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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
班 級(jí)：
專(zhuān) 業(yè)：
指導(dǎo)教師：
一 課題介紹：
1課題名稱(chēng)：滾針軸承自動(dòng)裝針機(jī)設(shè)計(jì)
2課題背景：
⑴課題來(lái)源：
本課題來(lái)源于中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司（FAW）,專(zhuān)為CA141汽車(chē)傳動(dòng)軸中萬(wàn)向節(jié)滾針軸承的裝配過(guò)程設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝針機(jī)。自動(dòng)滾針軸承裝針機(jī)能有效解決人工裝針?biāo)俣嚷?，合格率低等?wèn)題，該機(jī)可裝配各種規(guī)格的滾針軸承。
⑵機(jī)床和機(jī)床自動(dòng)線：
機(jī)床和機(jī)床自動(dòng)線是一種專(zhuān)用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、 高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中 ，特別是汽車(chē)工業(yè)，是機(jī)床和自動(dòng)線最大的用戶。如德國(guó)大眾汽車(chē)廠在Salzgitter的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，90年代初所采用的金屬切削機(jī)床主要是自動(dòng)線(60%)、組合機(jī)床(20%)和加工中心(20%)。顯然，在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門(mén)，大量采用的設(shè)備是機(jī)床和自動(dòng)線。因此，機(jī)床及其自動(dòng)線的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門(mén)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
使用專(zhuān)用自動(dòng)化機(jī)床是大批量生產(chǎn)提高生產(chǎn)率降低成本的重要途徑。專(zhuān)用自動(dòng)化機(jī)床往往具有投資省，見(jiàn)效快等特點(diǎn)，因而在大批量生產(chǎn)中被廣泛采用。自動(dòng)機(jī)床或半自動(dòng)機(jī)床主要用于軸類(lèi)和盤(pán)套類(lèi)零件的加工和裝配自動(dòng)化。這類(lèi)機(jī)床的最大特點(diǎn)是可以根據(jù)生產(chǎn)裝配需要，在更換或調(diào)整部分零部件（例如凸輪或靠模等）后可加工不同的零件，適合于大批量少品種生產(chǎn)裝配。因此，這類(lèi)機(jī)慶使用比較廣泛。
專(zhuān)用機(jī)床是按一種零件（或一組相似的零件）的一個(gè)加工工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化機(jī)床。專(zhuān)用機(jī)床的結(jié)構(gòu)和部件大都是專(zhuān)門(mén)和單獨(dú)制造的這類(lèi)機(jī)床的，這類(lèi)機(jī)床的設(shè)計(jì)制造往往時(shí)間較長(zhǎng)，投資也較大，因此采用這類(lèi)機(jī)床時(shí)，必須考慮以下基本原則：被加工的工件除具有大批量的特點(diǎn)外，還必須結(jié)構(gòu)定型；工件的加工工藝必須是合理和可靠的。在大多數(shù)情況下，需要進(jìn)行必要的工藝試驗(yàn)，保證專(zhuān)用機(jī)床所采用的加工工藝先進(jìn)可靠，所完成的工序加工精度穩(wěn)定；在機(jī)床上采用一些新的結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，待取得較好的結(jié)果后，方能在機(jī)床上采用；必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。只有在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上效果明顯，才能采用專(zhuān)用機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化。
自動(dòng)線是由流水生產(chǎn)線方式發(fā)展而來(lái)的。20 年代美國(guó)Henry Ford 創(chuàng)立了汽車(chē)工業(yè)的流水線，由此揭開(kāi)了現(xiàn)代流水生產(chǎn)的序幕。福特流水線的主要內(nèi)容可以包括以下兩個(gè)方面：
①實(shí)施零件和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)備和工具的專(zhuān)用化以及工場(chǎng)專(zhuān)業(yè)化。為了追求高效率和低成本，福特認(rèn)為首先要將生產(chǎn)集中于唯一最佳的產(chǎn)品型號(hào)，提出了所謂的“單一產(chǎn)品原則”，福特汽車(chē)公司曾在20 年間連續(xù)生產(chǎn)T型汽車(chē)，由此而奠定了現(xiàn)代流水生產(chǎn)線的基礎(chǔ)。這種“單一產(chǎn)品原則”在當(dāng)今市場(chǎng)需求日益多樣化的環(huán)境下也許已不再適用，但在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件下卻適應(yīng)了美國(guó)的國(guó)情，福特汽車(chē)公司也由此而迅速發(fā)展起來(lái)。
零件標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)一步發(fā)展，目的在于提高零部件的互換性，減少零件種數(shù)和擴(kuò)大生產(chǎn)批量，零件標(biāo)準(zhǔn)化后，便于分別組織專(zhuān)業(yè)化工廠或車(chē)間制造，這樣可以采用高度專(zhuān)門(mén)化的設(shè)備和工具，從而達(dá)到生產(chǎn)的高效率。由于工人的作業(yè)活動(dòng)是不斷地重復(fù)同一作業(yè)，所以作業(yè)和操作也可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。
②創(chuàng)造了流水作業(yè)的生產(chǎn)方法，建立了傳送帶式的流水生產(chǎn)線。由于傳送帶的廣泛應(yīng)用，使得原材料均可在使用機(jī)械裝置搬運(yùn)的移動(dòng)中，加工成為各種零件。而部件裝配和汽車(chē)總裝配，則采用移動(dòng)裝配法完成。由于把生產(chǎn)工序分細(xì)，大大提高了操作熟練程度和勞動(dòng)生產(chǎn)率。作業(yè)的速度也為傳送帶的速度所規(guī)定，借助于傳送帶的應(yīng)用，使生產(chǎn)過(guò)程的各項(xiàng)作業(yè)能在同一時(shí)間進(jìn)行，并且各種零部件在各條流水線的投入和產(chǎn)出互相銜接配合，不至于發(fā)生在制品過(guò)多或不足的現(xiàn)象，恰能保證總裝配線的需要，形成同步化的流水生產(chǎn)體系。
自動(dòng)線生產(chǎn)是指工件按照一定的工藝路線，順序地通過(guò)各個(gè)工作地，并按照一定的生產(chǎn)速度(節(jié)拍)完成工藝作業(yè)的連續(xù)重復(fù)自動(dòng)生產(chǎn)的一種生產(chǎn)組織形式。自動(dòng)線生產(chǎn)的基本特征如下：
①工作地專(zhuān)業(yè)化程度高，在自動(dòng)線上固定地生產(chǎn)一種或幾種工件，而在每個(gè)工作地上固定完成一道或幾道工序。
②生產(chǎn)具有明顯的節(jié)奏性，即按照節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn)。所謂節(jié)拍，是指自動(dòng)線上出產(chǎn)相鄰兩件制品的時(shí)間間隔。
③各道工序的工作地設(shè)備數(shù)量與該工序單件工時(shí)的比值相一致( 若不一致則需要臨時(shí)緩沖庫(kù)) 。
④工藝過(guò)程是封閉的，并且工作地設(shè)備按工藝順序排列成鏈索形式，工件在工序間作單向。
⑤工件如同流水般從一個(gè)工序轉(zhuǎn)到下個(gè)工序，消除或最大限度地減少了工件的因等待加工而耽擱的時(shí)間和機(jī)床設(shè)備加工的間斷時(shí)間，生產(chǎn)過(guò)程具有高度的連續(xù)性。
⑥工件從進(jìn)入加工工位到所有工位操作完成，均在主控制器的控制之下自動(dòng)完成，這種自動(dòng)過(guò)程不僅包括工件的流動(dòng)自動(dòng)化控制，還包括機(jī)床的加工全過(guò)程的自動(dòng)化控制。
僅滿足上述前面6項(xiàng)特征的生產(chǎn)線，只能稱(chēng)之為流水生產(chǎn)線，還不能稱(chēng)之為自動(dòng)生產(chǎn)線。加工設(shè)備由專(zhuān)用自動(dòng)化機(jī)床或組合機(jī)床組成的，能加工固定一種或少數(shù)幾種相似零件的自動(dòng)線稱(chēng)之為剛性自動(dòng)線。加工設(shè)備由數(shù)控機(jī)床或加工中心等組成的可加工多品種少批量零件的自動(dòng)線稱(chēng)之為柔性自動(dòng)線。
在剛性自動(dòng)化生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性、平行性、比例性、節(jié)奏性都很高，所以它具有可以提高加工設(shè)備專(zhuān)業(yè)化水平、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、增加產(chǎn)量、降低產(chǎn)品成本、提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平等一系列優(yōu)越性。但是反過(guò)來(lái)也有不少不利的地方，例如：由于設(shè)備高度專(zhuān)用化，對(duì)產(chǎn)品的變化缺乏適應(yīng)力；一旦在某處發(fā)生設(shè)備故障，就有可能導(dǎo)致全線停車(chē)，帶來(lái)較大的損失；生產(chǎn)率的調(diào)整幅度不可能很大；技術(shù)改造困難較大等等。
⑶我國(guó)軸承制造業(yè)現(xiàn)狀：
軸承是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)械基礎(chǔ)件，其技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)主機(jī)的性能和質(zhì)量有著重要的影響，被譽(yù)為機(jī)械的“關(guān)節(jié)”。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)軸承產(chǎn)品水平和制造技術(shù)水平有了長(zhǎng)足進(jìn)步，與重點(diǎn)主機(jī)配套能力有了很大提高。但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)軸承制造業(yè)的整體水平還存在著相當(dāng)大的差距——組織結(jié)構(gòu)散亂差，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，生產(chǎn)集中度低；產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平低，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)跟不上主機(jī)發(fā)展需求；制造技術(shù)落后，尺寸散差大，振動(dòng)噪聲大，性能一致性差，壽命可靠性低；產(chǎn)品檔次低，價(jià)格亂，競(jìng)相壓價(jià)爭(zhēng)市場(chǎng)，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力差。為主機(jī)配套和維修的一些高技術(shù)含量的軸承主要依靠進(jìn)口，而出口軸承則主要是低檔通用軸承。軸承制造業(yè)的這種落后狀況，已經(jīng)成為制約機(jī)械工業(yè)發(fā)展的重要因素之一。
⑷軸承裝配自動(dòng)線：
國(guó)家已將汽車(chē)制造業(yè)列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，我國(guó)目前的汽車(chē)保有量為2500～3000萬(wàn)輛，年產(chǎn)量170萬(wàn)輛，軸承是汽車(chē)的主要配套件，軸承制造業(yè)的發(fā)展必須與汽車(chē)制造業(yè)同步甚至超前。因此，提高軸承裝配的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度已經(jīng)迫在眉睫。軸承屬于量大面廣通用性強(qiáng)的機(jī)械基礎(chǔ)件，軸承套圈一般以軸對(duì)稱(chēng)的多個(gè)回轉(zhuǎn)面、環(huán)面的相互組合為其主要的幾何特征，特別適合自動(dòng)化裝配。
軸承裝配（含軸承成品的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)包裝）自動(dòng)線一直是困擾著技術(shù)進(jìn)步的難題。在國(guó)外著名的軸承公司，這項(xiàng)技術(shù)已實(shí)際成功應(yīng)用多年。而國(guó)內(nèi)靠國(guó)外引進(jìn)，而使用效果仍不能令人滿意。因而研發(fā)軸承裝配自動(dòng)生產(chǎn)線，并與軸承的磨削自動(dòng)生產(chǎn)線有機(jī)連接，對(duì)于提高軸承的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少工序流動(dòng)中的軸承零件的數(shù)量，減少人工干預(yù)的影響、降低成本，意義是顯著的。由于軸承的品種很多，不同的品種，自動(dòng)裝配線各有特點(diǎn)，因而軸承行業(yè)對(duì)軸承裝配的數(shù)控設(shè)備的多樣性提出了要求。
⑸萬(wàn)向節(jié)滾針軸承特點(diǎn)：
目前后驅(qū)動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用最廣的一種普通萬(wàn)向節(jié)由萬(wàn)向節(jié)叉、十字軸等基本零件構(gòu)成。十字軸裝配在萬(wàn)向節(jié)叉上做連接，十字軸的軸頭上裝有滾針軸承，當(dāng)軸頭接入萬(wàn)向節(jié)叉時(shí)，十字軸與萬(wàn)向節(jié)叉之間就可以有相對(duì)旋轉(zhuǎn)，也就產(chǎn)生了多角度變化。萬(wàn)向節(jié)叉上的花鍵連接又可以做小許的軸向移動(dòng)，這樣就適應(yīng)了夾角和距離同時(shí)變化的需要。十字軸的軸頭上裝有的這種滾針軸承，就是我們此次設(shè)計(jì)的裝配對(duì)象。
滾針軸承可分為具內(nèi)圈（NA）和不具內(nèi)圈（RNA）兩種結(jié)構(gòu)。如果機(jī)軸上的滾道可以淬硬及研磨，則宜用無(wú)內(nèi)圈的滾針軸承，由于不需內(nèi)圈，因此機(jī)軸直徑可以加大，剛性也可增加。機(jī)軸相對(duì)于軸承箱的軸向位移量則由軸向滾道寬度決定。只需將機(jī)軸滾道機(jī)削加工到適當(dāng)?shù)某叽绾托螤罹?，即可獲得具有較高運(yùn)轉(zhuǎn)精度的軸承配置。若機(jī)軸淬硬及研磨機(jī)軸不可能，或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用帶內(nèi)圈的滾針軸承。這時(shí)機(jī)軸對(duì)軸承箱的軸向位移限制在一定的限度內(nèi)。若需要較大的位移，可使用加長(zhǎng)型內(nèi)圈取代標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)圈。滿裝滾針軸承：分為RNAV（無(wú)內(nèi)圈）、NAV（帶內(nèi)圈）兩種。不帶保持架，裝滿滾針，適用于截面高度較低，而又需承受較大載荷的場(chǎng)合。
滾針軸承一般只承受徑向負(fù)荷，不能承受軸向負(fù)荷。當(dāng)有軸向負(fù)荷時(shí)，應(yīng)和其它軸承組合使用，它不限制軸或外殼的軸向位移。安裝軸承時(shí)，應(yīng)注意軸和殼孔中心的平行，軸承的外圈軸線和內(nèi)圈軸線不允許傾斜，否則會(huì)使?jié)L針和滾道面的線接觸破壞。滾針軸承的極限轉(zhuǎn)速較低，在主機(jī)轉(zhuǎn)速較高的情況下，應(yīng)盡量選用帶保持架的滾針軸承。和其它類(lèi)型的滾動(dòng)軸承相比，在徑向尺寸相同的情況下，滾針軸承的負(fù)荷容量最大，它的剛性較高，但摩擦力矩也較大。
⑹國(guó)內(nèi)發(fā)展：
在國(guó)內(nèi)，南通市工農(nóng)路正揚(yáng)商務(wù)有限公司已于 2005年9月23日在《商貿(mào)機(jī)會(huì)——中國(guó)軸承機(jī)械網(wǎng)》發(fā)布關(guān)于自動(dòng)滾針軸承裝針機(jī)（專(zhuān)利）的技術(shù)轉(zhuǎn)讓信息，尋求商業(yè)合作。但是使用效果仍不能令人滿意，所以我們對(duì)此項(xiàng)課題進(jìn)行深入的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)研究。
3工作內(nèi)容和要求：
⑴設(shè)計(jì)要求：
① 裝針機(jī)以CA141汽車(chē)傳動(dòng)軸中的萬(wàn)向節(jié)滾針軸承為裝配件。
② 機(jī)械手每分鐘裝配成品十只。
⑵工作量：
① 主機(jī)及零部件設(shè)計(jì)4張A0圖紙（草圖）。
② 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（20000字）。
③ 外文翻譯（5000字）。
④ 上機(jī)繪制4張A0圖紙（CAD）。
4課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)：
⑴課題重點(diǎn)：
本課題內(nèi)容為設(shè)計(jì)研究CA141汽車(chē)傳動(dòng)軸中萬(wàn)向節(jié)滾針軸承的自動(dòng)裝針機(jī)。整個(gè)裝配系統(tǒng)采用臥式裝針?lè)绞剑S承外圈采用直立狀態(tài)，開(kāi)口端正對(duì)滾針進(jìn)給端，滾針采用橫向進(jìn)給方式，即采用一特殊裝配裝置使?jié)L針安排成圓周均布狀態(tài)，其圓周直徑和軸承外圈內(nèi)壁直徑相同，然后采用一推套把滾針推入軸承內(nèi)，滾針只需排入軸承內(nèi)壁即可，從而完成整個(gè)裝配過(guò)程。
為了實(shí)現(xiàn)上述方案，本裝配系統(tǒng)采用五大機(jī)構(gòu)：滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)。滾針需要整齊的排序，此機(jī)構(gòu)采用槽隙定向的上料機(jī)構(gòu)原理，采用一特制齒形輪進(jìn)行上料，軸承外圈上料機(jī)構(gòu)采用重心偏移法定向的料斗裝置原理，具體采用特制一斜邊推塊上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料機(jī)構(gòu)采用一汽實(shí)習(xí)時(shí)所見(jiàn)之裝配原理，并進(jìn)一步改進(jìn)而成。為了實(shí)現(xiàn)裝配和卸料機(jī)構(gòu)中推套的運(yùn)動(dòng)，采用一圓柱凸輪擺桿機(jī)構(gòu)。由于本系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)速低，各軸之間傳動(dòng)比要求低，所以采用鏈傳動(dòng)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，對(duì)本系統(tǒng)特別適用。
因此，解決滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)五大機(jī)構(gòu)的典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成為本研究課題的重點(diǎn)。
⑵課題難點(diǎn)：
本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)機(jī)床主要包含兩部分裝置：自動(dòng)裝配工件裝置和自動(dòng)裝卸工件裝置。如果設(shè)計(jì)過(guò)程中其中一部分功能不能實(shí)現(xiàn)，就只能稱(chēng)之為半自動(dòng)機(jī)床，從而也就不能完成連續(xù)的加工循環(huán)，因此兩部分相輔相成，缺一不可。所以如何選擇滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)五大機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的全自動(dòng)化成為了本研究課題的難點(diǎn)。
5可能用到的主要知識(shí)和技能：
機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械制造，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，工程圖學(xué)，機(jī)床自動(dòng)化與自動(dòng)線知識(shí)，自動(dòng)裝配知識(shí)，機(jī)電一體化知識(shí)，AutoCAD 繪圖技能，CATIA建模能力，ANSIS有限元分析，ADAMS仿真分析等技能。
6需要自學(xué)的知識(shí)和技能：
機(jī)床自動(dòng)化與自動(dòng)線知識(shí)，自動(dòng)裝配知識(shí)，機(jī)電一體化知識(shí)，AutoCAD 繪圖技能，CATIA建模能力，ANSIS有限元分析，ADAMS仿真分析等技能。
二 工作計(jì)劃：
調(diào)研，譯文，參考資料
總體布置，草圖，開(kāi)題報(bào)告
總體設(shè)計(jì)，總裝圖
部件設(shè)計(jì)，相關(guān)計(jì)算
零部件設(shè)計(jì)，論文
修改，完善圖紙、論文，準(zhǔn)備答辯
三 參考文獻(xiàn)：
1 [英] R.M.韋布， B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——料斗進(jìn)給裝置與控制系統(tǒng).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.7
2 [英] R.M.韋布，B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——傳送機(jī)構(gòu).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.7
3 [英] R.M.韋布，B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——定向機(jī)構(gòu)與擒縱裝置. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.7
4 [英] R.M.韋布，B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——工件移置機(jī)構(gòu).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.7
5 華中工學(xué)院機(jī)械制造教研室.機(jī)床自動(dòng)化與自動(dòng)線.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.3
6 工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1978
7 Techniques in automated assembling— the state of the art，12th June 1985，The Bowater Conference Centre，Knightsbridge，London，UK
8 An automated assembly system for a microassembly station，Computers in Industry，Volume 38，Issue 2，March 1999，Pages 93-102 ，A. Mardanov，J. Seyfried and S. Fatikow
9 A microrobot-based automated micromanipulation station for assembly of microsystems，Computers in Industry，Volume 36，Issues 1-2，30 April 1998，Pages 155-162，Sergej Fatikow and Mirko Benz
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