上的阻尼面5a出现相对的上坡摩擦转动，此为加载方向的转动，摩擦阻尼大。反之，压板6相对不动，阻尼件5随着摇臂3腔体逆时针转动也同步的逆时针转动，压板6上的压力面6a和阻尼件5上的阻尼面5a出现相对的下坡摩擦转动，此为卸载方向的转动，摩擦阻尼小。

实施例二

图7是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之二，本图所对应的斜坡形摩擦相对面数量为三个；图6和图7有两个不同：一个不同点是观察角度不一样，另一个不同点是斜坡形走向不一样。

在图7中，压板相对6不动，阻尼件5顺时针转动，是下坡摩擦转动，此为卸载方向的转动，摩擦阻尼小。反之，压板6相对不动，阻尼件5逆时针转动，是上坡摩擦转动，此为加载方向的转动，摩擦阻尼大。

实施例三

结合图11和图12进行说明。图11是发明张紧轮机构在加载方向旋转摩擦时，阻尼件5和压板6的受力分析图。图12是发明张紧轮机构在卸载方向旋转摩擦时，阻尼件5和压板6的受力分析图。

图11和图12中的标号说明如下。

Q：圆柱扭转弹簧轴向弹力

α：升角(斜坡形面的坡度)

μ：摩擦系数(阻尼件5和面板6之间的摩擦系数)

N1：加载方向斜面正压力

N2：卸载方向斜面正压力

f1：加载方向摩擦力

f2：卸载方向摩擦力

F1：加载方向摩擦运动所需推力、即张紧臂阻力

F2：卸载方向摩擦运动所需推力、即张紧臂阻力

摇臂3沿加载方向运动时，有以下各式：

f1＝N1×μ (1)

水平轴：F1＝f1×cos(α)+N1×sin(α) (2)

竖直轴：Q＝N1×cos(α)-f1×sin(α) (3)

将式(1)、(3)代入式(2)，消去f1、N1得出：

F1＝Q×[μ×cos(α)+sin(α)]÷[cos(α)-μ×sin(α)] (4)

摇臂3沿卸载方向运动时，有以下各式：

f2＝N2×μ (5)

水平轴：F2＝f1×cos(α)-N2×sin(α) (6)

竖直轴：Q＝N2×cos(α)+f2×sin(α) (7)

将式(5)、(7)代入式(6)，消去f2、N2得出：

F2＝Q×[μ×cos(α)-sin(α)]÷[cos(α)+μ×sin(α)] (8)

非对称系数K＝F1/F2

由式(4)和(8)得出：

K＝F1/F2

＝{[μ+tan(α)]×[1+μ×tan(α)]}

÷{[μ-tan(α)]×[1-μ×tan(α)]} (9)

当α＝3°，μ＝0.2，代入式(9)，计算K＝1.75

当α＝4°，μ＝0.2，代入式(9)，计算K＝2.13

当α＝4°，μ＝0.25，代入式(9)，计算K＝1.57

结论：当α、μ变化时，非对称系数K也随之变化；不过，非对称系数K 明显大于1。

实施例四

结合图13进行说明。图13是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之三，本图所对应的斜坡形摩擦相对面数量为两个。

为了看清楚结构，图13将阻尼件5和压板6作了分离处理。在装配完成的发明技术皮带张紧轮机构中，阻尼件5和压板6是相抵在一起的。所以，图 13中的阻尼件5和压板6相抵在一起时，斜坡形摩擦相对面的数量是两个；如果围绕中心轴线旋转180°角度，斜坡形摩擦相对面就出现重合；同样道理，阻尼件5如果围绕中心轴线旋转180°角度，阻尼面5a也出现重合。还有，压板6如果围绕中心轴线旋转180°角度，压力面6a也出现重合。

在图13中，压板6相对不动，阻尼件5作顺时针转动，压板6上的压力面6a和阻尼件5上的阻尼面5a出现相对的上坡摩擦转动，此为加载方向的转动，摩擦阻尼大。反之，压板6相对不动，阻尼件5作逆时针转动，压板6 上的压力面6a和阻尼件5上的阻尼面5a出现相对的下坡摩擦转动，此为卸载方向的转动，摩擦阻尼小。

实施例五

图14是发明阻尼件5和压板6的立体示意图之四，本图所对应的斜坡形摩擦相对面数量为两个；图13和图14有两个不同：一个不同点是观察角度不一样，另一个不同点是斜坡形走向不一样。

在图14中，压板相对6不动，阻尼件5顺时针转动，是下坡摩擦转动，此为卸载方向的转动，摩擦阻尼小。反之，压板6相对不动，阻尼件5逆时针转动，是上坡摩擦转动，此为加载方向的转动，摩擦阻尼大。

Claims (3)

1.一种汽车发动机的皮带张紧轮机构，其特征是：

包括：设有腔体的摇臂(3)，圆柱扭转弹簧(2)，座体(1)，芯轴(7)，衬套(4)，压板(6)，以及设置在摇臂(3)腔体内的阻尼件(5)；

圆柱扭转弹簧(2)，阻尼件(5)，压板(6)，芯轴(7)，以及衬套(4)，该五者具有共同的中心轴线；

圆柱扭转弹簧(2)的下部与座体(1)固定连接；圆柱扭转弹簧(2)的上部和摇臂(3)固定连接；摇臂(3)和阻尼件(5)相抵；阻尼件(5)和压板(6)相抵；

压板(6)和摇臂(3)腔体，该两者在圆周方向上相对转动，该两者在轴向上相对运动；

阻尼件(5)与摇臂(3)腔体在圆周方向上同步；

芯轴(7)的下端与座体(1)固定连接，芯轴(7)的上端与压板(6)固定连接；

所述的阻尼件(5)和所述的压板(6)，该两者的相抵接触面包括两个以上的斜坡形摩擦相对面；

在每一个斜坡形摩擦相对面中，阻尼件(5)的相抵摩擦面为斜坡形的阻尼面(5a)，压板(6)的相抵摩擦面为斜坡形的压力面(6a)；斜坡形的阻尼面(5a)和斜坡形的压力面(6a)，两者数量一致和形状吻合，并且摩擦相抵；

各斜坡形摩擦相对面具有旋转对称的性质。

2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机的皮带张紧轮机构，其特征是：

所述的阻尼件(5)与摇臂(3)腔体在圆周方向上同步，其技术措施是指以下两者中的任意一者：

a.阻尼件(5)上设置凸起结构，摇臂(3)腔体上设置凹陷结构；凸起结构嵌入凹陷结构，从而实现阻尼件(5)与摇臂(3)腔体在圆周方向上同步；

b.阻尼件(5)上设置凹陷结构，摇臂(3)腔体上设置凸起结构；凸起结构嵌入凹陷结构，从而实现阻尼件(5)与摇臂(3)腔体在圆周方向上同步。

3.根据权利要求1所述的一种汽车发动机的皮带张紧轮机构，其特征是：

所述的圆柱扭转弹簧(2)，其两端的结构为以下两者中的任意一者：

a.圆柱扭转弹簧(2)的两端带钩头；

b.圆柱扭转弹簧(2)的两端为直式，即不带钩头。

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