機(jī)械設(shè)計(jì)電子教案第六章 蝸桿傳動(dòng)

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1、 第六章第六章 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)?xùn)|北大學(xué)國(guó)家工科機(jī)東北大學(xué)國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地目目 錄錄6-1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型6-2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸6-3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料6-4 蝸桿傳動(dòng)的受力分析、轉(zhuǎn)向判定與滑動(dòng)速度6-5 蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算6-6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)3 3、傳動(dòng)比大,準(zhǔn)確恒定,一般、傳動(dòng)比大,準(zhǔn)確恒定,一般 i=5=580802 2、重合度大,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲低、重合度大,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲低 (連續(xù)嚙合)(連續(xù)嚙合)6 6、齒面間滑動(dòng)速度大,發(fā)熱磨損大(需熱平衡計(jì)算)、

2、齒面間滑動(dòng)速度大,發(fā)熱磨損大(需熱平衡計(jì)算)5 5、可實(shí)現(xiàn)自鎖(效率低于、可實(shí)現(xiàn)自鎖(效率低于40%40%)904 4、傳動(dòng)效率低,、傳動(dòng)效率低,z z1 1=1=0.7=1=0.70.75,0.75,z z1 1=2=0.75=2=0.750.820.827 7、技術(shù)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù):n:n1 1=4000 r/min;v=4000 r/min;v1 1=69 m/s;=69 m/s;P=1000kW;T P=1000kW;T2 2=700 kNm=700 kNm1 1、傳遞空間交錯(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用、傳遞空間交錯(cuò)軸間運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力常用二、類型二、類型 6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型、圓圓環(huán)環(huán)面

3、面蝸蝸桿桿2、圓圓錐錐蝸蝸桿桿3、圓圓柱柱蝸蝸桿桿1)阿阿基基米米德德蝸蝸桿桿(ZA)1()漸漸開開線線蝸蝸桿桿(ZI)2(圓圓弧弧圓圓柱柱蝸蝸桿桿)5()延延伸伸漸漸開開線線蝸蝸桿桿(ZN)3()錐錐面面包包絡(luò)絡(luò)圓圓柱柱蝸蝸桿桿(ZK)4()阿阿基基米米德德蝸蝸桿桿(ZA)1(6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型、圓圓柱柱蝸蝸桿桿1齒型:軸垂面:阿基米德螺線齒型:軸垂面:阿基米德螺線 軸軸 面:直廓(面:直廓(x1=20直齒條齒廓直齒條齒廓)特點(diǎn):加工方便,應(yīng)用廣,不能磨削,精度低特點(diǎn):加工方便,應(yīng)用廣,不能磨削,精度低加工:直刃車刀,切削刃過(guò)軸線加工:直刃車刀,切削刃過(guò)軸線6-16-1蝸桿傳動(dòng)

4、的特點(diǎn)和類型)漸漸開開線線蝸蝸桿桿(ZI)2(加工:兩把梯形直刃刀加工,切削刃面與蝸桿基圓柱相切加工:兩把梯形直刃刀加工,切削刃面與蝸桿基圓柱相切 齒形:軸垂面:漸開線,齒形:軸垂面:漸開線,軸剖面:凸齒廓軸剖面:凸齒廓 基圓柱切面基圓柱切面:直齒廓直齒廓 特點(diǎn):可滾切、磨削,制造精度高特點(diǎn):可滾切、磨削,制造精度高6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型)延延伸伸漸漸開開線線蝸蝸桿桿(ZN)3(加工:直刃車刀切削刃面在蝸桿螺旋線法面內(nèi)加工:直刃車刀切削刃面在蝸桿螺旋線法面內(nèi) 齒形:蝸桿:軸垂面:延伸漸開線,齒形:蝸桿:軸垂面:延伸漸開線,軸剖面:凸齒廓軸剖面:凸齒廓 法法 面:直廓(齒形角面:直廓(

5、齒形角n=20)特點(diǎn):可車、指狀銑刀、盤銑刀加工,磨削困難特點(diǎn):可車、指狀銑刀、盤銑刀加工,磨削困難6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型)(錐錐面面包包絡(luò)絡(luò)圓圓柱柱蝸蝸桿桿蝸蝸桿桿ZK)4(加工:直刃銑刀或砂輪在蝸桿螺旋線齒間法面內(nèi)加工:直刃銑刀或砂輪在蝸桿螺旋線齒間法面內(nèi)齒形:蝸桿:軸垂面:近似阿基米德螺線齒形:蝸桿:軸垂面:近似阿基米德螺線 軸剖面:凸齒廓軸剖面:凸齒廓 齒法面:凸齒廓齒法面:凸齒廓特點(diǎn):不能車,可銑、可磨獲得高精度,應(yīng)用廣泛特點(diǎn):不能車,可銑、可磨獲得高精度,應(yīng)用廣泛6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型圓圓弧弧圓圓柱柱蝸蝸桿桿)5(加工:凸圓弧車刀車削加工加工:凸圓弧車刀車削加工

6、齒形:蝸桿軸剖面:凹圓弧齒形:蝸桿軸剖面:凹圓弧 蝸輪端面齒廓:蝸輪端面齒廓:凸凸圓弧圓弧特點(diǎn):高承載特點(diǎn):高承載(普蝸普蝸50%)50%)、高效、高效90%90%、應(yīng)用廣泛、應(yīng)用廣泛6-16-1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型、圓圓環(huán)環(huán)面面蝸蝸桿桿2、圓圓錐錐蝸蝸桿桿3三、精度等級(jí)三、精度等級(jí) 6-26-2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型1 1、精度等級(jí):、精度等級(jí):GB10095-88GB10095-88規(guī)定,規(guī)定,1-121-12級(jí)(級(jí)(1212級(jí)最低)級(jí)最低)2 2、精度選擇:傳動(dòng)功率、使用條件、蝸輪圓周速度、精度選擇:傳動(dòng)功率、使用條件、蝸輪圓周速度 (P141P141表表6-16-1)6-26-2蝸桿傳動(dòng)

7、的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇1 1、模數(shù)、模數(shù)m m和齒形角和齒形角a a(1 1)中間平面:)中間平面:過(guò)蝸桿軸線、過(guò)蝸桿軸線、垂直蝸輪軸線的平面垂直蝸輪軸線的平面(2 2)嚙合關(guān)系:齒條、齒輪嚙合)嚙合關(guān)系:齒條、齒輪嚙合 mx1=mt2=m;a ax1=a at2=a a ;2 2=1 1 a a a acostantan11nx(3)(3)基準(zhǔn)蝸桿齒形角:基準(zhǔn)蝸桿齒形角:阿基米德蝸桿(阿基米德蝸桿(ZAZA):):a ax1x1=20=20 延伸漸開線蝸桿(延伸漸開線蝸桿(ZNZN):):a an1n1=20=20 漸開線蝸桿(漸開線蝸桿(ZIZI):):a a

8、n1n1=20=20 法面與軸面齒形角的關(guān)系:法面與軸面齒形角的關(guān)系:中間平面6-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇2 2、蝸桿的分度圓直徑、蝸桿的分度圓直徑d d1 1分析:蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同,分析:蝸輪滾刀的形狀、尺寸和與之嚙合的蝸桿尺寸基本相同,為了限制滾刀的數(shù)目,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)應(yīng)每一模數(shù)為了限制滾刀的數(shù)目,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)應(yīng)每一模數(shù),僅有有限僅有有限 數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d d1 1。mzpzdx1111tan)(tan11mqzmd 直直徑徑:d1(分度圓周長(zhǎng))mz1m6-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺

9、寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇3 3、蝸桿的頭數(shù)、蝸桿的頭數(shù)z z1 1、z z2 2按傳動(dòng)比按傳動(dòng)比與與效率要求選定效率要求選定選取原則:選取原則:(1)i(1)i大,取大,取z z1 1小,(避免小,(避免z z2 2過(guò)大,蝸輪尺寸大)過(guò)大,蝸輪尺寸大)(2)(2)傳遞功率大,選大傳遞功率大,選大z z1 1(避免發(fā)熱、功率損失避免發(fā)熱、功率損失)(3)z(3)z1 1=1=1、2 2、4 4、6 6(4)z(4)z2 2=27=278080(d d2 2、m m、z z2 2 的關(guān)系)的關(guān)系)z z1 1小,機(jī)構(gòu)緊湊、加工方便;效率較低;小,機(jī)構(gòu)緊湊、加工方便;效率較低;z z1

10、 1大,效率越高,加工困難。大,效率越高,加工困難。通常蝸桿頭數(shù)取為通常蝸桿頭數(shù)取為1 1、2 2、4 4、6 6。6-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和尺寸一、主要參數(shù)與選擇一、主要參數(shù)與選擇4 4、主要尺寸主要尺寸111tanmzzmd 22mzd )(21tan(21)(2121)2121zzmzzmdda 121221ddzznni 蝸輪蝸輪 蝸桿蝸桿二二.蝸桿傳動(dòng)變位蝸桿傳動(dòng)變位6-26-2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸2 2、變位特點(diǎn):刀具相對(duì)蝸輪輪坯徑向移動(dòng),刀具參數(shù)不變、變位特點(diǎn):刀具相對(duì)蝸輪輪坯徑向移動(dòng),刀具參數(shù)不變mxaa2 maax/)(2 4 4、變位系數(shù):、變位系數(shù):中心距中

11、心距 變位系數(shù)變位系數(shù) /22dd mxdd2112 3 3、變位傳動(dòng):蝸輪變位、蝸桿不變、變位傳動(dòng):蝸輪變位、蝸桿不變 蝸輪尺寸改變,分圓節(jié)圓重合蝸輪尺寸改變,分圓節(jié)圓重合 蝸桿尺寸不變,節(jié)圓與分度圓不重合蝸桿尺寸不變,節(jié)圓與分度圓不重合1 1、變位目的:、變位目的:(1)(1)湊中距湊中距(2)(2)提高承載能力和傳動(dòng)效率提高承載能力和傳動(dòng)效率6-36-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1 1、蝸桿剛度不足:蝸桿剛度不足:蝸桿齒強(qiáng)度高,只計(jì)算軸強(qiáng)度、剛度蝸桿齒強(qiáng)度高,只計(jì)算軸強(qiáng)度、剛度2 2、蝸輪膠合、點(diǎn)蝕、磨損蝸輪膠合、點(diǎn)蝕、磨損(條件性

12、設(shè)計(jì))(條件性設(shè)計(jì))閉式傳動(dòng):按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)(降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合)閉式傳動(dòng):按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)(降低許用應(yīng)力考慮磨損、膠合)校核彎曲強(qiáng)度校核彎曲強(qiáng)度開式傳動(dòng):按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)開式傳動(dòng):按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)3 3、系統(tǒng)過(guò)熱:熱平衡計(jì)算、系統(tǒng)過(guò)熱:熱平衡計(jì)算二、常用材料二、常用材料要求:強(qiáng)度足夠,良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力要求:強(qiáng)度足夠,良好的減摩性、耐磨性、抗膠合能力6-36-3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常用材料蝸輪材料蝸輪材料:錫青銅錫青銅:(ZCuSn10Pb1等等),耐磨好,價(jià)格高,用于耐磨好,價(jià)格高,用于V VS S 3 m/s鋁青銅鋁青銅:(ZCuAl19Mn2等等),耐磨差,強(qiáng)

13、度高,價(jià)格低,耐磨差,強(qiáng)度高,價(jià)格低V VS S 2 m/s鑄鑄 鐵:耐磨差,強(qiáng)度低,價(jià)格低,有自鎖要求傳動(dòng)鐵:耐磨差,強(qiáng)度低,價(jià)格低,有自鎖要求傳動(dòng)蝸桿材料:蝸桿材料:高速重載高速重載合金鋼合金鋼 滲碳淬火滲碳淬火(15Cr,20Cr,20CrMnTi)、硬度、硬度5 5862HRC 表面淬火表面淬火(45,40Cr,40CrNi)、硬度、硬度4550HRC 一般低速中載一般低速中載碳鋼碳鋼(40,45)調(diào)質(zhì),硬度調(diào)質(zhì),硬度200300HBS一、輪齒受力分析一、輪齒受力分析6-46-4蝸桿傳動(dòng)受力分析和載荷計(jì)算a211t12FdTF 2122t2a122diTdTFF 1t2r2r1tanx

14、FFFa a a a a a coscosFcoscosFn1t2n1a1nF iTT121、大小與相互關(guān)系、大小與相互關(guān)系判判定定:左左右右手手定定則則、蝸蝸桿桿軸軸向向力力a12F3 3、轉(zhuǎn)向判定、轉(zhuǎn)向判定)()2()()1(ttt向向力力關(guān)關(guān)系系主主動(dòng)動(dòng)輪輪旋旋向向、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向與與軸軸主主動(dòng)動(dòng)輪輪左左右右手手定定則則同同向向與與反反向向,與與圓圓周周力力從從從從主主主主vFvFF6-46-4蝸桿傳動(dòng)受力分析和載荷計(jì)算6-46-4蝸桿傳動(dòng)受力分析與載荷計(jì)算)(/15cos1滑滑動(dòng)動(dòng)速速度度大大,發(fā)發(fā)熱熱大大smvvs 4 4、滑動(dòng)速度、滑動(dòng)速度V VS S二、載荷計(jì)算二、載荷計(jì)算 a a c

15、oscosKFn1t2nncKFF計(jì)算載荷:計(jì)算載荷:KKKKvA)高高速速取取大大值值動(dòng)動(dòng)載載系系數(shù)數(shù)(2.11 vK66 使使用用系系數(shù)數(shù),表表AK)載載荷荷平平穩(wěn)穩(wěn)取取小小齒齒向向載載荷荷分分布布系系數(shù)數(shù)(6.11 K6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算一、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算(按齒輪方法推導(dǎo))一、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算(按齒輪方法推導(dǎo))1 1、計(jì)算模型:中間平面,齒條與齒輪嚙合(斜齒)、計(jì)算模型:中間平面,齒條與齒輪嚙合(斜齒)2 2、接觸應(yīng)力計(jì)算、接觸應(yīng)力計(jì)算 LFZncEH a a coscos2 )1(122nnncdKTKFF計(jì)算載荷:計(jì)算載荷:a aa aa acos360,8.1

16、75.029.1 )2(1/minmin1/mindLLdLL蝸蝸輪輪包包圍圍蝸蝸桿桿理理論論弧弧長(zhǎng)長(zhǎng)端端面面重重合合度度接接觸觸線線長(zhǎng)長(zhǎng)度度變變動(dòng)動(dòng)系系數(shù)數(shù)接接觸觸線線長(zhǎng)長(zhǎng):12sincos21 (3)xda a 6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算2/1604mmNZE)(49622212HHzmdKT 校校核核式式:322212496mmzKTdmH 設(shè)計(jì)式:設(shè)計(jì)式:NHHZ 87101NZZNNH 主要產(chǎn)生點(diǎn)蝕,主要產(chǎn)生點(diǎn)蝕,錫青銅抗膠合能力強(qiáng),錫青銅抗膠合能力強(qiáng),與速度有關(guān),與速度有關(guān),鋁青銅、鑄鐵磨損失效鋁青銅、鑄鐵磨損失效6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算二、蝸輪齒根彎強(qiáng)度計(jì)算(按斜齒

17、輪近似計(jì)算二、蝸輪齒根彎強(qiáng)度計(jì)算(按斜齒輪近似計(jì)算)1 1、計(jì)算模型:、計(jì)算模型:按斜齒輪近似計(jì)算按斜齒輪近似計(jì)算32221222212cos53.1/cos53.1mmYzKTdmmmNYmddKTFaFFFaF 設(shè)計(jì)式:設(shè)計(jì)式:校核式:校核式:2 2、彎強(qiáng)度計(jì)算式、彎強(qiáng)度計(jì)算式96/10 (1)NYFNFF 許用應(yīng)力許用應(yīng)力式中:式中:86cos2322 查查表表按按當(dāng)當(dāng)量量齒齒數(shù)數(shù))(zzYvFa11112arctan )3(dmzdmdm 精精算算、取取標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn);計(jì)計(jì)算算按按彎彎強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí),初初取取6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算三、蝸桿剛度計(jì)算(略)三、蝸桿剛度計(jì)算(略)1

18、 1、閉式蝸桿傳動(dòng)效率、閉式蝸桿傳動(dòng)效率四、蝸桿傳動(dòng)效率與熱平衡計(jì)算四、蝸桿傳動(dòng)效率與熱平衡計(jì)算=1.2.3(1 1)1 1嚙合效率嚙合效率)tan(tan1v v當(dāng)量摩擦角,可根據(jù)滑動(dòng)速度vs選取,cos100060cos111ndvvs 蝸桿分度圓導(dǎo)程角;蝸桿分度圓導(dǎo)程角;d d1 1蝸桿分度圓直徑;蝸桿分度圓直徑;n n1 1蝸桿的轉(zhuǎn)速。蝸桿的轉(zhuǎn)速。z1=1,z1=2,z1=4 z1=6=0.7 =0.7 =0.8 =0.8 =0.9 =0.9 =0.95=0.95估算估算總效率總效率(2 2)2 2軸承效率軸承效率 3 3攪油效率攪油效率一般取一般取 2 2.3 3=0.95=0.95

19、0.960.966-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算、閉式蝸桿熱平衡計(jì)算、閉式蝸桿熱平衡計(jì)算120211)()1(1000HHttAKHPHd 熱熱平平衡衡條條件件:散散熱熱功功率率:發(fā)發(fā)熱熱功功率率:CAKPttd)1(100010 平平衡衡油油溫溫:AA有效散熱面積(箱內(nèi)高溫油可濺到、箱外可散熱)有效散熱面積(箱內(nèi)高溫油可濺到、箱外可散熱)P P1 1蝸桿傳動(dòng)的功率蝸桿傳動(dòng)的功率K Kd d箱體表面散熱系數(shù)(箱體表面散熱系數(shù)(8.158.1517.45 W/m17.45 W/m2 2 C C)tt油的工作溫度油的工作溫度t t0 0周圍空氣溫度周圍空氣溫度Ctt8075熱熱平平衡衡條條件件:6

20、-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3 3、蝸桿傳動(dòng)散熱措施、蝸桿傳動(dòng)散熱措施(1)加散熱片以增大散熱面積加散熱片以增大散熱面積(2)在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣流通散熱片濺油輪風(fēng)扇過(guò)濾網(wǎng)集氣罩空氣流空氣流6-56-5蝸桿傳動(dòng)承載能力計(jì)算3 3、蝸桿傳動(dòng)散熱措施、蝸桿傳動(dòng)散熱措施(3)加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻加冷卻管路或壓力噴油循環(huán)潤(rùn)滑冷卻通水油泵過(guò)濾器冷卻器傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動(dòng)箱外裝循環(huán)冷卻器6-66-6蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)一、蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大,所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋蝸桿螺旋部分的直徑不大,所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸

21、桿螺旋部分的直徑較大時(shí),可以將軸與蝸桿分開制作。部分的直徑較大時(shí),可以將軸與蝸桿分開制作。無(wú)退刀槽,加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法無(wú)退刀槽,加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法 有退刀槽,螺旋部分可用車制,也可用銑制加工,但該結(jié)構(gòu)的剛度有退刀槽,螺旋部分可用車制,也可用銑制加工,但該結(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。較前一種差。6-66-6蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2二、蝸輪的結(jié)構(gòu)二、蝸輪的結(jié)構(gòu)為了減摩的需要,蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材,當(dāng)蝸輪直為了減摩的需要,蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材,當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí),采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu),齒圈用青銅,輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常徑較大時(shí),采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu),齒圈用青銅,輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下:用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下:整體式蝸輪配合式蝸輪拼鑄式蝸輪螺栓聯(lián)接式蝸輪本章結(jié)束本章結(jié)束謝謝觀看/歡迎下載BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH

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