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北方工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)期末考試要點(diǎn)

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1、考試科目:機(jī) 械設(shè)計(jì) 考試時(shí)間:120 分鐘試卷總分100分題號(hào)一二三四五總分得分評(píng)卷 教師得一、簡(jiǎn)答題 (本大題共4小題,總計(jì)26分)分1、齒輪強(qiáng)度計(jì)算中,有哪兩種強(qiáng)度計(jì)算理論?分別針對(duì)哪些失效?若齒輪傳動(dòng)為閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng),其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是什么?( 6分)齒面的接觸疲勞強(qiáng)度和齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算,齒面的接觸疲勞強(qiáng)度針對(duì)于齒面的疲勞點(diǎn)蝕失效和齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度針對(duì)于齒根的疲勞折斷。齒輪傳動(dòng)為閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng),其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是按齒面的接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),校 核齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。2、連接螺紋能滿足自鎖條件,為什么還要考慮防松?根據(jù)防松原理,防松 分哪幾類? (8分)因?yàn)樵跊_擊、振動(dòng)、變載以及溫度變化大時(shí)

2、,螺紋副間和支承面間的摩 擦力可能在瞬間減小或消失,不再滿足自鎖條件。這種情況多次重復(fù),就會(huì) 使聯(lián)接松動(dòng),導(dǎo)致機(jī)器不能正常工作或發(fā)生嚴(yán)重事故。因此,在設(shè)計(jì)螺紋聯(lián) 接時(shí),必須考慮防松。根據(jù)防松原理,防松類型分為摩擦防松,機(jī)械防松, 破壞螺紋副關(guān)系防松。3、聯(lián)軸器和離合器的功用是什么?二者的區(qū)別是什么? (6分)聯(lián)軸器和離合器的功用是聯(lián)接兩軸使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。二者區(qū)別是:用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸在工作中不能分離,只有在停機(jī)后拆卸零件才能分離兩 軸,而用離合器可以在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中隨時(shí)分離或接合兩軸。4、鏈傳動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)載荷的原因是什么?為減小動(dòng)載荷應(yīng)如何選取小鏈輪的齒數(shù)和鏈條節(jié)距? ( 6分)k薛前進(jìn)速

3、度變化。械:=研不穩(wěn)定.22、睫上下垂直速度變化= 4?刈尸橫向振動(dòng),共振原因值髓產(chǎn)生動(dòng)載荷。工瞬時(shí)嚙合的相對(duì)速度引起沖擊、動(dòng)載荷.4、由于鏈條松弛,起動(dòng),制動(dòng),反轉(zhuǎn),突然超載卸載出現(xiàn)沖擊、動(dòng)裁荷.小鏈輪的齒數(shù)不宜過小和鏈條節(jié)距不宜過大。得二、選擇題(在每題若干個(gè)選項(xiàng)中選出正確的選項(xiàng)填在橫分線上。本大題共12小題,總計(jì)24分)1、當(dāng)兩個(gè)被聯(lián)接件之一太厚,不易制成通孔且需要經(jīng)常拆卸時(shí),往往采用 B。A.螺栓聯(lián)接B.雙頭螺柱聯(lián)接C.螺釘聯(lián)接2、滾動(dòng)軸承中,為防止軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕,應(yīng)進(jìn)行 A 。A.疲勞壽命計(jì)算B.靜強(qiáng)度計(jì)算C.極限轉(zhuǎn)速驗(yàn)算3、阿基米德蝸桿的 A參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。A.軸面 B.端面 C.

4、法面4、一對(duì)相嚙合的圓柱齒輪的Zib2,其齒面接觸應(yīng)力的大小為A. )H1=6 H2 B.6 H1)H2 C.6 H1 eeFr 2YXYXY0.40100.41.52:直徑系列代號(hào));12:內(nèi)徑系列代號(hào),內(nèi)徑為60mm;公差等級(jí)為。級(jí)1)求內(nèi)部派生軸向力S1、S2的大小方向Fr1 6000S1=2000 N2Y 2 1.5c Fr2 16500S25500 N2Y 2 1.5方向如圖所示。& +Fa =5000N e = 0.40,得:治=0.4, 丫1 =1.5P1 = fd (X1 Fr1 + Y1 Fa1)= 0.4 X 6000 + 1.5X 2500 = 6150 N據(jù):Fa2/

5、Fr2 = 5500/16500 = 0.33 P1,用P2計(jì)算軸承壽命。4)計(jì)算軸承壽命L10h= 12562 h106 C y_ 106 父97800:360n P -60 500165002、一牽曳鉤用2個(gè)M10(d1=8.376mm)的普通螺栓固定于機(jī)體上,如圖所示已知接合面間摩擦系數(shù)f =0.15,可靠性系數(shù)Kf=1.2,螺栓材料強(qiáng)度級(jí)別為6.6級(jí),屈服極限(s=360MPa,安全系數(shù)S=3。試計(jì)算該螺栓組連接允許的最大牽引力Rmax=? (6分)許用應(yīng)力:360/3=120MPa預(yù)緊力為 由公式d 一叮壯可求出預(yù)緊力:F=5083.7NfF zm _ K f R最大牽引力與預(yù)緊力關(guān)

6、系公式為最大牽引力為R=1271N得五、改錯(cuò)題 (本題10分)分試分析如圖所示軸系結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤,并加以改正。(指出錯(cuò)誤之處,并編上 號(hào),簡(jiǎn)述其錯(cuò)誤原因,并改正之。)(至少改正 5處)指出錯(cuò)誤之處,并編上號(hào),簡(jiǎn)述其錯(cuò)誤原因(略)改正為:一、填空題及選擇填空題(27分,每空1分)1 .當(dāng)動(dòng)壓潤(rùn)滑條件不具備,且邊界膜遭破壞時(shí),就會(huì)出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時(shí)存在的現(xiàn)象,這種摩擦狀態(tài)稱為 混合摩擦。2 . 一公稱直徑為d=16mm的螺紋副,螺紋頭數(shù)n=2,螺距p=4mm,螺 紋中徑d2=D2=14mm,牙側(cè)角 田15o螺紋副材料的當(dāng)量摩擦系數(shù)f =0.080.10,經(jīng)計(jì)算該螺紋副_a自鎖性要求。

7、a.滿足 b.不滿足3.導(dǎo)向平鍵連接的主要失效形式是工作面的磨損,設(shè)計(jì)時(shí)通過限制工作面間的壓強(qiáng)來進(jìn)行耐磨性計(jì)算:半圓鍵的缺點(diǎn)是鍵梢對(duì)軸強(qiáng)度削弱較大,所以主要適用于軸端。4 .作為標(biāo)準(zhǔn)普通V帶工作面的兩側(cè)面夾角為懺40q相應(yīng)的V帶輪 輪梢的兩側(cè)面夾角則b 。a.大于40o b.小于40o c.等于40Q5 .傳動(dòng)帶所能傳遞的最大有效圓周力 Fmax與初拉力F0、帶在小帶輪 上的包角向、帶與帶輪間白摩擦系數(shù)f等因素有關(guān),它們的值越大, Fmax就越大。當(dāng)傳遞的外載荷超過 最大有效圓周力下的承載能力 時(shí),帶在帶輪上發(fā)生打滑現(xiàn)象;而且在傳動(dòng)比大于1的情況下,打滑總是先從小帶輪上開始的,其原因是 帶在小

8、帶輪上的包角小于 大帶輪上的包角 (或 帶在大帶輪上的包角大于小帶輪上的包角)。6 .齒輪傳動(dòng)的五種主要失效形式中,最嚴(yán)重、必須避免的失效形式 是輪齒折斷:軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)最主要的失效形式是齒面疲勞點(diǎn) 蝕;高速重載齒輪傳動(dòng)易發(fā)生 熱膠合;輪齒的塑性變形常發(fā)生在 齒面材料較軟、低速重載、頻繁起動(dòng)的傳動(dòng)中。7 .下列齒輪參數(shù)中,對(duì)齒形系數(shù) yf沒有影響的是 _e。a.齒數(shù) b.變位系數(shù)c.齒頂高系數(shù) d.壓力角 e.模數(shù)8 .按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/292-93規(guī)定,型號(hào)7212 C/DB軸承的類型為 角接觸球軸 丞,寬度類型為 窄系列、精度等級(jí)為 上0_,公稱接觸角 =15 o9 .對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸

9、承,其主要失效形式是 疲勞點(diǎn)蝕,對(duì)于不轉(zhuǎn)動(dòng)、低速 或擺動(dòng)的軸承,主要失效形式是局部塑性變形,對(duì)于高速軸承,發(fā)熱以至膠合是其中要失效形式。10 .滑動(dòng)軸承一般由軸頸、軸瓦、軸承座三者組成,其失效形式主要是 一股合和磨損,主要發(fā)生在軸瓦 上。二、問答題(24分,每小題4分)1 .齒向載荷分布系數(shù)Kb的物理意義是什么?改善齒向載荷分布不均勻狀況 的措施有哪些?Kb物理意義一一考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻?qū)嘄X應(yīng)力的影響系數(shù)。(2分)措施:(答出以下7點(diǎn)中3點(diǎn)以下者1分,答出3點(diǎn)以上者2分)1)齒輪的制造和安裝精度T2)軸、軸承及機(jī)體的剛度T3)齒輪在軸上的布置一一合理選擇4)輪齒的寬度一一設(shè)計(jì)時(shí)合理

10、選擇5)采用軟齒面一一通過跑合使載荷均勻6)硬齒面齒輪一一將齒端修薄、或做成鼓形齒7)齒輪要布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端的位置。2 .試述齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):以下4點(diǎn)各點(diǎn)1分(1)軟齒面閉式齒輪傳動(dòng): 通常先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),然后校核齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度。(2)硬齒面式齒輪傳動(dòng):通常先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。(3)高速重載齒輪傳動(dòng),還可能出現(xiàn)齒面膠合,故需校核齒面膠合強(qiáng)度。(4)開式齒輪傳動(dòng):目前多是按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),并考慮磨損的影響將 模數(shù)適當(dāng)增大(加大1015%)。3 .按照軸所受載荷類型的不同,軸分為那幾種類型?并分別舉例說明。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):以

11、下3點(diǎn)各點(diǎn)1分,舉例正確合計(jì)1分。(1)僅受彎矩M軸心軸,只起支撐零件作用,如自行車前軸。(2)僅受轉(zhuǎn)矩T軸一一傳動(dòng)軸,只傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩不起支撐作用,如汽車后輪傳 動(dòng)軸。(3)既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸一一轉(zhuǎn)軸,既起支撐又起傳運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩作用,如減速器 的輸出軸。4 .給出滾動(dòng)軸承的當(dāng)量靜載荷 P0的定義。當(dāng)量靜載荷是一個(gè)假想載荷,其作用方向與基本額定靜負(fù)荷相同,而在當(dāng)量靜載荷 作用下,軸承的受載最大滾動(dòng)體與滾道接觸處的塑性變形總量與實(shí)際載荷作用下的 塑性變形總量相同。(4分)5 .同滾動(dòng)軸承相比,液體摩擦滑動(dòng)軸承有哪些特點(diǎn)?評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):以下6點(diǎn)中,答出12點(diǎn)2分,答出34點(diǎn)分3分,答出56點(diǎn)4分1)在

12、高速重載下能正常工作,壽命長(zhǎng);2)精度高;滾動(dòng)軸承工作一段時(shí)間后,旋轉(zhuǎn)精度J3)滑動(dòng)軸承可以做成剖分式的 一能滿足特殊結(jié)構(gòu)需要。如曲軸上的軸承;4)液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用,可以吸收震動(dòng),緩和沖擊。5)滑動(dòng)軸承的徑向尺寸比滾動(dòng)軸承的小。6)起動(dòng)摩擦阻力較大。6 .在一些基本假設(shè)條件下,流體形成動(dòng)壓的必要條件是什么?評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):答出1點(diǎn)2分,答出2點(diǎn)3分,答出3點(diǎn)4分1)流體必須流經(jīng)收斂間隙,而且間隙傾角越大則產(chǎn)生的油膜壓力越大。2)流體必須有足夠的速度;3)流體必須是粘性流體。三、分析計(jì)算題(29分,第一小題19分,第二小題10分)1 . 一重物勻速升降裝置采用如圖a所示的電機(jī)+圓柱

13、蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng),已知蝸 桿傳動(dòng)的模數(shù)m =8mm,蝸桿頭數(shù)及分度圓直徑分別為 Zi=1、d產(chǎn)80mm, 蝸輪齒數(shù)22=50,卷筒直徑D=250mm。重物勻速升降的速度 v=40m/min, 最大載重量W為4kN,工況系數(shù)Ka按1.0計(jì),試分析、計(jì)算提升重物時(shí)的下列問題:1)該裝置以40m/min的速度勻速升起重物1m時(shí),蝸桿應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)?并在圖中標(biāo)明蝸桿的轉(zhuǎn)向、蝸輪輪齒旋向、節(jié)點(diǎn)位置處蝸桿及蝸輪的受力 方向。(5分)2)若蝸桿與蝸輪齒面間當(dāng)量摩擦系數(shù) f = 0.18該機(jī)構(gòu)能否自鎖? (2分)3)若重物W=4kN,傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)效率為 0.5,試計(jì)算出電機(jī)的輸 出轉(zhuǎn)矩Tm應(yīng)是多少? ( 2分)4

14、)若蝸輪軸采用如圖b所示的兩個(gè)角接觸軸承7209 C支撐形式,L=100mm,蝸桿傳動(dòng)效率。=0.7,卷筒、聯(lián)軸器(連接蝸輪軸與卷筒 軸)、蝸輪軸上軸承的效率合計(jì)為 皿=0.8,軸承7209 C的基本額定動(dòng) 載荷和基本額定靜載荷分別為 C = 29800N、C0= 23800N,其內(nèi)部軸向 力S=0.4Fr,徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y分別為0.44和1.36 , fT=1.0, fp=1.5,試計(jì)算軸承II的壽命Lh為多少小時(shí)? ( 10分)圖文重物升降裝置傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖b.蝸輪軸的軸承支撐簡(jiǎn)圖1)蝸桿轉(zhuǎn):1*50/(3.14*D)=50/(3.14*0.25)=63.69(轉(zhuǎn))(1 分)

15、蝸輪轉(zhuǎn)速:40/(3.14*0.25) =50.96r/min蝸桿轉(zhuǎn)向(1分)、蝸輪輪齒旋向(1分)、蝸輪蝸桿受力分析方向如圖所示(2分)。2)寫出公式得1分,結(jié)論正確得1分。tan =z1m/d1=1 8/80=0.1tan : =f =0.18.tan : tan : v % =0,843634 xL05N.khm = 5+ 母=口 9及97 xlD押母=吊=0,4S654 x103JT只需計(jì)算軸和的壽命即可.Pfi =尺+ F鞏u = (0.44 X0.S436S4 + 1.36 x0.93297) xlO 3 = 1.64 xlO3N10( frC 10 (1 x29800% 雙 1

16、祇彳前死60n fFP 60 x 50 .96 1.5x1.64 xlO52 .圖c所示為一托架,20kN的載荷作用在托架寬度方向的對(duì)稱線上,用四個(gè)螺栓將托架連接在一鋼制橫梁上,螺栓的相對(duì)剛度為0.3,螺栓組連接采用普通螺栓連接形式,假設(shè)被連接件都不會(huì)被壓潰,試計(jì)算:1)該螺栓組連接的接合面不出現(xiàn)間隙所需的螺栓預(yù)緊力F至少應(yīng)大于多少?(接合面的抗彎剖面模量 W=12.71X 106mm3) (7分)2)若受力最大螺栓處接合面間的殘余預(yù)緊力F 要保證6956N,計(jì)算該螺栓所需預(yù)緊力F 、所受的總拉力F0。(3分)1)(1)、螺栓組聯(lián)接受力分析:將托架受力 情況分 解成下圖所示的受軸向載荷Q和受傾

17、覆力矩M的兩種基本螺栓組連接情況分別考慮。(2分)0:H式圖c.托架(圖中尺寸單位:mm)(山受傾載荷緊螺檢屐接心)受頸甭力矩的繁蝶栓聯(lián)接(2)計(jì)算受力最大螺栓的工作載荷 F: (1分)Q使每個(gè)螺栓所受的軸向載荷均等,為 F1 =Q = 20000 =5000(N)Z 4傾覆力矩M使左側(cè)兩個(gè)螺栓工作拉力減?。皇褂覀?cè)兩個(gè)螺栓工作拉力增加,其值為:_ Ml max2 二 1“ li2i 16 106 227.54 227.52= 6593.41(N)顯然,軸線右側(cè)兩個(gè)螺栓所受軸向工作載荷最大,均為:F =F1 F2 =11593.41(N)(3)根據(jù)接合面間不出現(xiàn)間隙條件確定螺栓所需的預(yù)緊力F,:

18、(4分)預(yù)緊力F的大小應(yīng)保證接合面在軸線右側(cè)不能出現(xiàn)間隙,即:側(cè)邊界=仃2仃%04F1220 x (600 - 200)A8800022000AFl _ 4xF _ F 220x600 - 200) - 88000 22000(1-% )2A(1-0.3)x20000220x(600-200)nCH59(XFi)M6xl06打 %觸 一 丁- 2201血/-20晨 2 Pa12600b曲| 邊界=外尸一159-0 476= 0.05() 0乙乙V V.F(0 159 + 0 476)x22000= 0.635 x22000 = 13970(27)結(jié)論:為保證接合面不出現(xiàn)間隙.螺栓的預(yù)案力至少應(yīng)

19、大于1397。k口2)若 F =6956N,則:(3 分)Fr=產(chǎn)4(1 -)F = 6956 + 0.7 xll593 ,41 = 15071.43(?/) Cq + CqFo = F+ 產(chǎn)”=11593.41+6955 = 18548 .41(JV)四、結(jié)構(gòu)題(20分)1 .試說明實(shí)現(xiàn)軸上零件軸向固定的五種方法,并分別畫出相應(yīng)于各種軸向 固定方法的結(jié)構(gòu)圖;畫出模鍛輪坯、腹板式大齒輪在轉(zhuǎn)軸的軸端實(shí)現(xiàn)軸向 固定與周向固定的結(jié)構(gòu)圖(要求齒輪也要畫出來)。(12分)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):軸向固定:五種方法每種方法各 0.5分,每畫對(duì)一種結(jié)構(gòu)1分;齒輪(2.5分) 在軸端實(shí)現(xiàn)周向固定(普通平鍵)(1分)和軸向固

20、定(軸肩和軸端擋板)(1分)4.5分。模鍛輪坯腹板式大齒輪在軸端的固定2 .圖d和圖e為凸緣聯(lián)軸器的兩個(gè)半聯(lián)軸器的將兩根軸連接起來的兩種形式的部分結(jié)構(gòu),請(qǐng)將未畫出的其余部分補(bǔ)全,成為完整的結(jié)構(gòu)。(5分)3 .現(xiàn)有成品一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速器一臺(tái),輸入軸與小齒輪采用普通平鍵 連接,軸與小齒輪輪轂配合段軸頸直徑 d=40mm,該軸段長(zhǎng)度l=58mm, 鍵梢長(zhǎng)L=50mm,小齒輪輪轂鍵梢深ti=3.3mm。為得到比現(xiàn)有減速器更大 的減速比,現(xiàn)在需要重新設(shè)計(jì)、更換齒輪。已知重新設(shè)計(jì)得到的齒輪模數(shù) m=3.0mm,小齒輪齒頂圓直徑 da產(chǎn)69mm,齒根圓直徑 %=55.5mm,齒寬 bi=60mm,如果采

21、用該小齒輪,試根據(jù)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析:該減速器的輸 入軸是否具有可以繼續(xù)使用的可能性? (3分)標(biāo)準(zhǔn)答案:該小齒輪能否做成齒輪與軸分開決定了這根輸入軸能否繼續(xù)被使用的首要條件:dfi -de =t1255.5 -40-3.3 =7.75 -3.3 =4.45(mm) ; 2.5m =2.5 3 = 7.5(mm)結(jié)論:按著這根軸設(shè)計(jì)小齒輪輪轂結(jié)構(gòu)必須做成齒輪與軸為一體的軸齒輪形式, 小齒輪,原輸入軸不能繼續(xù)被使用,必須重新設(shè)計(jì)輸入軸。因此,如果采用該選擇題:1 5: BCBDC610: DBDDD填空題:1彎矩,轉(zhuǎn)矩2 深溝球軸承,17 3大于,大齒輪齒寬 b2 4兩側(cè)面,上下面5基孔,基軸6

22、靜應(yīng)力,變應(yīng)力,循環(huán)變應(yīng)力7三角形螺紋,梯形螺紋,鋸齒形螺紋8開式傳動(dòng),閉式傳動(dòng)9齒面接觸強(qiáng)度 10齒輪軸二、簡(jiǎn)答題:1. .螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接。2. 降低螺栓總拉伸載荷的變化范圍;改善螺紋牙間的載荷分布;減小應(yīng)力集中;避免或減小附加應(yīng)力。3. 閉式蝸桿傳動(dòng)的功率損耗包括三部分:輪齒嚙合的功率損耗,軸承中摩擦損耗和攪動(dòng)箱體內(nèi)潤(rùn)滑油的油阻損耗。4. 適于中心矩較大的場(chǎng)合;,,,1分帶具有良好的擾性,可緩和沖擊、吸收振動(dòng);,,,1分過載時(shí)帶與帶輪間會(huì)出現(xiàn)打滑,打滑雖使傳動(dòng)失效,當(dāng)可防止損壞其他零件;,2分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉,,,1分5. 鏈板疲勞破壞;,,,1分滾子套筒的沖擊疲勞破壞;,,,1分銷軸與套筒的膠合;,,,1分鏈條較鏈磨損;,,,1分過載拉斷。,,,1分6. 調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承、深溝球軸承、角接觸球軸承、推力圓柱滾子軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承等。,,,0.5分五、結(jié)構(gòu)改錯(cuò)題:共八處錯(cuò)誤

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