FR3125319A1 - MECHANICAL ASSEMBLY AND MECHANICAL REDUCER OF AIRCRAFT TURBOMACHINE COMPRISING SUCH AN ASSEMBLY - Google Patents
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Abstract
Ensemble mécanique (150) pour une turbomachine d’aéronef, cet ensemble comportant : - une pièce (156) comportant un filetage externe (170) et une surface cylindrique externe (166) s’étendant autour d’un même axe (Y), - un palier à roulements (94) monté sur ladite surface (166), ce palier (94) comportant une bague interne (158) qui est configurée pour être frettée sur ladite surface (166) et qui est en appui sur un épaulement cylindrique (168) de ladite pièce (156), et - un écrou (152) comportant un filetage interne (185) et configuré pour être vissé sur ledit filetage (170) afin de bloquer axialement ladite bague interne (158) contre ledit épaulement (168), ledit écrou (152) comportant un diamètre interne inférieur au diamètre externe (Dex) de ladite bague (158), ledit écrou (152) et ledit épaulement (168) étant situés d’un même côté de la bague (158). Figure pour l'abrégé : Figure 6Mechanical assembly (150) for an aircraft turbomachine, this assembly comprising: - a part (156) comprising an external thread (170) and an external cylindrical surface (166) extending around the same axis (Y), - a rolling bearing (94) mounted on said surface (166), this bearing (94) comprising an inner ring (158) which is configured to be shrunk on said surface (166) and which bears on a cylindrical shoulder ( 168) of said part (156), and - a nut (152) having an internal thread (185) and configured to be screwed onto said thread (170) in order to axially lock said internal ring (158) against said shoulder (168) , said nut (152) having an internal diameter smaller than the external diameter (Dex) of said ring (158), said nut (152) and said shoulder (168) being located on the same side of the ring (158). Figure for abstract: Figure 6
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne notamment le domaine des réducteurs mécaniques pour des turbomachines en particulier d’aéronef.The present invention relates in particular to the field of mechanical reduction gears for turbomachines, in particular aircraft.
Arrière-plan techniqueTechnical background
L’état de l’art comprend notamment les documents WO-A1-2010/092263, FR-A1-2 987 416, FR-A1-3 008 462, FR-A1-3 008 463 et FR-A1-3 041 054.The state of the art includes in particular the documents WO-A1-2010/092263, FR-A1-2 987 416, FR-A1-3 008 462, FR-A1-3 008 463 and FR-A1-3 041 054 .
Le rôle d’un réducteur mécanique est de modifier le rapport de vitesse et de couple entre l’axe d’entrée et l’axe de sortie d’un système mécanique.The role of a mechanical gearbox is to modify the speed and torque ratio between the input axis and the output axis of a mechanical system.
Les nouvelles générations de turbomachines à flux multiples, notamment celles ayant un haut taux de dilution, comportent un réducteur mécanique pour entraîner l’arbre d’une hélice (aussi appelé « fan »), par exemple de soufflante. De manière usuelle, le réducteur a pour but de transformer la vitesse de rotation dite rapide de l’arbre d’une turbine de puissance en une vitesse de rotation plus lente pour l’arbre entraînant la soufflante.The new generations of multi-flow turbomachines, in particular those with a high bypass ratio, include a mechanical reduction gear to drive the shaft of a propeller (also called a "fan"), for example a fan. Usually, the purpose of the reduction gear is to transform the so-called fast rotation speed of the shaft of a power turbine into a slower rotation speed for the shaft driving the fan.
Un tel réducteur comprend un pignon central, appelé solaire, une couronne et des pignons appelés satellites, qui sont en prise entre le solaire et la couronne. Les satellites sont maintenus par un châssis appelé porte-satellites. Le solaire, la couronne et le porte-satellites sont des planétaires car leurs axes de révolution coïncident avec l’axe longitudinal X de la turbomachine. Les satellites ont des axes de révolution différents équirépartis sur le même diamètre de fonctionnement autour de l’axe des planétaires. Ces axes sont parallèles à l’axe longitudinal X.Such a reducer comprises a central pinion, called sun gear, a crown and pinions called satellites, which are engaged between the sun gear and the crown. The satellites are held by a frame called the planet carrier. The solar, the crown and the planet carrier are planetary because their axes of revolution coincide with the longitudinal axis X of the turbomachine. The satellites have different axes of revolution evenly distributed over the same operating diameter around the axis of the planetary gears. These axes are parallel to the longitudinal axis X.
Il existe plusieurs architectures de réducteur. Dans l’état de l’art des turbomachines à flux multiple, les réducteurs sont de type planétaire ou épicycloïdal. Il existe dans d’autres applications similaires, des architectures dites différentielles ou « compound ».There are several reducer architectures. In the state of the art of multi-flow turbomachines, the reduction gears are of the planetary or planetary type. In other similar applications, there are so-called differential or “compound” architectures.
- Sur un réducteur planétaire, le porte-satellites est fixe et la couronne constitue l'arbre de sortie du dispositif qui tourne dans le sens inverse du solaire.- On a planetary gearbox, the planet carrier is fixed and the crown constitutes the output shaft of the device which rotates in the opposite direction to the sun.
- Sur un réducteur épicycloïdal, la couronne est fixe et le porte-satellites constitue l'arbre de sortie du dispositif qui tourne dans le même sens que le solaire.- On an epicyclic reduction gear, the crown is fixed and the planet carrier constitutes the output shaft of the device which rotates in the same direction as the sun gear.
- Sur un réducteur différentiel, aucun élément n’est fixé en rotation. La couronne tourne dans le sens contraire du solaire et du porte-satellites.- On a differential gearbox, no element is fixed in rotation. The crown rotates in the opposite direction to the sun and the planet carrier.
Les réducteurs peuvent être composés de un ou plusieurs étages d’engrènement. Cet engrènement est assuré de différentes façons comme par contact, par friction ou encore par champs magnétique. Il existe plusieurs types d’engrènement par contact comme avec des dentures droites, hélicoïdales ou en chevron.Reducers can be composed of one or more meshing stages. This meshing is ensured in different ways such as by contact, by friction or even by magnetic fields. There are several types of contact meshing such as straight, helical or chevron gears.
L’augmentation des rapports de réduction des architectures des moteurs cibles pousse à utiliser des réducteurs dits « double étage ». En effet, au-delà d’un rapport de l’ordre de 6 ou 7, la technologie dite « simple étage » perd son intérêt car n’est plus assez compacte. Il faut alors utiliser des réducteurs dits « double étage ».The increase in reduction ratios of target motor architectures leads to the use of so-called “double-stage” reduction gears. Indeed, beyond a ratio of the order of 6 or 7, the so-called "single stage" technology loses its interest because it is no longer compact enough. It is then necessary to use so-called “double-stage” reducers.
Dans une technologie simple étage, c’est la même denture d’un satellite qui coopère avec le solaire et la couronne. Dans une technologie double étage, la denture du satellite qui coopère avec le solaire est différente de la denture du satellite qui coopère avec la couronne. En général, les dentures d’un satellite qui coopèrent respectivement avec le solaire et la couronne ont des diamètres moyens différents.In a single stage technology, it is the same toothing of a satellite which cooperates with the sun and the crown. In a double-stage technology, the toothing of the satellite which cooperates with the sun is different from the toothing of the satellite which cooperates with the crown. In general, the teeth of a satellite which cooperate respectively with the solar and the corona have different average diameters.
La principale problématique des réducteurs double étage (chaque étage ou denture comportant une seule série de dents) réside dans le fait qu’ils sont asymétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe X. Ainsi, la puissance rentrant à l’aval par l’intérieur et ressortant à l’amont par l’extérieur génère des moments non négligeables au niveau des satellites (les expressions « amont » et « aval » faisant référence à l’écoulement général des gaz dans la turbomachine).The main problem with double-stage gearboxes (each stage or gearing comprising a single series of teeth) lies in the fact that they are asymmetrical with respect to a plane perpendicular to the X axis. Thus, the power entering downstream through inside and emerging upstream from the outside generates non-negligible moments at the level of the satellites (the expressions “upstream” and “downstream” referring to the general flow of gases in the turbomachine).
Une solution à ce problème consiste à prévoir un arrangement symétrique des deux dentures par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe X (chaque étage ou denture comportant une double série de dents). Ces deux dentures sont à chevrons c’est-à-dire qu’elles comportent chacune une série de dents amont séparée axialement d’une série de dents aval. Les dents amont sont sensiblement parallèles entre elles et inclinées par rapport à l’axe X. Les dents aval sont également sensiblement parallèles entre elles et inclinées par rapport à l’axe X et par rapport aux dents amont de façon à ce que les dents amont et aval forment des chevrons tout autour du satellite. Dans une denture à chevrons, l’angle d’hélice des deux séries de dents a la même valeur (et une inclinaison opposée), de façon à ce que ces séries de dents génèrent des forces axiales opposées de même valeur.A solution to this problem consists in providing a symmetrical arrangement of the two gears with respect to a plane perpendicular to the X axis (each stage or gear having a double series of teeth). These two teeth are herringbone, i.e. they each have a series of upstream teeth separated axially from a series of downstream teeth. The upstream teeth are substantially parallel to each other and inclined relative to the X axis. The downstream teeth are also substantially parallel to each other and inclined relative to the X axis and relative to the upstream teeth so that the upstream teeth and downstream form chevrons all around the satellite. In a herringbone gear, the helix angle of the two series of teeth has the same value (and an opposite inclination), so that these series of teeth generate opposite axial forces of the same value.
Les satellites du réducteur doivent être supportés et guidés en rotation vis à vis du porte-satellites. Les solutions classiques pour ce faire sont d’utiliser des paliers. Plusieurs technologies sont envisageables telles que les paliers lisses, les paliers à roulement, etc. L’intégration de paliers à roulement n’est pas simple car les paliers doivent être disposés de manière symétrique autour de chaque satellite et de part et d’autre du plan précité, ce qui a tendance à augmenter l’encombrement du réducteur.The gearbox satellites must be supported and guided in rotation with respect to the planet carrier. The classic solutions to do this are to use bearings. Several technologies are possible such as plain bearings, roller bearings, etc. The integration of roller bearings is not easy because the bearings must be arranged symmetrically around each satellite and on either side of the aforementioned plane, which tends to increase the size of the gearbox.
Cependant, l’environnement moteur dans lequel le réducteur doit s’intégrer est contraint. Ainsi, l’encombrement du réducteur, notamment axial, peut entrainer un allongement du moteur et donc une augmentation de la trainée et de la masse du moteur, ce qui diminue les performances de ce dernier. De même, la masse du réducteur influe négativement sur les performances du système.However, the motor environment in which the gearbox must be integrated is constrained. Thus, the size of the reducer, in particular axial, can lead to an elongation of the motor and therefore an increase in the drag and mass of the motor, which reduces the performance of the latter. Likewise, the mass of the reducer negatively influences the performance of the system.
Il existe donc un besoin de trouver une configuration dans laquelle les paliers assurent efficacement leur rôle sans impacter l’encombrement axial de la pièce sur laquelle ils sont montés. Pour atteindre cet objectif, et comme cela est illustré à la
La bague interne D du palier A est frettée sur la surface F. Dans le cas d’un palier à rouleaux, la bague interne D ne reprend théoriquement pas d’effort axial. Cependant, avec les vibrations et les efforts parasites, l’effort de frettage de la bague D n’est parfois pas suffisant pour la maintenir en position et il est alors associé à cet assemblage un écrou H pour garantir le maintien en position de la bague interne D.The inner ring D of the bearing A is shrunk on the surface F. In the case of a roller bearing, the inner ring D does not theoretically take up any axial force. However, with the vibrations and parasitic forces, the shrinking force of the ring D is sometimes not sufficient to hold it in position and an H nut is then associated with this assembly to guarantee that the ring is held in position. internal d.
Dans le cas illustré à la
L’écrou H génère ainsi un encombrement axial supplémentaire, alors qu’un espace reste vide de l’autre côté du palier A.Nut H thus generates additional axial space, while a space remains empty on the other side of bearing A.
Bien que le problème technique soit présenté dans le contexte d’un réducteur mécanique, il se pose également dans d’autres contextes, et en particulier à tout type d’ensemble mécanique nécessitant le maintien d’un palier à roulement par écrou dans un environnement contraint.Although the technical problem is presented in the context of a mechanical reducer, it also arises in other contexts, and in particular to any type of mechanical assembly requiring the maintenance of a rolling bearing by nut in an environment constrained.
L’invention a pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.The object of the invention is to provide a simple, effective and economical solution to this problem.
L’invention concerne un ensemble mécanique pour une turbomachine d’aéronef, cet ensemble comportant :The invention relates to a mechanical assembly for an aircraft turbomachine, this assembly comprising:
- une pièce comportant un filetage externe et une surface cylindrique externe s’étendant autour d’un même axe,- a part comprising an external thread and an external cylindrical surface extending around the same axis,
- un palier à roulements monté sur ladite surface, ce palier comportant une bague interne qui est configurée pour être frettée sur ladite surface et qui est en appui sur un épaulement cylindrique de ladite pièce, et- a rolling bearing mounted on said surface, this bearing comprising an inner ring which is configured to be shrunk on said surface and which bears on a cylindrical shoulder of said part, and
- un écrou comportant un filetage interne et configuré pour être vissé sur ledit filetage afin de bloquer axialement ladite bague interne contre ledit épaulement, ledit écrou comportant un diamètre interne inférieur au diamètre externe de ladite bague,- a nut comprising an internal thread and configured to be screwed onto said thread in order to axially block said internal ring against said shoulder, said nut comprising an internal diameter smaller than the external diameter of said ring,
caractérisé en ce que ledit écrou et ledit épaulement sont situés d’un même côté de la bague, et en ce que l’ensemble comporte en outre une cale annulaire qui est montée sur la bague, ledit écrou comportant un rebord annulaire interne qui prend appui axialement sur cette cale annulaire de sorte à appliquer une force de traction axiale sur cette cale ainsi que sur la bague interne lors du vissage de l’écrou.characterized in that said nut and said shoulder are located on the same side of the ring, and in that the assembly further comprises an annular spacer which is mounted on the ring, said nut comprising an internal annular flange which bears axially on this annular spacer so as to apply an axial tensile force on this spacer as well as on the inner ring when screwing the nut.
L’invention permet de réduire l’encombrement, en particulier axial, de l’ensemble en permettant le montage de l’écrou du même côté que l’épaulement. L’écrou peut alors être situé dans un espace relativement réduit qui n’était pas exploité dans la technique antérieure.The invention makes it possible to reduce the size, in particular axial, of the assembly by allowing the mounting of the nut on the same side as the shoulder. The nut can then be located in a relatively small space which was not exploited in the prior art.
L’ensemble peut être utilisé dans le contexte d’un réducteur ou dans un tout autre contexte nécessitant le maintien axial d’un palier à roulements par l’intermédiaire d’un écrou.The assembly can be used in the context of a reduction gear or in any other context requiring the axial retention of a rolling bearing by means of a nut.
L’ensemble selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :The assembly according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other, or in combination with each other:
- ladite cale est montée sur un rebord cylindrique de la bague dont une extrémité libre prend appui axialement sur ledit épaulement ;said wedge is mounted on a cylindrical rim of the ring, one free end of which bears axially on said shoulder;
- ladite bague comprend une nervure annulaire externe au niveau de ladite extrémité libre ;said ring includes an outer annular rib at said free end;
- ladite nervure de la bague est festonnée et comprend une rangée annulaire de dents externes, et ledit rebord de l’écrou est festonné et comprend une rangée annulaire de dents internes configurées pour coopérer par crabotage avec les dents externes de la nervure de la bague ;said rib of the ring is scalloped and comprises an annular row of external teeth, and said rim of the nut is scalloped and comprises an annular row of internal teeth configured to cooperate by dogging with the external teeth of the rib of the ring;
- ladite cale est formée par un anneau fendu ;said wedge is formed by a split ring;
-- la cale est configurée pour être déformée par écartement de ses bords circonférentiels afin d’être monté sur la bague, ou pour être montée par rotation du type vissage sur la bague ;-- the wedge is configured to be deformed by spreading its circumferential edges in order to be mounted on the ring, or to be mounted by rotation of the screwing type on the ring;
- ladite cale est intercalée axialement entre le rebord de la bague et le rebord de l’écrou ;said wedge is inserted axially between the rim of the ring and the rim of the nut;
- ladite cale est montée sur la bague par un système à baïonnette ;said wedge is mounted on the ring by a bayonet system;
-- le système à baïonnette comprend des ergots portés par l’un des éléments choisis parmi la cale et la bague, et des encoches en L formées dans l’autre des éléments choisis parmi la cale et la bague ;-- the bayonet system comprises lugs carried by one of the elements chosen from the wedge and the ring, and L-shaped notches formed in the other of the elements chosen from the wedge and the ring;
-- les ergots sont orientés radialement ou axialement ;-- the lugs are oriented radially or axially;
-- les ergots sont configurés pour être engagés dans les encoches en L, par déplacement en translation de la bague et de la cale l’une vers l’autre, puis par rotation de la bague et de la cale l’une par rapport à l’autre ; lorsque les ergots sont engagés dans les encoches en L, la cale et la bague sont immobilisées axialement l’une par rapport à l’autre par coopération des ergots avec des bords des encoches en L ;-- the lugs are configured to be engaged in the L-shaped notches, by displacement in translation of the ring and of the wedge towards each other, then by rotation of the ring and of the wedge relative to each other the other ; when the lugs are engaged in the L-shaped notches, the wedge and the ring are immobilized axially with respect to each other by cooperation of the lugs with the edges of the L-shaped notches;
- ladite cale comprend une première extrémité axiale et/ou radialement interne montée sur la bague par le système à baïonnette, et une seconde extrémité axiale et/ou radialement externe qui comprend un rebord annulaire externe sur lequel le rebord de l’écrou est en appui axial ;said wedge comprises a first axial and/or radially internal end mounted on the ring by the bayonet system, and a second axial and/or radially external end which comprises an external annular flange on which the flange of the nut bears axially ;
- ladite cale comprend une paroi cylindrique s’étendant entre lesdites première et seconde extrémités et comportant un diamètre externe inférieur audit diamètre interne de l’écrou ;said wedge comprises a cylindrical wall extending between said first and second ends and having an outer diameter smaller than said inner diameter of the nut;
- ledit écrou comprend des empreintes en creux et/ou des éléments en saillie configurés pour permettre une mise en prise d’un outil de vissage ;said nut comprises indentations and/or protrusions configured to allow engagement of a screwing tool;
- ladite pièce comprend un corps s’étendant autour de l’axe, une paroi annulaire portant une denture externe et s’étendant autour du corps, et un voile annulaire s’étendant radialement entre le corps et la paroi annulaire, la paroi définissant autour du corps un espace annulaire de logement d’au moins une partie dudit palier, et de l’écrou qui est situé axialement entre le voile et ce palier ;said part comprises a body extending around the axis, an annular wall carrying an external toothing and extending around the body, and an annular web extending radially between the body and the annular wall, the wall defining around the body an annular space for housing at least part of said bearing, and the nut which is located axially between the veil and this bearing;
- ladite pièce est un satellite d’un réducteur mécanique ;said part is a satellite of a mechanical reduction gear;
-- le palier est à rouleaux ;-- the bearing is roller bearing;
-- la bague interne comprend un premier élément et la pièce comprend un second élément, ces premier et second élément étant configurés pour coopérer ensemble par complémentarité de formes afin d’immobiliser en rotation la bague sur la pièce ; et-- the inner ring comprises a first element and the part comprises a second element, these first and second elements being configured to cooperate together by complementarity of shapes in order to immobilize the ring in rotation on the part; And
-- la pièce comprend une denture externe.-- the part includes an external toothing.
L’invention concerne également un réducteur mécanique pour une turbomachine d’aéronef, comportant au moins un ensemble tel que décrit ci-dessus.The invention also relates to a mechanical reduction gear for an aircraft turbine engine, comprising at least one assembly as described above.
L’invention concerne en outre une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un ensemble ou un réducteur tel que décrit ci-dessus.The invention further relates to a turbomachine, in particular for an aircraft, comprising an assembly or a reducer as described above.
L’invention concerne encore un procédé de montage d’un ensemble tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :The invention also relates to a method for assembling an assembly as described above, characterized in that it comprises the steps of:
- assemblage de l’écrou et de la cale sur la bague du palier,- assembly of the nut and the wedge on the bearing ring,
- frettage de la bague du palier sur la surface cylindrique de la pièce, jusqu’à mise en appui axial de la bague sur l’épaulement de la pièce,- shrinking of the bearing ring on the cylindrical surface of the part, until the ring is axially supported on the shoulder of the part,
- vissage de l’écrou sur le filetage de la pièce de façon à bloquer axialement la bague sur la pièce.- screwing the nut on the thread of the part so as to block the ring axially on the part.
La cale peut être montée sur la bague après le montage ou simultanément au montage de l’écrou sur la bague.The shim can be mounted on the ring after assembly or simultaneously with the assembly of the nut on the ring.
Brève description des figuresBrief description of figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages will emerge from the following description of a non-limiting embodiment of the invention with reference to the appended drawings in which:
Claims (15)
- une pièce (156) comportant un filetage externe (170) et une surface cylindrique externe (166) s’étendant autour d’un même axe (Y),
- un palier à roulements (94) monté sur ladite surface (166), ce palier (94) comportant une bague interne (158) qui est configurée pour être frettée sur ladite surface (166) et qui est en appui sur un épaulement cylindrique (168) de ladite pièce (156), et
- un écrou (152) comportant un filetage interne (185) et configuré pour être vissé sur ledit filetage (170) afin de bloquer axialement ladite bague interne (158) contre ledit épaulement (168), ledit écrou (152) comportant un diamètre interne inférieur au diamètre externe (Dex) de ladite bague (158),
caractérisé en ce que ledit écrou (152) et ledit épaulement (168) sont situés d’un même côté de la bague (158), et en ce que l’ensemble (150) comporte en outre une cale annulaire (154, 154’) qui est montée sur la bague (158), ledit écrou (152) comportant un rebord annulaire interne (186) qui prend appui axialement sur cette cale annulaire (154, 154’) de sorte à appliquer une force de traction axiale sur cette cale ainsi que sur la bague interne (158) lors du vissage de l’écrou (152).Mechanical assembly (150) for an aircraft turbine engine, this assembly comprising:
- a part (156) comprising an external thread (170) and an external cylindrical surface (166) extending around the same axis (Y),
- a rolling bearing (94) mounted on said surface (166), this bearing (94) comprising an inner ring (158) which is configured to be shrunk on said surface (166) and which bears on a cylindrical shoulder ( 168) of said part (156), and
- a nut (152) comprising an internal thread (185) and configured to be screwed onto said thread (170) in order to axially block said internal ring (158) against said shoulder (168), said nut (152) comprising an internal diameter smaller than the outer diameter (Dex) of said ring (158),
characterized in that said nut (152) and said shoulder (168) are located on the same side of the ring (158), and in that the assembly (150) further comprises an annular spacer (154, 154' ) which is mounted on the ring (158), said nut (152) comprising an internal annular rim (186) which bears axially on this annular wedge (154, 154') so as to apply an axial tensile force on this wedge as well as on the inner ring (158) when screwing the nut (152).
- assemblage de l’écrou (152) et de la cale (154, 154’) sur la bague (158) du palier (94),
- frettage de la bague (158) du palier (94) sur la surface cylindrique (166) de la pièce (156), jusqu’à mise en appui axial de la bague (158) sur l’épaulement (168) de la pièce (156),
- vissage de l’écrou (152) sur le filetage (170) de la pièce (156) de façon à bloquer axialement la bague (158) sur la pièce (156).Method for assembling an assembly (150) according to one of Claims 1 to 12, characterized in that it comprises the steps of:
- assembly of the nut (152) and the wedge (154, 154') on the ring (158) of the bearing (94),
- hooping of the ring (158) of the bearing (94) on the cylindrical surface (166) of the part (156), until the axial bearing of the ring (158) on the shoulder (168) of the part (156),
- screwing the nut (152) on the thread (170) of the part (156) so as to axially block the ring (158) on the part (156).
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