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汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算匹配方式1汽車駕駛者通過向盤控制轉(zhuǎn)向■繞主銷汽車運(yùn)動(dòng)方向方向盤的角:對(duì)系統(tǒng)寸方向盤的力輸汽車低速行,操作方向盤的力很輕,卻要產(chǎn)生很大的方向盤轉(zhuǎn)角輸入,汽車的運(yùn)動(dòng)方向純粹是由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各桿件的幾何關(guān)系所確定。這時(shí),基本上是角輸入。而在高速行駛時(shí),可能出現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)角很小,汽車上仍作用有一定的側(cè)向慣性力,這時(shí),主要是通過力輸入來操縱汽車。1.2將整車及輪胎的運(yùn)動(dòng)、受力狀況反饋給駕駛者。這種反饋,通常稱為路感。駕駛者可以通過手—---感知方向盤的震動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)情況、眼睛—---觀察汽車—---聽到輪胎在地面滾動(dòng)的聲音來感覺、檢測(cè)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),但最重要的的信息來自方向盤反饋給駕駛者的路感,因此良好的路感是優(yōu)良的操穩(wěn)性中不可缺少的部分。反饋分為力反饋和角反饋從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能可以得知:人、車通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成了人車閉環(huán)系統(tǒng),是駕駛者對(duì)汽車操縱控制的一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)。2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)轉(zhuǎn)計(jì)的向基系本要是求用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu),在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)
系。轉(zhuǎn)向系的基本要求如下:1汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心(瞬心)旋轉(zhuǎn),任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加劇輪胎磨損,并降低汽車的操作穩(wěn)定性。實(shí)際上,沒有哪一款汽車能完全滿足這項(xiàng)要求,只能對(duì)轉(zhuǎn)向梯形桿系進(jìn)行優(yōu)化,一般在常用轉(zhuǎn)向角內(nèi)(內(nèi)輪15°?25°范圍)使轉(zhuǎn)向內(nèi)外輪運(yùn)動(dòng)關(guān)系逼近上述要求。2.2.222.2.2汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)作完成后,在駕駛者松開方向盤的條件下,轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置,并穩(wěn)定行駛。轉(zhuǎn)向輪的回正力矩的大小主要由懸架系統(tǒng)所決定的前輪定位參數(shù)確定,一般來說,影響汽車回正的因素有:輪胎側(cè)偏特性、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪外傾、轉(zhuǎn)向節(jié)上下球節(jié)的摩擦損失、轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的逆效率等。3汽車在任何行駛狀態(tài)下,轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振,方向盤沒有擺動(dòng)。4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與懸架機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)所造成的運(yùn)動(dòng)干涉應(yīng)盡可能小,由于運(yùn)動(dòng)干涉使轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),作用在汽車質(zhì)心處的離心力的作用,內(nèi)輪載荷減小,外輪載荷增加,使懸架上的載荷發(fā)生相應(yīng)變化。若轉(zhuǎn)向橋采用非獨(dú)立懸架、鋼板彈簧機(jī)構(gòu)時(shí),則內(nèi)側(cè)板簧因
=1=1載荷減小而長(zhǎng)度縮短,外側(cè)板簧因載荷增加而長(zhǎng)度增加,導(dǎo)致車軸在水平面內(nèi)相對(duì)車身轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,產(chǎn)生軸=1=1轉(zhuǎn)向效應(yīng)。轉(zhuǎn)向直拉桿和縱拉桿的運(yùn)動(dòng)關(guān)系必須與之適應(yīng),使軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)趨于不足轉(zhuǎn)向。當(dāng)轉(zhuǎn)向橋?yàn)楠?dú)立懸架、螺旋彈簧機(jī)構(gòu)時(shí),內(nèi)側(cè)彈簧因載荷減小而長(zhǎng)度增加,車輪相對(duì)車身下跳,外側(cè)彈簧因載荷增加而長(zhǎng)度減小,車輪相對(duì)車身上跳,因轉(zhuǎn)向橫拉桿外球頭從運(yùn)動(dòng)學(xué)上來說,是轉(zhuǎn)向輪的一部分,內(nèi)球頭屬于車身的一部分,外球頭隨車輪上下跳動(dòng)所形成的軌跡必須與內(nèi)球頭所在中心點(diǎn)相適應(yīng)。這就是傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向理論中所說的斷開點(diǎn)校核。Si實(shí)際上,現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中,合理利用這個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡的干涉,使得運(yùn)動(dòng)干涉造成的車輪偏轉(zhuǎn)方向(側(cè)傾轉(zhuǎn)向)與轉(zhuǎn)向方向相反,有助于實(shí)現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向。Si2.5良好的機(jī)動(dòng)性=J為了使汽車具有良好的機(jī)動(dòng)性能,必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角,并要達(dá)到按前外輪軌跡計(jì)算,使其最小轉(zhuǎn)彎半徑能達(dá)到汽車軸距的2?2.5=J倍。=J最小轉(zhuǎn)彎直徑是汽車機(jī)動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。影響最小轉(zhuǎn)彎直徑的因素有:汽車輪距、軸距、輪胎側(cè)偏剛度、有效轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng),轉(zhuǎn)向器行程(齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器)、轉(zhuǎn)向搖臂擺角(循=J環(huán)球式轉(zhuǎn)向器)、轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)(循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器)、轉(zhuǎn)向梯形的布置形式等。2.6轉(zhuǎn)向操縱輕便性轉(zhuǎn)向操縱輕便性的評(píng)價(jià)指標(biāo)通常有兩項(xiàng):駕駛者作用在方向盤上的切向力大小和方向盤總?cè)?shù)。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轎車,在行駛中轉(zhuǎn)向時(shí)的切向力應(yīng)為50?100N.有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轎車,此力為20?50N。K1哈弗為27N±3N。轎車方向盤總?cè)?shù)不得大于4圈,貨車不得大于6圈。M11機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤總?cè)?shù)3.825,液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤總?cè)?shù)3.083。對(duì)于無助力系統(tǒng),方向盤上的切向力大小由轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比決定,方向盤總?cè)?shù)等于轉(zhuǎn)向器總?cè)?shù)。方向盤總?cè)?shù)多和切向力越大都容易使駕駛者疲勞。根據(jù)機(jī)械原理,方向盤總?cè)?shù)越多,切向力就越小,兩者成反比。只有合理對(duì)方向盤總和切向力取值,才能有一個(gè)好的轉(zhuǎn)向操縱輕便性。對(duì)于有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)少的方向盤總?cè)?shù)和小的方向盤切向力。但需要注意助力特性,雖然實(shí)現(xiàn)了好的轉(zhuǎn)向操縱輕便性,卻容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向高速發(fā)飄、轉(zhuǎn)向發(fā)賊現(xiàn)象,破壞操縱穩(wěn)定性。2.7直線行駛穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)密切相關(guān),必須使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)合理匹配,使汽車具有良好的直線行駛穩(wěn)定性,
良好路面不得出現(xiàn)的行駛跑偏。行駛跑偏與車輛的制造裝配有很大關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪遇到一個(gè)小的障礙物時(shí),車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn),這時(shí)汽車應(yīng)具有快速回到直線行駛位置的能力。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)成變傳動(dòng)比,搖臂軸扇齒的中間齒(轉(zhuǎn)向器的中位)齒厚比兩邊的大,與螺母齒條嚙合時(shí),轉(zhuǎn)向器中間位置有相當(dāng)于鎖緊的功能。以達(dá)到維持直線行駛穩(wěn)定的目的。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將齒條中間常用幾齒的齒間設(shè)計(jì)得比較小,與小齒輪嚙合時(shí),轉(zhuǎn)向器中間位置有相當(dāng)于鎖緊的功能。以達(dá)到維持直線行駛穩(wěn)定的目的,同時(shí)也達(dá)到間隙補(bǔ)償?shù)哪康摹?.8轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物后,傳遞給方
向盤的反沖力要盡可能小。=1轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物后,傳遞給方向盤的反沖力要盡可能小,否則會(huì)出現(xiàn)“打手”現(xiàn)象。避免“打手”現(xiàn)象的有效措施有:在轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中增加撓性萬向節(jié),加裝轉(zhuǎn)向阻尼器(減振器),提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逆效率等手段。2.9應(yīng)當(dāng)有汽車碰撞時(shí)對(duì)駕駛者的防=1傷機(jī)構(gòu)當(dāng)發(fā)生車禍時(shí),一方面,車輛前端被壓潰,使得轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向軸向上向后移動(dòng)(也就是向竄向駕駛者頭胸部)。另一方面,駕駛者緊急制動(dòng)或則被撞時(shí)汽車驟然停止,駕駛者在強(qiáng)大慣性力作用下,上半身沖向方向盤,傷害駕駛者。為避免這種危害,就要求轉(zhuǎn)向管柱在軸向不能是剛性的,在轉(zhuǎn)向管柱兩個(gè)方向應(yīng)具有潰縮和吸能功能,緩沖車身前部的沖擊和駕駛者的沖擊。順便提一下,系安全帶是非常有效的一個(gè)措施。2.10轉(zhuǎn)向輪與方向盤偏轉(zhuǎn)方向一致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須做運(yùn)動(dòng)分析,最起碼要保證的是:汽車在前進(jìn)時(shí),往左轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí),汽車應(yīng)向左轉(zhuǎn),右打右轉(zhuǎn)。2.11適宜的不足轉(zhuǎn)向度(了解)汽車等速行駛時(shí),迅速給方向盤一個(gè)角度輸入,使轉(zhuǎn)向輪迅速發(fā)生偏轉(zhuǎn),汽車進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)---等速圓周行駛。這時(shí),汽車產(chǎn)生一個(gè)繞z軸線的橫擺角速度,橫擺角速度與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的(或者方向盤的轉(zhuǎn)角)的比值稱為轉(zhuǎn)向靈敏度。橫擺角速度增益---橫擺加速度與車速成線性關(guān)系時(shí),即它們函數(shù)關(guān)系為一直線,斜率為定值,稱汽車具有中性轉(zhuǎn)向特性。表現(xiàn)為:保持相同的方向盤轉(zhuǎn)角,提高車速,汽車的轉(zhuǎn)彎半徑維持在一個(gè)恒定值。橫擺加速度與車速成非線性關(guān)系,其斜率呈減小趨勢(shì),稱汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。表現(xiàn)為:保持相同的方向盤轉(zhuǎn)角,提高車速,汽車的轉(zhuǎn)彎半徑越來越大。橫擺加速度與車速成非線性關(guān)系界車速時(shí),橫擺角速度趨于無窮大,稱汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性。表現(xiàn)為保持相同的方向盤轉(zhuǎn)角,提高車速,汽車的轉(zhuǎn)彎半徑越來越小。中性轉(zhuǎn)向很容易轉(zhuǎn)化為過多轉(zhuǎn)向,過多轉(zhuǎn)向汽車達(dá)到臨界車速時(shí)將失去穩(wěn)定性,由于其轉(zhuǎn)彎半徑越來越小,橫擺加速度越來越大,汽車將發(fā)生激轉(zhuǎn)而側(cè)滑摔尾或者翻車,因此汽車都應(yīng)具有適宜的不足轉(zhuǎn)向特性。轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向特性主要影響因素:懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及整車的質(zhì)心位置、軸距、輪距等參數(shù)。轉(zhuǎn)向主輪定銷位的參概數(shù)念:轉(zhuǎn)向節(jié)繞車身(或車架)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線。對(duì)于大多數(shù)貨車客車的非獨(dú)立懸掛,其主銷是轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向橋拳部連接的實(shí)實(shí)在在的主銷。對(duì)于獨(dú)立懸掛的轎車,雙擺臂結(jié)構(gòu)的主銷是下擺臂外球心與上擺臂球心的連線。麥弗遜懸掛的主銷是下擺臂外球心與前滑柱與車身鉸接點(diǎn)的連線。3.1主銷后傾角當(dāng)汽車水平停放時(shí),在汽車的縱向垂面內(nèi),主銷上部向后傾斜一個(gè)角度r稱為主銷后傾角。當(dāng)主銷具有后傾角時(shí),主銷軸線與路面交點(diǎn)A將位于車輪與路面接觸點(diǎn)的前面。當(dāng)汽車直線行駛時(shí),若轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)(例如向右偏轉(zhuǎn),如圖中箭頭所示),能產(chǎn)生
回正作用。也就是說,因?yàn)橹麂N后傾角,汽車具有了維持直線行駛的能力。輪胎接地點(diǎn)B向主銷作垂線,B點(diǎn)與垂足點(diǎn)的距離L是車輪產(chǎn)生回正力矩的力臂,因主銷后傾角一般不大如K1為3°土30',M11為2.5°±30',在三維模擬技術(shù)尚不成熟的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論中,便于計(jì)算,一般以主銷穿地點(diǎn)A與B點(diǎn)距離作為評(píng)價(jià)回正力矩的主參數(shù)。這個(gè)距離叫做后傾拖距g?;卣豈=g*F附加轉(zhuǎn)角6=F/CF----汽車受到的側(cè)向力,與汽車質(zhì)量、側(cè)向加速度成正比。C 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度,包括轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向管柱的剛度?;卣豈,附加轉(zhuǎn)角6就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力反饋和角反饋。g越大回正力矩越大,同時(shí),車輛轉(zhuǎn)向時(shí),這個(gè)力矩就成了轉(zhuǎn)向需要克服的阻力矩,轉(zhuǎn)向也變得困難?;卣嘏c后傾拖距E和車速v的平方都成正比例關(guān)系。汽車中高速的回正力矩主要來自于后傾拖距g。3.2主銷內(nèi)傾角當(dāng)汽車水平停放時(shí),在汽車的橫向垂面內(nèi),主銷軸線與地面垂線的夾角為主銷內(nèi)傾角。主銷內(nèi)傾角的作用是使車輪自動(dòng)回正。通常車輪軸線不在水平面,為了方便說明,這里假設(shè)直線行駛時(shí)車輪軸線在水平面上。對(duì)于車輪軸線不在水平面的情況,只要把下圖的水平面改為錐面。如下圖所示,考慮該水平面上和主銷有交點(diǎn)的直線,主銷與這些直線的夾角有一個(gè)最大值。而汽車直線行駛時(shí),車輪軸線與主銷的交角恰為這個(gè)最大值。車輪軸線與主銷夾角在轉(zhuǎn)向過程中
是不變的,當(dāng)車輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,車輪軸線就離開水平面往下傾斜,致使車身上抬,勢(shì)能增加。這樣汽車本身的重力就有使轉(zhuǎn)向輪回復(fù)到原來中間位置的效果。由于主銷內(nèi)傾,前輪轉(zhuǎn)向時(shí)將使車身有抬高的傾向,這種系統(tǒng)位能的提高產(chǎn)生回正力矩MS假設(shè)Q為輪荷,6為前輪轉(zhuǎn)角,有如下關(guān)系:M,=(Q*C*sin(2B)*sin6)/2可以看出,M,與側(cè)向力F無關(guān),有:M比M,在高速時(shí)大得多,低速時(shí),M,比M大得多。所以說:汽車低速時(shí)回正主要由主銷內(nèi)傾角決定。同樣主銷內(nèi)傾角B越大,轉(zhuǎn)向越3.3車輪外傾角當(dāng)汽車水平停放時(shí),在汽車的橫向垂面內(nèi),車輪平面與地面垂線的夾角為前輪外傾角。如果空車時(shí)車輪的安裝正好垂直于路面,則滿載時(shí)車橋因承載變形而可能出現(xiàn)車輪內(nèi)傾,這樣將加速車輪胎的磨損。另外,路面對(duì)車輪的垂直反力沿輪轂的軸向分力將使輪轂壓向外端的小軸承,加重了外端小軸承及輪轂緊固螺母的負(fù)荷,降低它們的壽命。因此,為了前輪有一個(gè)外傾角。但是外傾角也不宜過大,否則也會(huì)使輪胎產(chǎn)生偏磨損?,F(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中也有將車輪外傾角a取為負(fù)值,比如M11的車輪外傾角a為-1°土30',其目的是使轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向時(shí),車輪上下跳動(dòng)引起的車輪偏轉(zhuǎn)方向與車身在離心力作用下的偏轉(zhuǎn)方向一致,提高操作穩(wěn)定性。3.4車輪前束車輪有了外傾角后,在滾動(dòng)時(shí)就類似于滾錐,從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪向外滾開。由于轉(zhuǎn)向橫拉桿和車橋的約束車輪不致向外滾開,車輪將在地面上出現(xiàn)邊滾邊向內(nèi)滑的現(xiàn)象,從而增加了輪胎的磨損。為了避免這種由于圓錐滾動(dòng)效應(yīng)帶來的不良后果,將兩前輪適當(dāng)向內(nèi)偏轉(zhuǎn),即形成前輪前束。前束的度量方式有兩種:在水平面內(nèi),左右車輪中間平面在前后兩側(cè)的間距差,既A-R,如M11為0?2mm。另一種是車輪中心平面與縱向平面的夾角。驅(qū)動(dòng)輪的前束形成推力線,推力線
必須與車輛縱向?qū)ΨQ平面重合,否則444.機(jī)械轉(zhuǎn)向下面是系統(tǒng)444.機(jī)械轉(zhuǎn)向下面是系統(tǒng)機(jī)結(jié)械構(gòu)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件介紹1機(jī)械轉(zhuǎn)向器—轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式:側(cè)面輸入,兩端輸出。這是普遍采用的形式。M11也是這種。IJJJJI29 —一-11轉(zhuǎn)向橫拉桿“2.防塵套3.球頭座4.轉(zhuǎn)向齒條5.轉(zhuǎn)向器殼體6.調(diào)整螺塞7.壓緊彈簧8.鎖緊螺母9.壓塊轉(zhuǎn)向齒輪軸12.向心球軸承13.滾針軸承中間輸入兩端輸出,其最大的好處是:一個(gè)汽車同時(shí)開發(fā)左右舵時(shí),轉(zhuǎn)向器可以共用,不用重新開發(fā)。其缺點(diǎn)是:考慮共用,齒輪軸和齒條軸線必須垂直,齒輪和齒條的螺旋角不能取的較大。這樣,齒輪齒條重疊系數(shù)低,承載能力也低,齒輪齒條平順性也差。側(cè)面輸入,中間輸出,這樣轉(zhuǎn)向橫拉桿可以做得較長(zhǎng),主要是滿足與懸掛匹配和布置的需要。235613ll89^ninnr235613ll89^ninnr■-.1=^.■―L側(cè)面輸入,一端輸出。很少采用。長(zhǎng)安奧托采用這種結(jié)構(gòu)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本參數(shù):在整車坐標(biāo)系下,內(nèi)外球頭中心坐標(biāo)、輸入軸與齒條沿壓塊中心線的投影點(diǎn)、輸入軸與齒條夾角即安裝角),這需要在整車布置階段確定。特別是內(nèi)外球頭中心必須與懸掛所決定的轉(zhuǎn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡充分協(xié)調(diào)。轉(zhuǎn)向器基本性能參數(shù):力特性、線角傳動(dòng)比、齒條行程、輸入軸總?cè)?shù)(一般來說就是方向盤總?cè)?shù))、轉(zhuǎn)向器逆效率、轉(zhuǎn)向器正效率、齒輪齒條嚙合間隙特性、靜扭剛度。線角傳輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈:齒條的行程m齒輪、齒條法面模數(shù)
z小齒輪齒數(shù)z小齒輪齒數(shù)必須的實(shí)驗(yàn):力特性實(shí)驗(yàn)、正驅(qū)動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)、逆驅(qū)動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)、沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、靜扭破壞實(shí)驗(yàn)、耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)。I=j
[==l齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單,重量輕,布置容易,不需要象循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器所必須的轉(zhuǎn)向搖臂、直拉桿、縱拉桿;傳動(dòng)效率高,可達(dá)90%以上;有自動(dòng)補(bǔ)償間隙裝置,還可以改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度,防止工作時(shí)產(chǎn)生的沖擊和噪音;因其逆效率高,對(duì)車輪的回正力矩傳遞到方向盤的阻滯力小,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)I=j
[==l容易回正。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的缺點(diǎn):A因其逆效率高,易出現(xiàn)打手現(xiàn)象;B因齒輪齒條模數(shù)一般取的較低,承載能力低,一般只能用于轎車和小型客車。4.1.2其他類型轉(zhuǎn)向器介紹4.1.2.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一,一般有兩級(jí)傳動(dòng)副,第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副,第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦,二者的螺紋并不直接接觸,其間裝有多個(gè)鋼球,以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母?jìng)?cè)面有兩對(duì)通孔,可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根鋼球?qū)Ч?,每根?dǎo)管的兩端分別插入螺母?jìng)?cè)面的一對(duì)通孔中。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣,兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球"流道"。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺螺母即沿軸向移動(dòng)。同時(shí),在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下,所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動(dòng),形成"球流"。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí),兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán),不會(huì)脫出。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn):A由于在螺桿螺母間有可以循環(huán)的鋼球,將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,因而傳動(dòng)效率高,可達(dá)85%以上;B可以保證足夠的耐磨性能,因而有足夠的使用壽命;C間隙調(diào)整容易(很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整),工作平穩(wěn)可靠;D很容易實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比功能。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的缺點(diǎn):A逆效率高,易出現(xiàn)打手現(xiàn)象;B結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造精度要求高;C布置困難,一般用于布置空間大的貨車和客車(也因?yàn)槠涑休d能力高)。4.1.2.2蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副(以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動(dòng)件,其從動(dòng)件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),與之嚙合的指搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)A容易實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比;B間隙調(diào)整容易,制造較循環(huán)球簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)太多:銷子不能自轉(zhuǎn),磨損快;正逆效率都低等待,基本已經(jīng)淘汰。4.2轉(zhuǎn)向管柱及萬向節(jié)、方向盤—轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)4.2.2轉(zhuǎn)向管柱及萬向節(jié)M室駁出杠枸下萬向f須度可囲蝕臬豐捅狂H汗乘方同M室駁出杠枸下萬向f須度可囲蝕臬豐捅狂H汗乘方同it*盹聲M11轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)此魚崖可lib且不阪茸號(hào)習(xí)價(jià)印不問人醉養(yǎng)驗(yàn)古?中由萬何轉(zhuǎn)向管柱及萬向節(jié)的基本功能:1將駕駛者給方向盤的操舵力矩和角度位移傳遞給轉(zhuǎn)向器;2傳遞轉(zhuǎn)向器獲得的路面以及汽車行駛的狀況等信息;3駕駛者免傷害功能。對(duì)高級(jí)轎車還應(yīng)具有的舒適性功能:方向盤角度可調(diào);方向盤高度可調(diào)等,對(duì)裝有阻尼器(如撓性萬向節(jié))還具有衰減路面沖擊的作用。另外還應(yīng)具有:組合開關(guān)安裝、點(diǎn)火開關(guān)、裝飾罩等安裝性的支持功能。設(shè)計(jì)要求:除需滿足上述功能要求外,還應(yīng)滿足
如下要求:I¥1根據(jù)機(jī)械原理可知,雙十字軸萬向節(jié)的等速兩個(gè)必要條件為:三相交軸軸線在同一平面內(nèi)和兩軸間夾角的絕對(duì)值相等。但由于整車布置緣故,基本不能滿足等速條件,且方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度很低,對(duì)等速要不高。但也要I¥1求兩軸間空間夾角a、B不得大于35°,最好低于30°,否則十字軸軸承工況惡化,壽命降低,且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率降低,回正性能差。轉(zhuǎn)向管柱及萬向節(jié)的基本實(shí)驗(yàn):驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)驗(yàn)、水平靜態(tài)剛度、垂直靜態(tài)剛度、扭轉(zhuǎn)耐久試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)耐久強(qiáng)度、轉(zhuǎn)向柱抗扭強(qiáng)度、方向鎖套抗扭力矩、軸承拉出力、滾針軸承的拔出力、滑動(dòng)阻力、靜扭強(qiáng)度、4.2.2方向盤1?輪圈1?輪圈2.輪輻3.輪轂方向盤一般為兩輻條、三輻條或四輻條形狀。方向盤屬于外觀件,對(duì)其造型和表面質(zhì)量有較高要求。其結(jié)構(gòu)是采用內(nèi)骨架,外包PV發(fā)泡材料,也有再外包真皮。骨架由焊接鋼管或者鎂合金制造,出于碰撞要求,骨架應(yīng)具有向下彎曲變形的能力,以達(dá)到吸能的目的。對(duì)于方向盤的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)有多項(xiàng)要求,如:身體撞擊試驗(yàn)、靜扭強(qiáng)度試驗(yàn)、骨架總成扭轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)、耐汗實(shí)驗(yàn)等。5動(dòng)力動(dòng)力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)系結(jié)構(gòu)統(tǒng)兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),它是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。其中屬于轉(zhuǎn)向加力裝置的部件是:轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向油管、轉(zhuǎn)向油罐以及位于整體式轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥及轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸等。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí),轉(zhuǎn)向橫拉桿拉(推)動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié),使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn),從而改變汽車的行駛方向。5.1對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求1)運(yùn)動(dòng)學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。2)隨作著用轉(zhuǎn)在向轉(zhuǎn)輪向阻盤力上的的增手大力(必或須減增小大)(,或減?。Q之為“路感”。3)當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力 FhM0.025-0?190kN時(shí)(因汽車形式不同
4)5)6)7)5.4)5)6)7)5.工作靈敏,即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)后,系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長(zhǎng)到最大值。動(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí),仍能用機(jī)械系統(tǒng)操作車輪轉(zhuǎn)向。密封性能好,內(nèi)、外泄漏少。2動(dòng)力轉(zhuǎn)向器動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是在機(jī)械轉(zhuǎn)向器增加了轉(zhuǎn)向控制閥和動(dòng)力油缸組成,下面主要介紹控制閥和動(dòng)力油缸的工作原理。5.2.1工作原理汽車直線行駛時(shí),閥芯與閥套的位置關(guān)系如圖中所示。自泵來的液壓油經(jīng)閥芯與閥套間的間隙,流向動(dòng)力缸兩端,動(dòng)力缸兩端油壓相等。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí),閥芯與閥套的相對(duì)位置發(fā)生改變,使得大部分或全部來自泵的液壓油流入動(dòng)力缸某一端,而另一端與回油管路接通,動(dòng)力缸促進(jìn)汽車左傳或右轉(zhuǎn)。5.2.2動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的力特性動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的控制閥(以轉(zhuǎn)閥為例)實(shí)際上是一個(gè)液壓伺服閥,運(yùn)用流體力學(xué)中的薄壁小孔原理,在活塞缸的兩端建立壓力差,這個(gè)壓力差服從伯努利方程,根據(jù)閥芯閥套的過流面積和系統(tǒng)流量進(jìn)行計(jì)算。施加在輸入軸(方向盤)上的力矩的變化引起閥芯閥套的過流面積的變化,過流面積的變化決定壓力差的大小,以實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)向狀態(tài)下的力輸出。這個(gè)壓力差與輸入軸的輸入力矩的關(guān)系就是轉(zhuǎn)向器的力特性。下圖是M11下圖是M11轉(zhuǎn)向器力特性曲線。扭矩A區(qū),是直線行駛位置附近小角度轉(zhuǎn)向區(qū),稱為不靈敏區(qū)。不靈敏區(qū)不能取得過寬,否則會(huì)出現(xiàn)操舵力偏大。如果過窄,汽車高速行駛時(shí),稍微一動(dòng)方向盤,轉(zhuǎn)向器迅速助力,易出現(xiàn)發(fā)飄”,行駛失去穩(wěn)定性,另一方面,轉(zhuǎn)向動(dòng)作結(jié)束后,車輪回正力矩驅(qū)動(dòng)閥芯,彈性元件(扭桿)的變形不能克服轉(zhuǎn)向管柱和方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,將打開控制閥,產(chǎn)生壓力,平衡回正力矩,汽車將不能回正。C區(qū)常用快速轉(zhuǎn)向行駛區(qū),稱為建壓區(qū)。要求助力作用明顯,油壓曲線的斜率增加教大,曲線由平緩變陡。D區(qū)汽車原地轉(zhuǎn)向或調(diào)頭時(shí),輸入轉(zhuǎn)矩進(jìn)入最大區(qū)段,要求助力效果達(dá)到
最大,故油壓曲線呈直線上升。B區(qū)稱為過度區(qū),是A區(qū)和C區(qū)的過度區(qū)域,是其他三個(gè)區(qū)域較寬的平滑過度區(qū)域。A、C、D區(qū)的過度必須平滑,否則會(huì)惡化轉(zhuǎn)向器手感,且易出現(xiàn)因液流突變而產(chǎn)生的沖擊噪聲和共振。曲線左右兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱,其對(duì)稱性影響左右操舵力大小,對(duì)稱性應(yīng)大于85%。轉(zhuǎn)向器基本性能參數(shù):線角傳動(dòng)比、齒條行程、輸入軸總?cè)?shù)、轉(zhuǎn)向器逆效率、轉(zhuǎn)向器正效率、無油壓驅(qū)動(dòng)力矩特性、逆驅(qū)動(dòng)力特性、控制閥力特性、最大工作壓力、系統(tǒng)流量。必須的實(shí)驗(yàn):功能實(shí)驗(yàn)、內(nèi)泄漏實(shí)驗(yàn)、外泄漏實(shí)驗(yàn)、力特性實(shí)驗(yàn)、正驅(qū)動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)、逆驅(qū)動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)、沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、靜扭破壞實(shí)驗(yàn)、耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)、靜扭破壞實(shí)驗(yàn)、耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)、超壓實(shí)驗(yàn)、清潔度測(cè)定。5.2轉(zhuǎn)向油泵轉(zhuǎn)向油泵是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力源。轉(zhuǎn)向油泵經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥向轉(zhuǎn)向助力缸提供一定壓力和流量的工作油液。轉(zhuǎn)向油泵有多種結(jié)構(gòu):葉片泵、齒輪泵、柱塞泵等,轎車常用葉片泵。下圖是葉片泵工作原理2丿23圖drxTfj當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí),葉片在離心力及高壓油的作用下緊貼在定子的內(nèi)表面上。其工作容積開始由小變大,從吸油口吸進(jìn)油液;而后工作容積由大變小,壓縮油液,經(jīng)壓油口向外供油。由于轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周,每個(gè)工作腔都各自吸、壓油兩次,故將這種型式的葉片泵稱為雙作用式葉片泵。雙作用葉片泵有兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū),并且各自的中心角是對(duì)稱的,所以作用在轉(zhuǎn)子上的油壓作用力互相平衡。此,這種油泵油壓作用力互相平衡。此,這種油泵也稱為卸荷式葉片泵。轉(zhuǎn)向油泵的基本參數(shù):
幾何排量q:幾何排量q:轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一油泵所吐出的流量。是定子配油空間與轉(zhuǎn)子和葉片的幾何尺寸所決定,是油泵固有的幾何容積。單位:ml/rev。泵的轉(zhuǎn)速由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所決定的,這樣就會(huì)出現(xiàn)汽車從低速到高速的加速過流量Q:油泵在每分鐘內(nèi)吐出的流量。單位:L/min。理論上等于幾何排量q與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的乘積。油泵的轉(zhuǎn)速由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所決定的,這樣就會(huì)出現(xiàn)汽車從低速到高速的加速過流量也越來越大。而轉(zhuǎn)向器的幾何參數(shù)一i=j
i==i確定,系統(tǒng)流量越大助力程度就越大,這樣對(duì)汽車操控是非常危險(xiǎn)的。因此,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到一定時(shí)(發(fā)動(dòng)機(jī)怠速),油泵流量必須趨于穩(wěn)定,甚至要求呈下降趨勢(shì)。這一功能由油泵流量限制閥來實(shí)現(xiàn)。i=j
i==i限制壓力P:轉(zhuǎn)向油泵所輸出的最高壓力。為滿足汽車高速助力程度漸低的要求和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的額定最高壓力,油泵設(shè)置了壓力控制閥。為適應(yīng)不同的汽車,流量Q和限制壓力P在一定范圍內(nèi)可調(diào)。下圖為M11油泵流量、壓力特性曲線。I?6I?6轉(zhuǎn)向梯形fl理論轉(zhuǎn)角關(guān)系6.1阿克曼轉(zhuǎn)向理論汽車轉(zhuǎn)向時(shí),要使各車輪都只滾動(dòng)不滑動(dòng),各車輪必須圍繞一個(gè)中心點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng),如上圖所示。顯然這個(gè)中心要落在后軸中心線的延長(zhǎng)線上,并且左、右前輪也必須以這個(gè)中心點(diǎn)O為圓心而轉(zhuǎn)動(dòng)。為了滿足上述要求,左、右前輪的偏轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足如下關(guān)系:ctga=ctg+B/L通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向梯形桿件,在區(qū)間內(nèi)逼近內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系。6.2轉(zhuǎn)向梯形介紹轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種。轉(zhuǎn)向梯形的形式由懸掛決定,整體式轉(zhuǎn)向梯形用于非獨(dú)立懸掛,獨(dú)立懸掛采用斷開式轉(zhuǎn)向梯形。A整體式轉(zhuǎn)向梯形1■轉(zhuǎn)向器2■轉(zhuǎn)向搖臂3■轉(zhuǎn)向直拉桿4.轉(zhuǎn)向節(jié)臂5.梯形臂6.轉(zhuǎn)向橫拉桿通過調(diào)整梯形臂長(zhǎng)、梯形底角0、橫拉桿長(zhǎng)來調(diào)整轉(zhuǎn)向內(nèi)外輪的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,逼近阿克曼運(yùn)動(dòng)幾何。B斷開式轉(zhuǎn)向梯形3.左轉(zhuǎn)向橫拉桿4.右轉(zhuǎn)向橫拉桿5.左梯形臂6.右梯形臂10.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器斷開式轉(zhuǎn)向梯形實(shí)際上是一個(gè)六桿機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)關(guān)系較整體式轉(zhuǎn)向梯形復(fù)雜,必須做運(yùn)動(dòng)分析,分析內(nèi)容:A應(yīng)包含內(nèi)外輪運(yùn)動(dòng)關(guān)系,獲取齒條的線性移動(dòng)與內(nèi)外輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系,與阿克曼運(yùn)動(dòng)幾何進(jìn)行對(duì)比。B轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)外兩個(gè)端點(diǎn)與懸架上下跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡干涉情況。表1整車基本參數(shù)項(xiàng) 目J08滿載前軸荷輪胎氣壓項(xiàng) 目J08滿載前軸荷輪胎氣壓?jiǎn)?/p>
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a數(shù)值747.90.22圖2轉(zhuǎn)向梯形簡(jiǎn)圖3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算圖2轉(zhuǎn)向梯形簡(jiǎn)圖3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向阻力矩靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向阻力矩是汽車中最大極限轉(zhuǎn)向所需力矩,比行駛中轉(zhuǎn)向所需的力矩大2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選用件主要參數(shù)見表2,轉(zhuǎn)向梯形簡(jiǎn)圖見圖2表2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)項(xiàng) 目—數(shù)值轉(zhuǎn)向梯形臂長(zhǎng)度Lnimm126.2/-xz*\轉(zhuǎn)向器齒輪齒條軸交角0度20方向盤轉(zhuǎn)周時(shí)轉(zhuǎn)向器齒條的仃程L2mm49.84方向盤半徑RmmT85轉(zhuǎn)向器的效率n75%轉(zhuǎn)向梯形底角a度89.34到3倍。目前采用半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算【1】f\G3M=fr3「p(1)式中M—在瀝青或混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩,N?mm;rf——輪胎與地面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù),一般取0.7;G―一轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷,N;1p——輪胎氣壓,MPa。前軸:G=747.9X9.8=7329?4N,1p=0.22Mpa,f=0.7,由公式⑴得:M=3.12X105N?mmr3.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比角傳動(dòng)比計(jì)算[2]如下(2)L(2)i二 i——owrcos02兀rcos0=L2式中i一一齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比;owL 梯形臂長(zhǎng)度,mm;1r 主動(dòng)小齒輪的節(jié)圓半徑,mm0一一轉(zhuǎn)向器齒輪齒條軸交角,單位°L一一方向盤轉(zhuǎn)一周時(shí)齒條的行程,mm;2L=126.2 0=20°L=49.8412由公式(2)得:r=8.4i=15.9ow3.3靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向時(shí)作用于轉(zhuǎn)向盤的力此靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向時(shí)作用于轉(zhuǎn)向盤的力計(jì)算[1]不考慮電動(dòng)助力M r iqRsinxow式中m 原地轉(zhuǎn)向阻力矩,N?mm;rF——作用于轉(zhuǎn)向盤的力,N;hi——齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比;owR——方向盤半徑mm;x——轉(zhuǎn)向梯形底角單位°q―轉(zhuǎn)向器的效率,取n=75%。M=3.12X105N?mm,i=15.9,r=370/2=185mm,q=75%,x=89.34°r ow由公式(3)得:F=141.4Nh不帶助力轉(zhuǎn)向,汽車以10km/h行駛時(shí),作用在方向盤的手力不應(yīng)超過245N,FVh245N[3],所以此設(shè)計(jì)滿足法規(guī)要求。3.4計(jì)算結(jié)果結(jié)果見表3表3參數(shù)表轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷,N7329?4輪胎與地面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)0.7輪胎氣壓,MPa0.22齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比15?9方向盤半徑mm185主動(dòng)小齒輪的節(jié)圓半徑rmm8.4轉(zhuǎn)向器的效率75%計(jì)算結(jié)果F=141?4N,F〈245N,所以滿足要求。h h4、結(jié)論及分析根據(jù)此報(bào)告的設(shè)計(jì)計(jì)算,此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滿足法規(guī)的要求,符合整車的設(shè)計(jì)需要,達(dá)到預(yù)期的目的。參考文獻(xiàn)1、 劉惟信主編?
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