CN113433298A - 驱动桥用轴承热流特性试验装置及其测试方法 - Google Patents

驱动桥用轴承热流特性试验装置及其测试方法 Download PDF

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CN113433298A CN202110590058.6A CN202110590058A CN113433298A CN 113433298 A CN113433298 A CN 113433298A CN 202110590058 A CN202110590058 A CN 202110590058A CN 113433298 A CN113433298 A CN 113433298A
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Abstract

本发明涉及轴承测试技术领域，公开驱动桥用轴承热流特性试验装置及其测试方法，包括主减速器和安装在主减速器上的测试装置；测试装置包括温度传感器和高速摄像机，主减速器包括辅助壳体和观察壳体，观察壳体与辅助壳体固定连接，观察壳体内安装有双列圆锥滚子轴承，温度传感器安装在观察壳体的侧壁上并与双列圆锥滚子轴承连接，高速摄像机安装在观察壳体的正下方。本装置采用高速摄像机并配合透明的观察壳体结构，结合润滑油中的示踪因子的方法，可直观实现润滑油在轴承腔内的流动特性测试；同时采用温度传感器获取双列圆锥滚子轴承两列润滑油分布温度特性，配合流动特性观测，研究润滑油在双列圆锥滚子轴承中流动特性与温度特性之间的关联。

Description

驱动桥用轴承热流特性试验装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及轴承测试技术领域，尤其涉及驱动桥用轴承热流特性试验装置及其测试方法。
背景技术
轴承是车辆主减速器中重要支承零部件，主减速器主轴支撑目前用的是一对圆锥滚子轴承或者是一个双列圆锥滚子轴承，并采用浸油飞溅润滑，然后由于两个轴承在主减速器壳体的位置差异，导致飞溅润滑时存在很大差异，由此引起的温度特性也差异很大，经常存在远离主锥齿轮的那列轴承润滑不良，乃至严重影响汽车的使用寿命，因此研究两列轴承润滑油的流动特性的差异以及与温度特性间的关联关系对于提高驱动桥用圆锥滚子轴承润滑、改善润滑油道设计，提高主减速器的使用性能有着重要作用。
国内外针对轴承润滑性能的方面提出了一些试验装置，例如：滚动轴承润滑工况实验模拟装置及测量方法(CN102353334A)，通过CCD传感器对轴承内部运动状态进行观察，缺乏对轴承温度特性的测量。
反向旋转的后桥主减速器轴承润滑结构(CN210949819U)，通过优化减速器壳体结构，改善减速器内部轴承润滑效果。但目前存在的相关专利只是针对轴承润滑结构和润滑工况方面进行测试的试验装置，没有综合针对轴承内部热流特性进行测试；此外，现阶段大多数的相关专利均为在轴承试验机上开展的工作，均没有将轴承安装在汽车驱动桥里，无法实现在在负载条件下进行试验，因此，润滑条件和工况条件不能达到真实的驱动桥内部工作条件，这导致不能有效模拟真实的润滑边界条件。因此有必要专门对驱动桥双列圆锥滚子轴承轴承进行热流特性测试，来研究轴承润滑油的流动特性以及与温度特性间的关联关系。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供驱动桥用轴承热流特性试验装置及其测试方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
驱动桥用轴承热流特性试验装置，包括底台、主减速器、驱动装置和安装在主减速器上的测试装置，主减速器和驱动装置都固定在底台上，驱动装置通过测试装置与主减速器连接；测试装置包括温度传感器和高速摄像机，主减速器包括辅助壳体和透明材质制成的观察壳体，观察壳体与辅助壳体固定连接，观察壳体内安装有双列圆锥滚子轴承，温度传感器安装在观察壳体的侧壁上并与双列圆锥滚子轴承的外圈接触连接，高速摄像机安装在观察壳体的正下方并正对着双列圆锥滚子轴承。
用高速成像的方法，透过主减速器观察壳体，拍摄被试部分在不同转速以及不同油液状态下的润滑油流动特性；同时通过温度传感器，记录被试圆锥滚子轴承的两列轴承温度数据；分析不同运行状态下的两列轴承温度的差异以及与润滑油流动特性之间的关联关系。
作为优选，测试装置包括遮光箱，遮光箱罩在观察壳体上，遮光箱顶部安装有照明灯，照明灯设在观察壳体的上方，驱动装置通过遮光箱与主减速器连接。遮光箱能够使得光源保持稳定的状态，照明灯使得被测试部分的油液透亮度提高。
作为优选，遮光箱为半开式箱体，遮光箱底部为镂空的空腔，遮光箱左右两侧分别设有与空腔连通的输入拱门和输出拱门，输入拱门卡合驱动装置与主减速器之间的是输入轴上，输出拱门卡合在观察壳体上。遮光箱与主减速器之间固定牢靠，试验装置启动时，遮光箱不会应为设备的震动而发生移位。
作为优选，温度传感器数量至少为两个，双列圆锥滚子轴承的两侧滚子上都安装有温度传感器，观察壳体上设有位于双列圆锥滚子轴承的两侧滚子上方的测试孔，温度传感器通过测试孔与双列圆锥滚子轴承的外圈接触连接，测试孔的孔径大于温度传感器的探头直径。多个温度传感器用于分别测量两侧双列圆锥滚子轴承两列轴承温度数据，用于不同运行状态下的两列轴承温度的差异以及与润滑油流动特性之间的关联关系。
作为优选，观察壳体内安装有主轴齿轮，观察壳体的外端部安装凸缘体，凸缘体伸入到观察壳体内并与双列圆锥滚子轴承的内圈连接，主轴齿轮安装在双列圆锥滚子轴承的内圈中，主轴齿轮一端通过锁紧螺母锁紧在凸缘体上，辅助壳体内安装有从动齿轮，主轴齿轮一端伸入到辅助壳体内与从动齿轮啮合。凸缘体一方面用于固定主轴齿轮，另一方面方便将主减速器与外接设备进行固定连接。人们通过调整锁紧螺母能够调整双列圆锥滚子轴承的轴向预紧，同时也能够对主轴齿轮和从动齿轮进行啮合间隙调整。
作为优选，观察壳体的内端部设有第一法兰，辅助壳体的端部设有第二法兰，观察壳体的第一法兰与辅助壳体的第二法兰螺栓固定连接，第一法兰与第二法兰之间设有调整垫片。调整垫片方便主轴齿轮与从动齿轮之间啮合间隙调整。
作为优选，驱动装置包括依次连接的第一电机、第一联轴器、第一扭矩传感器、第二联轴器和连接轴，连接轴通过测试装置与凸缘体固定连接。
作为优选，底台上安装有用于固定主减速器的固定架，固定架的侧边安装有侧板，侧板上安装有与主减速器侧边连接的第一紧固螺栓，固定架顶端固定有顶板，顶板上安装有与主减速器顶部连接的第二紧固螺栓，固定架左右两侧还安装有用于支撑主减速器的连接法兰的调整基板，固定架包括数量为多根的立柱和横梁，立柱底部固定在底台上，相邻立柱之间通过横梁固定连接，侧板安装在相邻两根立柱之间，顶板安装在相对的两根横梁之间。固定架及其上的紧固螺栓能够牢牢的将主减速器固定在底台上，试验装置工作时，主减速器运行稳定性高。
作为优选，底台的形状为“T”字形，底台上还安装有加载装置，主减速器两侧都连接有加载装置，加载装置包依次连接的第二电机、第三联轴器、第二扭矩传感器、第四联轴器和半轴，半轴与主减速器连接。加载装置模拟主减速器在实际运行时两输出端受载的情况，使测试结果尽可能反应主减速器工作时的实际情况。
一种采用驱动桥用轴承热流特性试验装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a，在主减速器的观察壳体内中加入带有示踪因子的润滑油；
步骤b，打开遮光箱内的照明灯；
步骤c，启动驱动装置和加载装置，模式工作环境，加载装置不断变化加载载荷；
步骤d，开启测试装置，高速摄像机追踪示踪因子在主减速器中的运动特性，温度传感器测试双列圆锥滚子轴承的温度特性；
步骤e，改变步骤1中润滑油和步骤c中驱动装置输出的转速，测试不同润滑条件以及工况条件下润滑油在被试主减速器内部流动以及温度特性；
步骤f，建立双列圆锥滚子轴承周围油液流动特性与其温度特性的关联关系，关闭所有试验装置。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
(1)本技术方案综合采用高速摄像机并配合透明的主减速器观察壳体结构，结合润滑油中的示踪因子的方法，可直观实现润滑油在轴承腔内的流动特性测试；
(2)本技术方案同时采用温度传感器获取双列圆锥滚子轴承两列润滑油分布温度特性，配合流动特性观测，研究润滑油在双列圆锥滚子轴承中流动特性与温度特性之间的关联。
(3)所提出的实验装置可以实现驱动桥轴承不同负载转矩、转速的模拟；
(4)本技术方案中主减速器的观察壳体和主减速器的辅助壳体设有调整垫片可以有效调整主锥齿轮和从动锥齿轮间的啮合间隙，模拟不同啮合间隙引起的飞贱润滑效果，以及对圆锥滚子的影响。
附图说明
图1是本发明中遮光箱与主减速器的组合结构示意图。
图2是图1中遮光箱的结构示意图。
图3是图1中主减速器的结构示意图。
图4是本发明试验装置的结构示意图。
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：
1—测试装置
2—驱动装置
3—底台
4—主减速器
5—固定架
6—加载装置
11—照明灯、12—遮光箱、13—温度传感器、14—高速摄像机
121—输入拱门、122—输出拱门
21—第一电机、22—第一联轴器、23—第一扭矩传感器、24—第二联轴器、25—连接轴
41—锁紧螺母、42—凸缘体、43—观察壳体、44—双列圆锥滚子轴承、45—主轴齿轮、46—第一法兰、47—调整垫片、48—第二法兰、49—辅助壳体、410—从动齿轮
431—测试孔
51—侧板、52—顶板、53—第二紧固螺栓、54—立柱、55—横梁、56—调整基板
61—第二电机、62—第三联轴器、63—第二扭矩传感器、64—第四联轴器、65—半轴
具体实施方式
下面结合附图1-4与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
驱动桥用轴承热流特性试验装置，包括底台3、主减速器4、驱动装置2和安装在主减速器4上的测试装置1，主减速器4和驱动装置2都通过螺栓固定在底台3上，驱动装置2通过测试装置1与主减速器4连接，测试装置1包括温度传感器13和高速摄像机14。结合图3，为了直观拍摄和观察润滑油流经双列圆锥滚子轴承44的流动状态，此主减速器4的壳体需要制成两部分：主减速器4的壳体包括辅助壳体49和透明材质制成的观察壳体43，观察壳体43与辅助壳体49固定连接，观察壳体43内安装有双列圆锥滚子轴承44，温度传感器13安装在观察壳体43的侧壁上并与双列圆锥滚子轴承44的外圈接触连接，高速摄像机14安装在观察壳体43的正下方并正对着双列圆锥滚子轴承44。驱动装置2用于驱动主减速器4运转，并且调节第一电机21转速以及扭矩；测试装置1测试双列圆锥滚子轴承44两侧滚子在不同转速以及不同油液状态下的温度变化；同时通过主减速器4的观察壳体43观察在不同转速以及不同油液状态下的润滑油流动特性。
测试原理：用高速成像的方法，透过主减速器4的观察壳体43，拍摄被试部分在不同转速以及不同油液状态下的润滑油流动特性；同时通过温度传感器13，记录被试双列圆锥滚子轴承44的两列轴承温度数据；分析不同运行状态下的两列轴承温度的差异以及与润滑油流动特性之间的关联关系。
结合图1，所述测试装置1可在主减速器4运转状态下，通过放置在主减速器4外壳上的温度传感器13，测试双列圆锥滚子轴承44两侧滚子在不同转速以及不同油液状态下的温度变化；同时透过观察壳体43观察在不同转速以及不同油液状态下的润滑油流动特性。
测试装置1包括遮光箱12，遮光箱12罩在观察壳体43上，遮光箱12顶部安装有照明灯11，照明灯11为LED灯，照明灯11设在观察壳体43的上方，驱动装置2通过遮光箱12与主减速器4连接。为了使被试部分的油液透亮度提高，故所述LED灯放置在主减速器4的观察壳体43上方；同时为了使光源保持稳定的状态，增设一个遮光箱12，将被试部分罩住。为了温度传感器13的安装，故将遮光箱12的顶部设置成可拆卸的不透明PVC板，此外为了LED灯布置在PVC板上，需要在PVC板上设置一个接线孔。
遮光箱12为半开式箱体，遮光箱12底部为镂空的空腔，遮光箱12左右两侧分别设有与空腔连通的输入拱门121和输出拱门122，输入拱门121卡合驱动装置2与主减速器4之间的是输入轴上，输出拱门122卡合在观察壳体43上。
温度传感器13数量至少为两个，本深似海李温度传感器13的数量为两个，双列圆锥滚子轴承44的两侧滚子上都安装有温度传感器13，温度传感器13用于分别测量两侧双列圆锥滚子轴承44两列轴承温度数据，用于不同运行状态下的两列轴承温度的差异以及与润滑油流动特性之间的关联关系。观察壳体43上设有位于双列圆锥滚子轴承44的两侧滚子上方的测试孔431，温度传感器13通过测试孔431与双列圆锥滚子轴承44的外圈接触连接，测试孔431的孔径大于温度传感器13的探头直径。
测试装置1进行测试工作之前，需要对双列圆锥滚子轴承44进行轴向预紧，同时对主轴齿轮45和从动齿轮410进行啮合间隙调整。观察壳体43内安装有主轴齿轮45，观察壳体43的外端部安装凸缘体42，凸缘体42伸入到观察壳体43内并与双列圆锥滚子轴承44的内圈连接，主轴齿轮45安装在双列圆锥滚子轴承44的内圈中，主轴齿轮45一端通过锁紧螺母41锁紧在凸缘体42上，辅助壳体49内安装有从动齿轮410，主轴齿轮45一端伸入到辅助壳体49内与从动齿轮410啮合。双列圆锥滚子轴承44放置在观察壳体43内部靠近输入端一侧，其外圈与观察壳体43内壁过盈配合；主轴齿轮45套入双列圆锥滚子轴承44内圈并将双列圆锥滚子轴承44内圈移至靠近主轴齿轮45的齿轮端一侧，将主轴齿轮45输入端插入观察壳体43中，直至主轴齿轮45输入端伸入到辅助壳体49；凸缘体42套入主轴45输入端，其一端与双列圆锥滚子轴承44内圈接触，锁紧螺母41与主轴45输出端的螺纹轴配合，使凸缘体42与减速器4以及主轴45固定连接；通过旋转锁紧螺母41对双列圆锥滚子轴承44进行轴向预紧。
观察壳体43的内端部设有第一法兰46，辅助壳体49的端部设有第二法兰48，观察壳体43的第一法兰46与辅助壳体49的第二法兰48螺栓固定连接，第一法兰46与第二法兰48之间设有调整垫片47，调整垫片7便于主轴齿轮45和从动齿轮410进行啮合间隙调整。
通过驱动装置2驱动主减速器4运转，并且根据相关要求调节驱动电机转速以及扭矩。驱动装置2包括依次连接的第一电机21、第一联轴器22、第一扭矩传感器23、第二联轴器24和连接轴25，连接轴25通过测试装置1与凸缘体42固定连接。第一电机21用于动力输入，其底座通过螺栓与底台3连接，第一电机21的输出轴与第一联轴器22输入端相连；第一联轴器22的输出端与第一扭矩传感器23的输入端相连，用于测试运转状态下的负载扭矩，第一扭矩传感器23的底座通过螺栓与底台3连接；第一扭矩传感器23的输出端与第二联轴器24输入端相连，第二联轴器24输出端与凸缘体42相连。
底台3的形状为“T”字形，底台3上表面设有T型槽，用于驱动装置2和加载装置6的移动和固定；主减速器4以及其固定架5设置于长板中间位置，驱动装置2过固定螺栓设置于短板上，而加载装置6通过固定螺栓设置于长板两侧。底台3上还安装有加载装置6，主减速器4两侧都连接有加载装置6，加载装置6模拟主减速器在实际运行时两输出端受载的情况。加载装置6包依次连接的第二电机61、第三联轴器62、第二扭矩传感器63、第四联轴器64和半轴65，半轴65与主减速器4连接。加载电机6用于对主减速器4两输出端进行驱动加载，第二电机61的底座通过固定螺栓与底台3连接；第二电机61的输出轴与第三联轴器62的输入端相连，第三联轴器62的输出端与第二扭矩传感器63的输入端相连，用于检测加载时的负载扭矩，据此可以及时调整加载状态；第二扭矩传感器63的底座通过螺栓与底台3连接，第二扭矩传感器63的输出端与第四联轴器64的输入端相连，第四联轴器64的输出端与半轴65的输入端相连。所述加载装置6模拟主减速器在实际运行时两输出端受载的情况，使测试结果尽可能反应主减速器4工作时的实际情况。
实施例2
实施例2与实施例1特征基本相同，不同的是底台3上安装有用于固定主减速器4的固定架5，固定架5使主减速器4在运转过程中保持稳定状态，固定架5设置在底台3的中心位置。固定架5的侧边安装有侧板51，侧板51上安装有与主减速器4侧边连接的第一紧固螺栓，固定架5顶端固定有顶板52，顶板52上安装有与主减速器4顶部连接的第二紧固螺栓53，固定架5左右两侧还安装有用于支撑主减速器4的连接法兰的调整基板56，固定架5包括数量为多根的立柱54和横梁55，本实施例立柱54和横梁55的数量都为四根，立柱54底部通过螺栓固定在底台3上，立柱54上方设有螺纹孔，螺纹孔便于横梁55通过螺栓与其相连，相邻立柱54之间通过横梁55固定连接。侧板51安装在相邻两根立柱54之间，顶板52安装在相对的两根横梁55之间。
实施例3
一种采用实施例1或2中的驱动桥用轴承热流特性试验装置的测试方法，包括如下步骤：
步骤a，在主减速器4的观察壳体43内中加入带有示踪因子的润滑油，示踪因子优先选用荧光粉，便于高速摄像机14观测；
步骤b，打开遮光箱12内的照明灯11；照明灯11照亮观察壳体43内部，方便高速摄像机14拍摄；
步骤c，启动驱动装置2和加载装置6，模式工作环境，加载装置6不断变化加载载荷；
步骤d，开启测试装置，高速摄像机14追踪示踪因子在主减速器4中的运动特性，温度传感器13测试双列圆锥滚子轴承44的温度特性；
步骤e，改变步骤1中润滑油和步骤c中驱动装置2输出的转速，测试不同润滑条件以及工况条件下润滑油在被试主减速器4内部流动以及温度特性；
步骤f，建立双列圆锥滚子轴承44周围油液流动特性与其温度特性的关联关系，关闭所有试验装置。

Claims (9)

1.驱动桥用轴承热流特性试验装置，包括底台(3)、主减速器(4)、驱动装置(2)和安装在主减速器(4)上的测试装置(1)，主减速器(4)和驱动装置(2)都固定在底台(3)上，驱动装置(2)通过测试装置(1)与主减速器(4)连接；其特征在于：测试装置(1)包括温度传感器(13)和高速摄像机(14)，主减速器(4)包括辅助壳体(49)和透明材质制成的观察壳体(43)，观察壳体(43)与辅助壳体(49)固定连接，观察壳体(43)内安装有双列圆锥滚子轴承(44)，温度传感器(13)安装在观察壳体(43)的侧壁上并与双列圆锥滚子轴承(44)的外圈接触连接，高速摄像机(14)安装在观察壳体(43)的正下方并正对着双列圆锥滚子轴承(44)；测试装置(1)包括遮光箱(12)，遮光箱(12)罩在观察壳体(43)上，遮光箱(12)顶部安装有照明灯(11)，照明灯(11)设在观察壳体(43)的上方，驱动装置(2)通过遮光箱(12)与主减速器(4)连接。
2.根据权利要求1所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置，其特征在于：遮光箱(12)为半开式箱体，遮光箱(12)底部为镂空的空腔，遮光箱(12)左右两侧分别设有与空腔连通的输入拱门(121)和输出拱门(122)，输入拱门(121)卡合驱动装置(2)与主减速器(4)之间的是输入轴上，输出拱门(122)卡合在观察壳体(43)上。
3.根据权利要求1所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置，其特征在于：温度传感器(13)数量至少为两个，双列圆锥滚子轴承(44)的两侧滚子上都安装有温度传感器(13)，观察壳体(43)上设有位于双列圆锥滚子轴承(44)的两侧滚子上方的测试孔(431)，温度传感器(13)通过测试孔(431)与双列圆锥滚子轴承(44)的外圈接触连接，测试孔(431)的孔径大于温度传感器(13)的探头直径。
4.根据权利要求1所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置，其特征在于：观察壳体(43)内安装有主轴齿轮(45)，观察壳体(43)的外端部安装凸缘体(42)，凸缘体(42)伸入到观察壳体(43)内并与双列圆锥滚子轴承(44)的内圈连接，主轴齿轮(45)安装在双列圆锥滚子轴承(44)的内圈中，主轴齿轮(45)一端通过锁紧螺母(41)锁紧在凸缘体(42)上，辅助壳体(49)内安装有从动齿轮(410)，主轴齿轮(45)一端伸入到辅助壳体(49)内与从动齿轮(410)啮合。
5.根据权利要求4所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置，其特征在于：观察壳体(43)的内端部设有第一法兰(46)，辅助壳体(49)的端部设有第二法兰(48)，观察壳体(43)的第一法兰(46)与辅助壳体(49)的第二法兰(48)螺栓固定连接，第一法兰(46)与第二法兰(48)之间设有调整垫片(47)。
6.根据权利要求4所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置，其特征在于：驱动装置(2)包括依次连接的第一电机(21)、第一联轴器(22)、第一扭矩传感器(23)、第二联轴器(24)和连接轴(25)，连接轴(25)通过测试装置(1)与凸缘体(42)固定连接。
7.根据权利要求1所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置，其特征在于：底台(3)上安装有用于固定主减速器(4)的固定架(5)，固定架(5)的侧边安装有侧板(51)，侧板(51)上安装有与主减速器(4)侧边连接的第一紧固螺栓，固定架(5)顶端固定有顶板(52)，顶板(52)上安装有与主减速器(4)顶部连接的第二紧固螺栓(53)，固定架(5)左右两侧还安装有用于支撑主减速器(4)的连接法兰的调整基板(56)，固定架(5)包括数量为多根的立柱(54)和横梁(55)，立柱(54)底部固定在底台(3)上，相邻立柱(54)之间通过横梁(55)固定连接，侧板(51)安装在相邻两根立柱(54)之间，顶板(52)安装在相对的两根横梁(55)之间。
8.根据权利要求1-7任一项所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置，其特征在于：底台(3)的形状为“T”字形，底台(3)上还安装有加载装置(6)，主减速器(4)两侧都连接有加载装置(6)，加载装置(6)包依次连接的第二电机(61)、第三联轴器(62)、第二扭矩传感器(63)、第四联轴器(64)和半轴(65)，半轴(65)与主减速器(4)连接。
9.一种采用权利要求8所述的驱动桥用轴承热流特性试验装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a，在主减速器(4)的观察壳体(43)内中加入带有示踪因子的润滑油；
步骤b，打开遮光箱(12)内的照明灯(11)；
步骤c，启动驱动装置(2)和加载装置(6)，模式工作环境，加载装置(6)不断变化加载载荷；
步骤d，开启测试装置，高速摄像机(14)追踪示踪因子在主减速器(4)中的运动特性，温度传感器(13)测试双列圆锥滚子轴承(44)的温度特性；
步骤e，改变步骤1中润滑油和步骤c中驱动装置(2)输出的转速，测试不同润滑条件以及工况条件下润滑油在被试主减速器(4)内部流动以及温度特性；
步骤f，建立双列圆锥滚子轴承周围油液流动特性与其温度特性的关联关系，关闭所有试验装置。
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