一种仿古密码锁的结构设计与3D模型打印设计

毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目：一种仿古密码锁的结构设计与3D模型打印学生姓名： 指导教师： 二级学院： 专业： 班级： 学号： 提交日期： 年 月 日 答辩日期： 年 月 日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要IAbstractII1 引 言1 1.1课题的来源与研究的目的和意义1 1.2本课题研究的内容1 1.3传统意义上锁的介绍2 1.3.1 锁的功能22 Creo设计基础2 2.1草图绘制5 2.2基准特征，参考几何体的创建6 2.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建7 2.4工程图的设计10 2.5装配设计113仿古密码锁总体结构的设计12 3.1仿古密码锁的总体方案图124各主要零部件强度的校核14 4.1连接杆强度的校核与计算14 4.2螺栓强度的校核计算155仿古密码锁中主要零件的三维建模17 5.1锁芯的三维建模18 5.2连接杆的三维建模19 5.3内胆的三维建模21 5.4总装图的三维建模236设计总结24结 论25致 谢26参考文献27 金陵科技学院学士学位论文 摘要一种仿古密码锁的结构设计与3D模型打印摘 要 太极八卦密码锁，外形为古代横开锁为原型，加上现代密码锁内部设计，外观为西游记中太上老君所用的太极八卦炉，结合太极阴阳两鱼与金木，水，火，土五行以圆周方式排列在锁芯中连接杆线上。密码则为四位八面，每面对应一卦像。 国内仿古密码锁的研发及制造要与全球号召的传统多变、韵味悠久等主题保持一致，仿古密码锁的研发与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 本次设计是一种仿古密码锁的结构设计与3D模型打印，通过对传统的仿古密码锁结构进行优化，使得此种类型的仿古密码锁的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。关键词：仿古密码锁；机械工业；改进；参考价值 金陵科技学院学士学位论文 AbstractAn antique lock design and structure model of 3D printingAbstract Tai Chi Bagua password lock, shape for ancient cross lock as the prototype, and modern cryptography lock internal design, appearance for the journey to the West in the Lao the eight trigrams furnace, combined with Tai Chi Yin and Yang, the two fish and Venus, water, fire, soil five line in a circular way arrangement in the lock core axis. The password is four eight, each corresponding to a hexagram. This paper is manufacturing of domestic antique locks to call the traditional and global variable, so a long consistent theme charm, antique locks are closely related to development and progress of human society and the level of science and technology.This design is a kind of antique lock structure design and 3D model printing, through of traditional antique lock structure optimization, making this type of antique locks the use range of the broader, more flexible and type design for the future have a certain reference value.Keywords: Antique lock；Machinery industry；Improved；Reference value 金陵科技学院学士学位论文 引言1 引 言1.1 课题的来源与研究的目的和意义 我国生产的仿古密码锁结构简陋，其安全系数始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的仿古密码锁的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，仿古密码锁的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的仿古密码锁势在必行！ 相信此种仿古密码锁的出现将会大大提高传统意义上仿古密码锁的安全系数，为我国传统文化的继承效应带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了仿古密码锁工业的不断发展。 随着国际标准化（SIO）的实施，世界仿古密码锁以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的仿古密码锁应用到该公司的子公司-一个专业生产密码锁的子公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国HUGER公司之后，德国的DESTO公司也看到了该仿古密码锁的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制仿古密码锁，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行仿古密码锁的研发工作。现在国外等著名仿古密码锁的品牌中，都有仿古密码锁的销售，全世界仿古密码锁的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，仿古密码锁的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此仿古密码锁是当今污水处理加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的仿古密码锁销售市场，水处理工业是西方资本主义国家的机械工业之一。 目前仿古密码锁将逐渐被全自动仿古密码锁所代替。传统的仿古密码锁已经不能完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的仿古密码锁来满足市场需求，如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类型的仿古密码锁，然而我国所需的仿古密码锁部分零部件需要依赖进口，传统的仿古密码锁的产品图如下图1、图2、图3所示：24 金陵科技学院学士学位论文 引言图1图2金陵科技学院学士学位论文 引言图31.2 本课题研究的内容 本设计主要针对一种仿古密码锁的结构进行设计，先规划出仿古密码锁的整体方案，然后从这个方案入手，具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面： 1、该仿古密码锁的方案设计，通过查找相关资料和文献，确定仿古密码锁的总体方案以及组成结构。 2、对确定好的方案进行结构在细化，包括该装置中零件所使用的材料的确定以及结构的确定。 3、仿古密码锁的方案的分析和确定。 4、运用三维绘图软件绘制仿古密码锁的三维图纸。 5、运用AUTOCAD软件绘制出仿古密码锁的二维零件图纸。 6、编写和整理设计说明书。1.3 传统意义上锁的介绍 太极八卦密码锁（以下简称此锁），外形为古代横开锁为原型，加上现代密码锁内部设计，外观为西游记中太上老君所用的太极八卦炉，结合太极阴阳两鱼与金木，水，火，土五行以圆周方式排列在锁芯中连接杆线上。密码则为四位八面，每面对应一卦像。金陵科技学院学士学位论文 引言1.3.1 锁的功能 一般传统的仿古密码锁的保密性良好，密码转子为四位八面，每一面皆为乾，坤，震，兑，离，巽，坎，艮，此八卦，共可有4000多种密码组合。且转子为开放式，正确密码的位置全由您个人所知，提高了保密度。 密码可更改，转子分为内外两面，中间以间隙配合接触，并有定位突起与凹槽此锁解锁后，将锁扣抽出一段距离，轻轻转动转子，发现转不动以后稍加用力再转动转子，则会感到咔咔震动，每震动一次则为改变一次密码。金陵科技学院学士学位论文 Creo设计基础2 Creo设计基础 本论文主要研究运用Creo对仿古密码锁进行设计。在设计过程中，了解Creo的各种功能。 Creo公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套Creo三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Creo被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。Creo软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，Creo公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得Creo每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予Creo最佳编辑奖，以表彰Creo的创新、活力和简明。至此，Creo所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于Creo出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将Creo全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的Creo以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。Creo三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。Creo成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的Creo软件使用许可约28金陵科技学院学士学位论文 Creo设计基础万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过Creo的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，Creo相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用Creo三维软件，越来越多的企业需要Creo人才。Creo软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是Creo的五大特点。使得Creo三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。Creo在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，Creo是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。Creo软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，Creo公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得Creo每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授Creo最佳编辑奖，以表彰Creo的创新、活力和简明。至此，Creo所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于Creo出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将Creo全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的Creo以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，Creo三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。金陵科技学院学士学位论文 Creo设计基础 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，Creo成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的Creo软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过Creo的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与Creo相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用Creo，越来越多的企业雇佣Creo人才。据统计，全世界用户每年使用Creo的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把Creo列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用Creo进行教学。Creo软件功能强大，组件繁多。 Creo有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得Creo 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。Creo 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。Creo 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 Creo在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且Creo公司对中国市场重点开发，日后Creo应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对Creo的深入了解后，往后会对Creo进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。2.1 草图绘制 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。2.2 基准特征-参考几何体的创建金陵科技学院学士学位论文 Creo设计基础 清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准连接杆方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。2.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。2.4 工程图设计 灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。2.5 装配设计 灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用Creo智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。金陵科技学院学士学位论文 仿古密码锁总体结构的设计3 仿古密码锁总体结构的设计3.1 仿古密码锁的总体方案图 太极八卦密码锁（以下简称此锁），外形为古代横开锁为原型，加上现代密码锁内部设计，外观为西游记中太上老君所用的太极八卦炉，结合太极阴阳两鱼与金木，水，火，土五行以圆周方式排列在锁芯中连接杆线上。密码则为四位八面，每面对应一卦像。其总体方案图如下图1-1所示： 1-1 总体方案图金陵科技学院学士学位论文 各主要零部件强度的校核4 各主要零部件强度的校核4.1 连接杆强度的校核与计算 按弯扭合成应力校核连接杆的强度 校核连接杆上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献、可知，取，连接杆的计算应力： MPa （3.43）选定连接杆的材料为45钢，调质处理，由文献1表可知，MPa。因此，故安全。（7）精确校核连接杆的疲劳强度判断危险截面从应力集中对连接杆的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，所以C面不用校核。只需校核截面V的应力。截面V左侧抗弯截面系数 mm （3.44）抗扭截面系数 mm （3.45）截面V左侧的弯矩M为 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa （3.47） 截面上的扭转切应力MPa （3.48）连接杆的材料为45钢，调质处理。由文献1表可知，MPa，金陵科技学院学士学位论文 各主要零部件强度的校核MPa，MPa。由文献1 附表可知，用插入法求出 ，连接杆应按精车加工，由文献1 附图可知，表面质量系数为： 连接杆未经表面强化处理，固得综合系数为 （3.49） 由文献1 ，可知，碳钢的特性系数 取 取所以连接杆在截面V左侧的安全系数为 （3.50） （3.51） （3.52）综上：该连接杆在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm金陵科技学院学士学位论文 各主要零部件强度的校核抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于连接杆肩而形成的理论应力集中系数及按文献1附表查取。因， ，又由文献1附图可得连接杆的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 （3.53） 由文献1附图可得连接杆的截面形状系数为由文献1附图可得连接杆的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以连接杆在截面V左侧的安全系数为金陵科技学院学士学位论文 各主要零部件强度的校核 故该连接杆在截面V左侧的强度是足够的。4.2 螺栓强度的校核计算 螺栓的强度在机械联接中至关重要，特别是在重要的场合，其强度校核和计算尤其重要。其受力简图如上图所示，图中以合力代替均匀分布的作用力假设应力在剪切面内是均匀分布的，若为剪切面面积，则应力为：与剪切面相切，故为剪应力。2、挤压实用计算在工程上也使用相似剪切的计算方法，假设挤压应力是均匀分布的，则 挤压面面积为挤压面的正投影面积。对于平键接触面面积就是挤压面面积；对于螺栓挤压面面积就是直径平面面积，其值为。3、强度条件金陵科技学院学士学位论文 各主要零部件强度的校核 剪切和挤压的强度条件如下：剪切强度条件：挤压强度条件： 式中塑性材料：脆性材料： 先按剪切强度设计：?d再用挤压强度条件设计，挤压力为，所以： 金陵科技学院学士学位论文 各主要零部件强度的校核d 最后得到螺栓的抗大强度和抗剪强度是合适的。金陵科技学院学士学位论文 仿古密码锁中主要零件的三维建模5 仿古密码锁中主要零件的三维建模5.1 锁芯的三维建模 4-1 锁芯5.2 连接杆的三维建模 4-2 连接杆金陵科技学院学士学位论文 仿古密码锁中主要零件的三维建模5.3 内胆的三维建模 4-3 内胆5.4 总装图的三维建模 4-4 总装图的三维建模金陵科技学院学士学位论文 设计总结6 设计总结 通过本次设计,让我学习到了许多知识，特别是对机构设计的应用方面，是我收获最大的地方。本次的设计的传动机构包含了直线导杆机构这一最典型的机构，通过查找与它相关的设计资料，到计算推动扫描台移动所需要在输出扭矩从而对直线导杆进行设计，包括导杆的选型，例如材料，直径的确定以及之后的强度校核部分的设计，都花费了我好多精力。同时，也让我学到了好多知识。 在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯实地基础！在具体的研究设计过程中，同学们也在平日的学习与生活中提供了无私与周到的帮助，充分用他们的工作热情感染着我，鼓励着我，让我少走了很多弯路，再次一并致谢！另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。 最后，感谢学校各位领导与老师给了我在滨海学院学习生活四年以及参加这次毕业设计的宝贵的锻炼机会，它使我深刻认识到在知识的汪洋大海面前我是多么无知和微不足道。这是一个最好的时代，也是尊重知识，充分学习知识，掌握知识的时代。只有持续的不间断地学习，才不会在激烈的竞争中落后于别人，也金陵科技学院学士学位论文 设计总结才能用自己的真才实学为社会做出自己应有的贡献。知识是无止境的，无价的，我愿在求真的道路上下而求索！金陵科技学院学士学位论文 结论结 论 到如今，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于用于仿古密码锁统的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是一种仿古密码锁的结构设计与3D模型打印，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。金陵科技学院学士学位论文 致谢致 谢 时间过得很快，论文总算完成了，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多知识和做人的道理，由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所以我才能顺利地完成大学阶段的学业，也学到了很多有用的知识，同时我的生活中的也有了一个明确的目标。知道想要什么，不再是过去的那个爱玩的我了。导师严谨的治学态度，创新的学术风格，认真负责，无私奉献，宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。通过近半年的设计计算，查找各类用于仿古密码锁的相关资料，论文终于完成了，我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。金陵科技学院学士学位论文 参考文献参考文献1张福学编著.仿古密码锁的应用.北京：电子工业出版社，2000。2何发昌著，邵远编著.仿古密码锁的工作原理.北京：高等教育出版社，1996。3张利平著. 实用技术速查手册. 北京：化学工业出版社，2006.12。4李宝仁著. 气动技术低成本综合自动化. 北京：机械工业出版社，1999.9。5宋学义著. 仿古密码锁速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。6陈奎生著. 医疗机械概况. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。7SMC（中国）有限公司. 仿古密码锁实用技术. 北京：机械工业出版社，2003.108徐文灿著. 仿古密码锁的创新设计. 北京：机械工业出版社，1995。9曾孔庚.仿古密码锁的发展趋势. 土豆去皮机技术与应用论坛。10高微,杨中平,赵荣飞等.仿古密码锁结构优化设计. 机械设计与制造2006.1。11孙兵,赵斌,施永辉.仿古密码锁的研制. 中国期刊全文数据库。12马光,申桂英.仿古密码锁的发展现状及发展趋势. 中国期刊全文数据库2002年。13李如松.仿古密码锁的应用现状与展望. 中国期刊全文数据库1994年第4期。14李明.机械创新设计.制造技术与机床2005年第7期。15李杜莉，武洪恩，刘志海.机械运动学分析. 煤矿机械2007年2月16Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. 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