机械设计课程设计v带传动二级圆柱斜齿轮减速器大学论文.doc
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山 东 大 学 机械设计 课程设计说明书 设计题目:V带传动二级圆柱斜齿轮减速器 学 院 : 班 级 : 学 号 : 设计人 : 指导老师: 完成日期:2016年1月15日 目录 一、设计任务书…………………………………………………… - 1 - (一)设计任务…………………………………………………… -1 - (二)原始数据…………………………………………………… - 1 - (三)工作条件…………………………………………………… - 1 - 二、传动总体方案设计…………………………………………… - 1 - (一)平面布置简图………………………………………………- 1- (二)电机和工作机的安装位置………………………………… - 2 - (三)运输带功率…………………………………………………- 2 - (四)确定电动机型号…………………………………………… - 2 - (五)计算各级传动比和效率…………………………………… - 2 - (六)计算各轴的转速功率和转矩……………………………… - 3 - 三、V带传动设计计算…………………………………………… - 4- 四、齿轮传动设计………………………………………………… - 6 - (一)对高速齿轮设计: i=4…………………………………- 7- (二)对低速速齿轮设计: i=3………………………………- 11- 五、轴的设计………………………………………………………-16- 六、轴承的选择与设计………………………………………… - 27- 七、键联接的设计……………………………………………… - 30 - 八、联轴器的计算与设计……………………………………… - 30 - 九 减速器润滑方式,润滑油牌号及密封方式的选择………… - 31- 十、 装配图设计………………………………………………… - 32 - 十一、 零件图绘制……………………………………………… - 34 - 十二、 课程体会与小结 ………………………………………… - 34- 十三、参考文献…………………………………………………… - 35 - 一、设计任务书 (一)设计任务 铸工车间一造型用砂型运输带,系由电动机驱动传动装置带动,该减速器传动装置由一个双级齿轮减速器和其他传动件组成,运输带每日两班制工作,工作7年。设计此传动装置。 (二)原始数据 运输带主动鼓轮轴输入端转矩 =800N/m 主动鼓轮直径 =300mm 运输带速度 =0.55m/s (三)设计工作条件 两班制工作,空载启动,轻微载荷,常温下连续(单向)运转,工作环境多尘;三相交流电源,电压为380/220V 二、传动总体方案设计 (一) 平面布置简图: Ⅴ 此传动系统由电动机驱动。电动机先通过联轴器将动力传入带轮,再由带轮传到两级圆柱减速器,然后通过联轴器将动力传至砂型运输带。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器,其结构简单,但是齿轮相对于轴承位置不对称,因此要求轴有较大的刚度,高速级及低速级均为斜齿圆柱齿轮传动。 (二) 电机和工作机的安装位置: 电机安装在远离高速轴齿轮的一端; 工作机安装在远离低速轴齿轮的一端。 (三) 运输带功率: 传动效率 传动装置 选用装置 效率 带传动 V带 =0.95 一对滚动轴承 球轴承 =0.99 圆柱齿轮传动 八级精度 =0.97 联轴器 弹性联轴器 =0.993 电动机所需输出功率: (四) 确定电动机型号: 电机型号 额定功率PM 满载转速nm 同步转速ns 伸出轴长E 中心轴高度H Y132M1-6 4KW 960r/min 1500r/min 80mm 132mm (五) 计算各级传动比和效率: 总传动比: 各级传动比: 高速级齿轮 低速级齿轮 V带 (六) 计算各轴的转速功率和转矩: 1、各轴输入功率: 轴I: 轴II: 轴III: 轴IV: 轴V: 2、转速: 轴I: 轴II: 轴III: 轴IV、轴V: 3、输出转矩: 轴I: 轴II: 轴III: 轴IV: 轴号 参数 I II III IV 输入功率 P(Kw) 3.407 3.237 3.108 2.985 转速 n(r/min) 960 420.131 105.033 35.017 输入转矩 T(N·mm) 33889 73573 282562 813.998 三、 V带传动设计计算 计算项目 计算内容 计算结果 定V带型号和带轮直径 工作情况系数 计算功率 选带型 小带轮直径 取滑动率 大带轮直径 大带轮转速 计算带长 求 求△ 初取中心距 带 长L 基准长度Ld 中心距a 小轮包角 求带根数 带速 传动比 带根数 求轴上载荷 张紧力 轴上载荷 V带尺寸 顶宽 节宽 高度 带质量 带轮结构 带宽B 小带轮直径D小 大带轮直径D大 由表11.5 (式11.19) 由图11.15 初取 由表11.6 (式11.15) (式11.20) 即 取 a=650mm (式11.2) 由图11.4 (式11.3) (式11.4) 由表 11.8 ; 由表11.10 由表11.7 =0.969; 由表 11.2 =1.03 (式11.22) (式11.21) 其中 带质量 由表11.4 =0.10kg/m (式11.23) 由表11.4 由表11.4 由表11.4 D小=D1+2ha=125+2×2.75 由表11.4 D大=D2+2ha=280+2×2.75 A型 取 a=650mm =166.273° >120° 取=3根 =175.282N =1044.155N =13mm =11.0mm =8mm =0.10kg/m =50mm D小=130.5mm D大=285.5mm 与所选电机外伸轴长E与中心轴高度H相比B<E且D小<H满足条件。 四、齿轮传动设计 (一)对高速齿轮设计: i=4 计算项目 计算内容 计算结果 选材 大齿轮 小齿轮 齿面接触疲劳强度计算 1.初步计算 齿面转矩T 齿宽系数 接触疲劳极限 初步计算许用接触应力 Ad 值 初步计算小轮直径 初步计算齿宽 b 2.校核计算 圆周速度v 齿数Z 模数m 螺旋角 使用系数 使用系数 齿间载荷分系数 齿向载荷分布系数 载荷系数K 弹性系数ZE 节点区域系数ZH 重合度系数Zε 螺旋角系数Zβ 接触最小安全系数 工作时间 应力循环次数 接触寿命系数 许用接触应力 验算 3.确定主要传动尺寸 中心距 螺旋角 两齿轮实际分度圆直径 齿宽b 齿根疲劳强度验算 齿形系数YFa 应力修正系数YSa 重合度系数 螺旋角系数 齿间载荷分配系数 齿向载荷分布系数 载荷系数K 弯曲疲劳极限δFlim 弯曲最小安全系数SFlim 应力循环系数NL 弯曲寿命系数YN 尺寸系数YX 许用弯曲应力[δF] 验算 45钢 调质 硬度240HB 40Cr 调质 硬度270HB 其中=0.3 由图12.17C,小齿轮为合金钢,大齿轮为碳钢 由表12.16估计 取 (式12.14) 取=26,Z2=i×Z1=104 由表12.3 =2.5 由表12.9 由图12.9 由表12.10先求 (式12.6) (表12.8) (表12.8) (表12.8) (表12.8) 得 由表12.11 非对称分布 (式12.5) 由表12.12 由图12.16 由式12.31因取故 (式12.32) 由表12.14,一般可靠度,取 假定工作时间七年 ,每年工作300天,双班制,则有 由图12.18 (式12.11) (式12.29) 将中心距圆整到168mm, 由图12.21 由图12.22 (式12.18) (式12.36) (当εβ≥1时,按εβ=1计算) (式12.35) 由表12.10注③ 前已求得 ,故KFα=1.767 由图12.14 由图12.23c 由表12.14 由图12.24 由图12.25 (式12.33) 此对齿轮弯曲疲劳强度足够 取 取=42mm Z1=26;Z2=104 =2.577 =2.5 =1.25 =1.1 3.222 < a=168mm Error! Reference source not found. K=2.988 (二)对低速级齿轮设计: i=3 计算项目 选材 大齿轮 小齿轮 齿面接触疲劳强度计算 1.初步计算 齿面转矩T 齿宽系数Ψd 接触疲劳极限 初步计算许用 接触应力[δH]Ad 值 初步计算小轮 直径的的d1 初步计算齿宽 b 2.校核计算 圆周速度v 齿数Z模数m 螺旋角β 使用系数 动载系数 齿间载荷分系数KHα 端面重合度εα 纵向重合度εβ 总重合度εγ 齿向载荷分布 系数KHβ 载荷系数K 弹性系数ZE 节点区域系数ZH 重合度系数Zε 螺旋角系数Zβ 工作时间 应力循环次数 接触寿命系数 许用接触应力[δH] 验算 3.确定传动主要尺寸 中心距a 两齿轮实际分度圆直径d 齿宽b 齿根疲劳强度计算 齿形系数YFa 应力修正系数YSa 重合度系数 Yε 螺旋角系数Yβ 齿间载荷分配系数KFα 齿向载荷分布 系数KFβ 载荷系数K 弯曲疲劳极限 δFlim 弯曲最小安全系数SFlim 应力循环系数NL 弯曲寿命系数YN 尺寸系数YX 许用弯曲应力[δF] 验算 计算内容 45钢 调质 硬度240HB 40Cr 调质 硬度270HB 由图12.17c (式12.15)估计 取 (式12.14) 取Z1=33 , Z2=iZ1=3×33=99 由表12.3,=3mm 由表12.9 由图12.9 由表12.10先求 从表中可得KHa=1.4 (式12.6) (式12.8) (式12.8) 由表12.11,非对称分布 (式12.5) 由表12.12 由图12.16 由式12.31因取故 (式12.32) 假定工作时间七年 ,每年工作300天,双班制,则有 由图12.18 (式12.29) 计算表明,接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无需调整。 因中心距未做圆整,故分度圆直径不会改变 由图12.21 由图12.22 (式12.18) (式12.36) (当εβ≥1时,按εβ=1计算) (式12.35) 由表12.11注③, 前已求得 故 由图12.14 由图12.23c 由表12.14 由图12.24 由图12.25 (式12.19) (式12.33) 此对齿轮弯曲疲劳强度足够。 计算结果 取d1=89mm =80mm Z1=35 , Z2=101 =3.03 =3 =1.35 =1.01 KHα=1.4 K=2.699 < a=173mm (三) 主要参数 由之前计算结果,以表格形式列出高速级齿轮及低速级齿轮的主要参数及主要几何尺寸。 齿轮 材料 齿数 螺旋角 分度圆 直径 mm 齿顶圆 直径 mm 齿宽 mm 中心距 mm 模数 mm 旋向 高 速 级 小齿轮 40Cr 调制 26 14°42’5” 67.2 72.2 58 168 2.5 左旋 大齿轮 45钢 调制 104 268.8 273.8 51 右旋 低 速 级 小齿轮 40Cr 调制 33 8°6’3” 100 106 88 200 3 右旋 大齿轮 45钢 调制 99 300 306 80 左旋 五、 轴的设计 (一) 轴Ⅱ的设计 假设轴的材料为45号钢(调质),则δB=600MPaδS=355MPa由之前所知轴ⅡP=3.273kw,转速n=420.13rpm。由已知可估算轴颈d。 参考式16.2,取C=112,则 根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度。 1、 大带轮中心到左轴承中心的距离: 2、 左轴承中心到高速级小齿轮中心的距离: 3、 高速级小齿轮中心到右轴承中心的距离: 结合之前的计算结果,按许用弯曲应力计算法计算轴Ⅱ的直径。 计算项目 计算内容 计算结果 计算齿轮受力 斜齿轮螺旋角β 斜齿轮直径的d1 带对轴上载荷FQ 小齿轮受力 转矩T1 圆周力Ft1 径向力Fr1 轴向力Fa1 画轴受力图 计算支撑反力 水平面反力 垂直面反力 水平面(xy)受力图 垂直面(xz)受力图 画轴弯矩图 水平面弯矩图Mxy 垂直面弯矩图Mxz 合成弯矩图 画轴转矩图 轴受转矩 转矩图 许用应力 许用应力值 应力校正系数α 画当量弯矩图 当量转矩 当量弯矩 当量弯矩图 42598.747 校核轴颈 轴颈 64 FR1” Ft1 FR2” FR1” 149.5 97 Fa1 FQ FR1’ Fr1 FR1’ FR2’ Fr Fa FQ FR2” FR1” Ft1 54102.598 73406.033 101283.035 100181.354 合成弯矩 124196.415 113856.905 101283.035 73573 42598.747 T=T1 插入法查表16.2得 如上图所示 在带轮中间截面处 在左侧轴承中间截面处 在小齿轮中间截面偏左处 在小齿轮中间截面偏右处 124196.415 121565.002 109876.786 带轮处: 因为带轮处有键,故 轴承处: 计算时应以较大的当量弯矩计算,故 齿轮处: 因为齿轮处有键,故 d1=67.2mm T1=73573N Ft1=2189.673N T=73573N·mm (二) 轴Ⅲ的计算 假设轴的材料为40Cr(调质),则δB=980MPaδS=785MPa由之前所知轴ⅢP=3.108kw,转速n=105.033rpm。由已知可估算轴颈d。 参考式16.2,取C=98,则 根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度。 1、 左轴承中心到低速级小齿轮中心的距离: 2、 低速级小齿轮中心到高速级大齿轮中心的距离: 3、 高速级大齿轮中心到右轴承中心的距离: 计算项目 计算内容 计算结果 计算齿轮受力 大齿轮螺旋角β1 小齿轮螺旋角β2 大齿轮直径的d1 大齿轮直径的d2 转矩T1 大齿轮受力 圆周力Ft1 径向力Fr1 轴向力Fa1 小齿轮受力 圆周力Ft2 径向力Fr2 轴向力Fa2 画轴受力图 FR1” Fa2 Fr1 Fa1 79 79.5 65 计算支撑反力 水平面反力 垂直面反力 水平面(xy)受力图 垂直面(xz)受力图 画轴弯矩图 水平面弯矩图Mxy 垂直面弯矩图Mxz 合成弯矩图 画轴转矩图 转矩图 许用应力 许用应力值 应力校正系数α 画当量弯矩图 当量转矩 当量弯矩 当量弯矩图 校核轴颈 轴颈 大齿轮所受到的力应与Ⅱ轴小齿轮所受力的大小相等,方向相反 Ft1 FR1’ FR2” “ Fr2 Ft2 FR1’ Fr2 Fr1 Fa1 FR2’ Fa2 FR1’ Ft1 Ft2 FR2” FR2” 85895.947 43905.918 45677.247 349932.712 33308.223 252806.608 合成弯矩 360320.714 256590.872 352901.281 254991.409 282562 169537.2 插入法查表16.2得 如上图所示 在小齿轮中间截面偏右处 在小齿轮中间截面偏右处 在大齿轮中间截面偏左处 在大齿轮中间截面偏右处 398213.359 306208.231 352901.281 256590.872 计算时应以较大的当量弯矩计算,故 小齿轮处: 因为带轮处有键,故 大齿轮处: 因为齿轮处有键,故 d1=266.8mm d2=266.8mm T1=73573N Ft1=2189.673N Ft2=5651.140N (三) 轴Ⅳ的计算 假设轴的材料为40Cr(调质),则δB=980MPaδS=785MPa由之前所知轴ⅢP=2.985kw,转速n=35.071rpm。由已知可估算轴颈d。 参考式16.2,取C=98,则 根据指导书5-1图所给出的参数初定主动轴的长度。 1、左轴承中心到低速级大齿轮中心的距离: 2、 低速级大齿轮中心到右轴承中心的距离: 计算项目 计算内容 计算结果 计算齿轮受力 斜齿轮螺旋角β 斜齿轮直径的d1 转矩 大齿轮受力 FR1’ 画轴受力图 计算支撑反力 水平面反力 垂直面反力 水平面(xy)受力图 垂直面(xz)受力图 画轴弯矩图 水平面弯矩图Mxy 垂直面弯矩图Mxz 合成弯矩图 画轴转矩图 轴受转矩 转矩图 许用应力 许用应力值 应力校正系数α 画当量弯矩图 当量转矩 当量弯矩 当量弯矩图 校核轴颈 轴颈 大齿轮受力应与Ⅲ轴小齿轮所受力的大小相等,方向相反。 Ft FR1” Fr FR2” FR2’ Fa FR2’ Fa FR1’ Fr FR2” FR1” Ft 148764.349 28108.247 288643.09 合成弯矩 324723.983 290008.460 813998 488398.8 T=813998N·mm 插入法查表16.2得 如上图所示 在大齿轮中间截面偏左处 在大齿轮中间截面偏右处 在右侧轴承处 568012.283 488398.8 324723.983 计算时应以较大的当量弯矩计算,故 齿轮处: 因为齿轮处有键,故右侧轴承处: 联轴器处: 因为联轴器处有键,故 d1=300mm T1=813998N Ft1=5651.24N 六、 轴承的选择与设计 因减速箱工作时间为33600小时,故假定轴承工作时间为17000小时。选择脂润滑 (一)、轴II上滚动轴承的设计 初选型号 Cr/N C0r/N D/mm B/mm N0/(r/min) 7206AC 22000 14200 62 16 9000 计算项目 计算内容 计算结果 轴承1所受径向力 轴承2所受径向力 轴承1的附加轴向力 轴承2的附加轴向力 轴向力 轴Ⅱ上轴向力图 轴承的轴向力 e X,Y 冲击载荷系数 当量动载荷P 计算额定载荷 由表18.4 由表18.4 Fs2 Fa Fs1 因为,故 表18.7 表18.8 根据基本额定动载荷Cr>Cr' 可得,轴承强度条件符合。 e=0.68 X=1 Y=0 =1.1 P=1646.948N (二)、轴III上滚动轴承的设计 初选型号 Cr/N C0r/N D/mm B/mm N0/(r/min) 7207AC 29000 19200 72 17 8000 计算项目 计算内容 计算结果 轴承1所受径向力 轴承2所受径向力 轴承1的附加轴向力 轴承2的附加轴向力 轴向力 轴Ⅲ上轴向力图 轴承的轴向力 e X,Y 冲击载荷系数 当量动载荷P 计算额定载荷 由表18.4 由表18.4 Fa2’ Fa1’ Fs2 Fs1 因为,故 表18.7 表18.8 根据基本额定动载荷Cr>Cr' 可得,轴承强度条件符合。 e=0.68 X=1 Y=0 =1.1 P=4762.242N (三)、 轴IV上滚动轴承的设计 初选型号 Cr/N C0r/N D/mm B/mm N0/(r/min) 7010AC 25200 21000 80 16 7500 计算项目 计算内容 计算结果 轴承1所受径向力 轴承2所受径向力 轴承1的附加轴向力 轴承2的附加轴向力 轴向力 轴Ⅱ上轴向力图 轴承的轴向力 e X,Y 冲击载荷系数 当量动载荷P 计算额定载荷 由表18.4 由表18.4 Fs2 Fa’ Fs1 因为,故 表18.7 表18.8 根据基本额定动载荷Cr>Cr' 可得,轴承强度条件符合。 e=0.68 X1=1,Y1=0 X2=0.41,Y2=0.87 =1.1 P1=4521.473N P2=1674.933N 七、键联接的设计 设计要求: 根据轴径选择键,键材料为45号钢(调质),取[]=110MPa。由安装位置可知大带轮处选C型键,联轴器处选B型键,其余处选A型键。 设计参数: 轴径d 键槽宽 b 轮毂长L1 键长L(比轮毂小5~10mm,标准值) 有效长度L’ 连接传递的转矩T’允许最大转矩T= 标号 位置 d mm b×h L1mm L mm L’ mm T’ N.mm T N.mm 1 大带轮 25 8x7 50 45 41 73573 197312.5 2 高速小齿轮 40 12x8 58 50 38 73573 300960 3 高速大齿轮 46 14x9 57 45 31 282562 286440 4 低速小齿轮 46 14x9 88 80 66 282562 609840 5 低速大齿轮 60 18x11 80 72 54 813998 831600 6 联轴器 45 14x9 84 80 80 813998 891000 八、联轴器的计算与设计 初步分析,由通用性及适合本传动装置的工作条件,选用弹性柱销联轴器。 T=813998N·mm 由表19.3,动力机为电动机,工作机载荷平稳,取 K=1.4 Tc=KT=1.4X813998=119597.2N·mm 根据:Tn>Tc 取LX3型 J型轴孔 Tn=1250000N.mm d=45mm L=84mm 九、 减速器润滑方式,润滑油牌号及密封方式的选择 齿轮的润滑方式及润滑剂的选择 齿轮润滑方式的选择 高速级小齿轮圆周 速度: 高速级大齿轮圆周 速度: 低速级小齿轮圆周 速度: 低速级大齿轮圆周 速度: 滚动轴承的润滑方式和润滑剂的选择 滚动轴承内径和转速的乘积为: 高速轴(II轴): 中间轴(III轴): 低速轴(IV轴): 滚动轴承润滑剂的选择 V=V1 V=V3 (1)齿轮润滑方式的选择 V=MAX【V, V, V, V】=1.492m/s V<12 m/s,齿轮采用浸油润滑。 即将齿轮浸于减速器油池内,当齿轮转动时,将润滑油带到啮合处,同时也将油甩直箱壁上用以散热。 (2)齿轮润滑剂的选择 由表6-29查得,齿轮润滑油选用工业闭式齿轮油, 代号是:32,GB443—84 运动粘度为:28.8~35.2(单位为:,40℃)。 d×n=30×420.131=12603.93mm·r/min d×n=35×105.033=3676.155mm·r/min d×n=50×35.017=1750.085mm·r/min 可见,d×n均未超过2×105mm r/min。由于脂润滑易于密封,结构简单,维护方便,在较长的时间内无须补充及更换润滑剂,所以滚动轴承的润滑选用脂润滑。 脂的种类为通用锂基润滑脂(GB7324-87),代号为ZL-2,滴点不低于175℃,工作锥入度,25℃每150g 265~295(1/10mm)。 V=1.492m/s V=1.492m/s V=0.550m/s V=0.550m/s 齿轮采用油润滑 齿轮采用浸油润滑 工业闭式齿轮油 代号是:32 滚动轴承采用脂润滑 代号为ZL-2 密封方式的选择 滚动轴承在透盖处的密封选择 滚动轴承靠近箱体内壁的密封 箱体密封选择 放油螺塞 凸缘式轴承端盖 检查孔盖 滚动轴承采用毡圈密封。 使用挡油环 箱体剖分面上应该用水玻璃密封或者密封胶密封 采用材质为石棉橡胶板的油封垫 使用调整垫片组进行密封 采用软钢纸板进行密封 十、装配图设计 (一)、装配图的作用 作用:装配图表明减速器各零件的结构及其装配关系,表明减速器整体结构,所有零件的形状和尺寸,相关零件间的联接性质及减速器的工作原理,是减速器装配、调试、维护等的技术依据,表明减速器各零件的装配和拆卸的可能性、次序及减速器的调整和使用方法。 (二)、减速器装配图的绘制 1、装备图的总体规划: (1)、视图布局: ①、选择3个基本视图,结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。 ②、选择俯视图作为基本视图,主视和左视图表达减速器外形,将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。 布置视图时应注意: a、整个图面应匀称美观,并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。 b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。 (2)、尺寸的标注: ①、特性尺寸:用于表明减速器的性能、规格和特征。如传动零件的中心距及其极限偏差等。 ②、配合尺寸:减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如:轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。 ③、外形尺寸:减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。 ④、安装尺寸:减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。 (3)、标题栏、序号和明细表: ①、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。查GB10609.1-1989和GB10609.2-1989标题栏和明细表的格式。 ②、装备图中每个零件都应编写序号,并在标题栏的上方用明细表来说明。 (4)、技术特性表和技术要求: ①、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式参考机械设计标准,布置在装配图右下方空白处。 ②、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。 2、绘制过程: (1)、画三视图: ①、绘制装配图时注意问题: a先画中心线,然后由中心向外依次画出轴、传动零- 配套讲稿:
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