CN110328493B - 控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法 - Google Patents

控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，适用于涡轴航空发动机的装配过程。本发明的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，通过轴承固定压气机转子作为前支点，然后再利用专用定心夹具固定转子连接轴作为后支点，并将专用定心夹具和离心叶轮的外罩固定，从而使压气机转子的前支点、后支点与离心叶轮外罩同轴设置，压力机转子在测量过程中不会出现偏心的情况，从而可以对叶尖和外罩之间的轴向间隙进行精准测量，进而根据精准的测量结果选择合适厚度的调整垫以精准控制叶尖与外罩之间的轴向间隙，精度可以达到±0.01mm，提高了发动机装配质量，提高了装配效率，降低了人力成本。

Description

控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法
技术领域
本发明涉及涡轴航空发动机装配技术领域，特别地，涉及一种控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法。
背景技术
涡轴式航空发动机，对离心叶轮的叶尖与离心叶轮的外罩之间的轴向间隙控制要求严格，其中，轴向间隙指的是离心叶轮的叶尖与外罩在发动机轴向方向上的间隙，如果间隙过小则容易导致离心叶轮叶尖与离心叶轮外罩刮磨，进而引起振动，间隙过大则会引起航空发动机性能不良。
现有的方式都是通过选配调整垫保证离心叶轮叶尖与离心叶轮外罩轴向间隙，但是由于在装配过程中压气机转子、离心叶轮外罩无法进行同轴固定，易引起压气机转子偏心，对两者的轴向间隙进行测量时误差大，很难得到真实数据，无法准确控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，严重影响发动机装配质量，制约发动机整机交付进程。
发明内容
本发明提供了一种控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，以解决现有的航空发动机在装配过程中由于压气机转子和离心叶轮无法进行同轴固定导致的无法准确控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，进而严重影响发动机装配质量的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，适用于涡轴式航空发动机的装配过程，包括以下步骤：
步骤S1：利用轴承固定压气机转子作为前支点；
步骤S2：使用专用定心夹具固定转子连接轴作为后支点；
步骤S3：将专用定心夹具与离心叶轮外罩固定，使压气机转子的前支点、后支点与离心叶轮外罩同轴设置；
步骤S4：测量离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，并根据测量结果选取对应厚度的调整垫以控制叶尖与外罩之间的轴向间隙。
进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：将机匣组件的前端朝下，将轴承的外环安装在机匣组件上，然后将轴承的保持架安装在外环上，然后安装固定夹具以固定保持架；
步骤S12：上下翻转机匣组件至前端朝上，依次装入支撑架、支撑筒和压板，支撑架的一端抵靠在保持架上，支撑筒抵靠在支撑架的另一端上，压板压紧在支撑筒的边沿上，然后将压板固定在机匣组件上；
步骤S13：将支撑轴依次穿过支撑筒和支撑架后与固定夹具无缝对接，上下翻转机匣组件至前端朝下，拆下固定夹具，保持架上的滚珠与支撑轴的外圆相贴合；
步骤S14：上下翻转机匣组件至前端朝上，在转子的前轴颈处依次装入轴承内环的后半环和引导套，拧动引导套以使其与轴承内环的后半环端面贴合，再翻转机匣组件至前端朝下，将引导套插进轴承的保持架中直至轴承内环的后半环贴合到保持架的滚珠上，然后取下引导套；
步骤S15：在转子的前轴颈处装入轴承内环的前半环，使其贴合在保持架的滚珠上。
进一步地，所述步骤S15中在装入轴承内环的前半环之前先对其进行加热。
进一步地，所述步骤S2和步骤S3中采用的专用定心夹具包括框架、心轴、手柄、第一衬套、第二衬套、定位套、盖板、第二弹簧和垫圈，
所述定位套的下端用于定位转子连接轴，所述第一衬套与框架固定连接，所述第一衬套套设在定位套的下端上且与定位套间隙配合，所述第二衬套紧固安装在心轴上，所述定位套的上端套设在第二衬套上且与第二衬套间隙配合，所述垫圈位于第二衬套和盖板之间，盖板与框架固定连接，所述第二弹簧套设在定位套的上端外且位于第二衬套和定位套之间，所述心轴的一端依次穿过定位套、第二衬套和垫圈后与手柄可转动地连接，所述心轴的另一端设置有凸台，,凸台的宽度尺寸大于定位套上端开孔的孔径尺寸。
进一步地，所述步骤S3具体为：
将离心叶轮的外罩法兰与框架的止口配合，然后通过均布螺栓将框架固定在离心叶轮的外罩上，使得定位套、转子连接轴、轴承和离心叶轮外罩同轴设置。
进一步地，所述步骤S13中的支撑轴包括固定部、第一弹簧和移动部，所述第一弹簧位于移动部和固定部之间，所述移动部用于与固定夹具的下端无缝对接，所述固定部用于施力，在移动部与固定夹具无缝对接后，所述第一弹簧处于被压缩状态，所述固定部处于固定状态，取下固定夹具过程中，第一弹簧在恢复自由状态的过程中逐渐推动移动部向上移动，保持架上的滚珠与移动部的外圆贴合。
进一步地，所述步骤S4具体为：
将塞尺插入离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙处，保持塞尺与外罩之间相对固定，转动压气机转子360°，测量出离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，然后根据测量值选择对应厚度的调整垫以控制叶尖与外罩之间的轴向间隙。
进一步地，所述步骤S2中对转子连接轴进行固定时需将手柄调整至竖直状态。
本发明具有以下有益效果：
本发明的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，通过轴承固定压气机转子作为前支点，然后再利用专用定心夹具固定转子连接轴作为后支点，并将专用定心夹具和离心叶轮的外罩固定，从而使压气机转子的前支点、后支点与离心叶轮外罩同轴设置，压力机转子在测量过程中不会出现偏心的情况，从而可以对叶尖和外罩之间的轴向间隙进行精准测量，进而根据精准的测量结果选择合适厚度的调整垫以精准控制叶尖与外罩之间的轴向间隙，精度可以达到±0.01mm，提高了发动机装配质量，一台发动机的装配次数由之前的2-3次完成提高了一次完成，有效避免了重复工作，提高了装配效率，装配人员的数量也由原来的4人装配减少的1-2人，降低了人力成本。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法的流程示意图。
图2是本发明优选实施例的图1中的步骤S1的子流程示意图。
图3是本发明优选实施例的图2中的步骤S11和步骤S12中的装配结构示意图。
图4是本发明优选实施例的图2中的步骤S13中的装配结构示意图。
图5是本发明优选实施例的图2中的步骤S14中的装配结构示意图。
图6是本发明优选实施例的图2中的步骤S15中的装配结构示意图。
图7是本发明优选实施例的图6中A处的放大示意图。
图8是本发明优选实施例的图1中的步骤S2和步骤S3中所用的专用定心夹具的结构示意图。
图9是本发明优选实施例的图8中的专用定心夹具与转子连接轴、离心叶轮外罩固定连接的结构示意图。
附图标号说明
10、外环；11、保持架；12、支撑架；13、支撑筒；14、压板；15、自锁螺母；16、固定夹具；17、后半环；18、前半环；2、支撑轴；21、固定部；22、第一弹簧；23、移动部；3、引导套；41、框架；42、心轴；43、手柄；44、第一衬套；45、第二衬套；46、定位套；47、盖板；48、第二弹簧；49、连接件；50、垫圈；51、锁紧件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的优选实施例提供一种控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，适用于涡轴航空发动机的装配过程，所述控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法包括以下步骤：
步骤S1：利用轴承固定压气机转子作为前支点；
步骤S2：使用专用定心夹具固定转子连接轴作为后支点；
步骤S3：将专用定心夹具与离心叶轮外罩固定，使压气机转子的前支点、后支点与离心叶轮外罩同轴设置；
步骤S4：测量离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，并根据测量结果选取对应厚度的调整垫以控制叶尖与外罩之间的轴向间隙。
本发明的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，通过轴承固定压气机转子作为前支点，然后再利用专用定心夹具固定转子连接轴作为后支点，并将专用定心夹具和离心叶轮的外罩固定，从而使压气机转子的前支点、后支点与离心叶轮外罩同轴设置，压力机转子在测量过程中不会出现偏心的情况，从而可以对叶尖和外罩之间的轴向间隙进行精准测量，进而根据精准的测量结果选择合适厚度的调整垫以精准控制叶尖与外罩之间的轴向间隙，精度可以达到±0.01mm，提高了发动机装配质量，一台发动机的装配次数由之前的2-3次完成提高了一次完成，有效避免了重复工作，提高了装配效率，装配人员的数量也由原来的4人装配减少的1-2人，降低了人力成本。
可以理解，如图2所示，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：将机匣组件的前端朝下，将轴承的外环安装在机匣组件上，然后将轴承的保持架安装在外环上，然后安装固定夹具以固定保持架；
步骤S12：上下翻转机匣组件至前端朝上，依次装入支撑架、支撑筒和压板，支撑架的一端抵靠在保持架上，支撑筒抵靠在支撑架的另一端上，压板压紧在支撑筒的边沿上，然后将压板固定在机匣组件上；
步骤S13：将支撑轴依次穿过支撑筒和支撑架后与固定夹具无缝对接，上下翻转机匣组件至前端朝下，拆下固定夹具，保持架上的滚珠与支撑轴的外圆相贴合；
步骤S14：上下翻转机匣组件至前端朝上，在转子的前轴颈处依次装入轴承内环的后半环和引导套，拧动引导套以使其与轴承内环的后半环端面贴合，再翻转机匣组件至前端朝下，将引导套插进轴承的保持架中直至轴承内环的后半环贴合到保持架的滚珠上，然后取下引导套；
步骤S15：最后在转子的前轴颈处装入轴承内环的前半环，使其贴合在保持架的滚珠上。
如图3所示，在所述步骤S11中，先将待装配的涡轴航空发动机的机匣组件的前端朝下，首先从机匣组件的后端面将轴承的外环10安装在机匣组件上，然后再将轴承的保持架11安装在外环10上，然后再将固定夹具16从机匣组件的后端面装入以固定保持架11，此时，保持架11上的滚珠与固定夹具16的两侧面紧密贴合，至此轴承的外环10和保持架11均稳固安装在机匣组件上。
另外，在所述步骤S12中，先上下翻转机匣组件使其前端朝上，然后在机匣组件的前端面依次装入支撑架12和支撑筒13，使得支撑架12的一端抵靠在保持架11上，支撑筒13抵靠在支撑架12的另一端上，且支撑筒13靠近机匣组件前端面的一端的边沿压紧在机匣组件的前端面上，然后再安装压板14，使得压板14压紧在支撑筒13的边沿上，最后利用6件自锁螺母15将压板14固定在机匣组件的前端面上。其中，6件自锁螺母15对称布设，结构更加稳固。
如图4所示，在所述步骤S13中，从机匣组件前端面装入支撑轴2，使支撑轴2依次穿过支撑筒13和支撑架12后与固定夹具16的下端无缝对接，例如，固定夹具16的下端设置有剖面为梯形结构的凸起，则支撑轴2的前端面上设置有相同梯形结构的凹槽，通过凹槽和凸起的配合实现支撑轴2的前端与固定夹具16的下端无缝对接；或者固定夹具16的下端面为平面，则支撑轴2的前端面也为平面，两个平面紧密贴合。然后再上下翻转机匣组件至前端朝下，拆下固定夹具16，从而保持架11上的滚珠与支撑轴2的外圆紧密贴合。其中，所述支撑轴2包括固定部21、第一弹簧22和移动部23，所述第一弹簧22位于移动部23和固定部21之间，在装入支撑轴2的过程中，所述固定部21用于施力，所述移动部23用于与固定夹具16的下端无缝对接，当在固定部21不断施力迫使移动部23的前端与固定夹具16的下端无缝对接后，所述第一弹簧22处于被压缩状态，然后固定住固定部21，此时移动部23的上端被固定夹具16抵住，下端被第一弹簧22抵住，在取下固定夹具16的过程中，第一弹簧22会逐渐恢复到自由状态，第一弹簧22在恢复的过程中会推动移动部23向上逐渐移动直至固定夹具16被完全取下，此时，保持架11上的滚珠与移动部23的外圆紧密贴合。
如图5所示，在所述步骤S14中，先将机匣组件翻转至前端朝上，然后在转子组件的前轴颈处依次装入轴承内环的后半环17和引导套3，拧动引导套3以使其与轴承内环的后半环17端面贴合，然后再翻转机匣组件至前端朝下，将引导套3插进轴承的保持架11中直至轴承内环的后半环17贴合在保持架11的滚珠上，然后取下引导套3，至此，轴承的后半环17安装完毕。
如图6和图7所示，在所述步骤S15中，在转子组件的前轴颈处装入轴承内环的前半环18，使其贴合在保持架11的滚珠上，然后轻轻敲击套筒使轴承装配到位，至此，轴承全部安装完毕，轴承可以对压气机转子的前端进行稳固支撑。另外，作为优选的，在装入轴承内环的前半环18之前先对前半环18进行加热，从而方便将前半环18从转子组件的前轴颈处装入，并且前半环18在冷却之后会发生尺寸的缩小，进而紧固安装在保持架11的滚珠上。可以理解，外环10、保持架11、后半环17和前半环18共同组成了轴承。
本发明中通过将轴承的多个零件分批次装入机匣组件中从而使轴承可以对压气机转子的前端进行稳固的支撑，并且装配过程采用了固定夹具16、支撑架12、支撑筒13、压板14等辅助工件进行安装，整个装配过程操作简单，且装配精度高、装配效率高。
如图8和图9所示，所述步骤S2和步骤S3中所用的专用定心夹具是专门研制的用于对转子连接轴进行固定的工具，所述专用定心夹具包括框架41、心轴42、手柄43、第一衬套44、第二衬套45、定位套46、盖板47、第二弹簧48、连接件49、垫圈50和锁紧件51，所述定位套46用于定位转子连接轴，转子连接轴可伸入定位套46的下端中，定位套46下端开孔的孔径尺寸正好为转子连接轴的最大外径尺寸，转子连接轴刚好卡在定位套46中。所述第一衬套44与框架41固定连接，两者可以是一体成型制成，或者分体制成后通过焊接固定，所述第一衬套44套设在定位套46的下端上并且与定位套46的下端间隙配合，所述第二衬套45紧固安装在心轴42上，具体通过过盈配合方式固定安装在心轴42上，所述定位套46的上端套设在第二衬套45上且与第二衬套45间隙配合，所述垫圈50套设在第二衬套45上且位于第二衬套45和盖板47之间，用于起到缓冲作用，所述垫圈50可以安装在盖板47的底部或者安装在第二衬套45的顶部。所述盖板47通过锁紧件51与框架41固定连接，所述锁紧件51可以是螺钉或者销钉。所述第二弹簧48套设在定位套46的上端外且位于第二衬套45和定位套46之间，作为优选的，所述第二弹簧48的一端与第二衬套45的下端面固定连接，另一端与定位套46的上端面固定连接。所述心轴42的一端依次穿过定位套46、第二衬套45和垫圈50后通过连接件49与手柄43可转动地连接，所述连接件49可以是轴或者销，且所述心轴42的另一端设置有凸台，凸台的宽度尺寸大于定位套46上端开孔的孔径尺寸。可以理解，所述盖板47的中心开设有通孔，通孔的直径尺寸要大于手柄43的宽度尺寸且小于垫圈50的宽度尺寸。当将转子连接轴装入定位套46中后并将手柄43调整至竖直状态时，手柄43、心轴42和第二衬套45会整体向下移动一小段距离，进而挤压第二弹簧48，从而带动定位套46向下移动，从而对转子连接轴进行轴向限位，再结合定位套46本身对转子连接轴的径向限位，转子连接轴被固定不动。当需要取下转子连接轴时，将手柄43调整至水平状态，手柄43、心轴42和第二衬套45会整体向上移动，同时被压缩的第二弹簧48要恢复到自由状态从而提供给第二衬套45向上的推力，同时由于心轴42下端的凸台会抵在定位套46上从而带动定位套46向上移动，从而解除对转子连接轴的轴向限位，然后再将转子连接轴取下即可。可以理解，作为优选的，所述心轴42与定位套46共轴线设置，即两者的中心轴线重合。
可以理解，所述步骤S3具体为：将离心叶轮的外罩法兰与框架41上的止口相配合，然后利用均布螺栓将专用定心夹具的框架41固定在离心叶轮的外罩上，从而使定位套46、转子连接轴、轴承、离心叶轮外罩同轴设置。通过离心叶轮的外罩法兰与框架41的止口相配合，可以对两者进行径向限位，防止在安装螺栓的过程中两者在径向方向上发生相对移动，从而导致定位套46、转子连接轴与离心叶轮外罩不同轴。
可以理解，当转子连接轴、轴承、离心叶轮外罩同轴设置后，压气机的转子和静子处于同轴状态，此时离心叶轮的外罩和转子叶尖的轴向间隙在圆周方向上是一致的。所述步骤S4具体为：将塞尺插入离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙处，并保持塞尺与外罩之间的相对位置固定，然后转动压气机转子360°，测量出离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，然后根据测量值选择对应厚度的调整垫以控制叶尖与外罩之间的轴向间隙，从而保证两者之间的轴向间隙在标准范围内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，适用于涡轴式航空发动机的装配过程，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤S1：利用轴承固定压气机转子作为前支点；
步骤S2：使用专用定心夹具固定转子连接轴作为后支点；
步骤S3：将专用定心夹具与离心叶轮外罩固定，使压气机转子的前支点、后支点与离心叶轮外罩同轴设置；
步骤S4：测量离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，并根据测量结果选取对应厚度的调整垫以控制叶尖与外罩之间的轴向间隙。
2.如权利要求1所述的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，其特征在于，
所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：将机匣组件的前端朝下，将轴承的外环(10)安装在机匣组件上，然后将轴承的保持架(11)安装在外环(10)上，然后安装固定夹具(16)以固定保持架(11)；
步骤S12：上下翻转机匣组件至前端朝上，依次装入支撑架(12)、支撑筒(13)和压板(14)，支撑架(12)的一端抵靠在保持架(11)上，支撑筒(13)抵靠在支撑架(12)的另一端上，压板(14)压紧在支撑筒(13)的边沿上，然后将压板(14)固定在机匣组件上；
步骤S13：将支撑轴(2)依次穿过支撑筒(13)和支撑架(12)后与固定夹具(16)无缝对接，上下翻转机匣组件至前端朝下，拆下固定夹具(16)，保持架(11)上的滚珠与支撑轴(2)的外圆相贴合；
步骤S14：上下翻转机匣组件至前端朝上，在转子的前轴颈处依次装入轴承内环的后半环(17)和引导套(3)，拧动引导套(3)以使其与轴承内环的后半环(17)端面贴合，再翻转机匣组件至前端朝下，将引导套(3)插进轴承的保持架(11)中直至轴承内环的后半环(17)贴合到保持架(11)的滚珠上，然后取下引导套(3)；
步骤S15：在转子的前轴颈处装入轴承内环的前半环(18)，使其贴合在保持架(11)的滚珠上。
3.如权利要求2所述的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，其特征在于，
所述步骤S15中在装入轴承内环的前半环(18)之前先对其进行加热。
4.如权利要求1所述的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，其特征在于，
所述步骤S2和步骤S3中采用的专用定心夹具包括框架(41)、心轴(42)、手柄(43)、第一衬套(44)、第二衬套(45)、定位套(46)、盖板(47)、第二弹簧(48)和垫圈(50)，
所述定位套(46)的下端用于定位转子连接轴，所述第一衬套(44)与框架(41)固定连接，所述第一衬套(44)套设在定位套(46)的下端上且与定位套(46)间隙配合，所述第二衬套(45)紧固安装在心轴(42)上，所述定位套(46)的上端套设在第二衬套(45)上且与第二衬套(45)间隙配合，所述垫圈(50)位于第二衬套(45)和盖板(47)之间，盖板(47)与框架(41)固定连接，所述第二弹簧(48)套设在定位套(46)的上端外且位于第二衬套(45)和定位套(46)之间，所述心轴(42)的一端依次穿过定位套(46)、第二衬套(45)和垫圈(50)后与手柄(43)可转动地连接，所述心轴(42)的另一端设置有凸台，凸台的宽度尺寸大于定位套(46)上端开孔的孔径尺寸。
5.如权利要求4所述的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，其特征在于，
所述步骤S3具体为：
将离心叶轮的外罩法兰与框架(41)的止口配合，然后通过均布螺栓将框架(41)固定在离心叶轮的外罩上，使得定位套(46)、转子连接轴、轴承和离心叶轮外罩同轴设置。
6.如权利要求2所述的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，其特征在于，
所述步骤S13中的支撑轴(2)包括固定部(21)、第一弹簧(22)和移动部(23)，所述第一弹簧(22)位于移动部(23)和固定部(21)之间，所述移动部(23)用于与固定夹具(16)的下端无缝对接，所述固定部(21)用于施力，在移动部(23)与固定夹具(16)无缝对接后，所述第一弹簧(22)处于被压缩状态，所述固定部(21)处于固定状态，取下固定夹具(16)过程中，第一弹簧(22)在恢复自由状态的过程中逐渐推动移动部(23)向上移动，保持架(11)上的滚珠与移动部(23)的外圆贴合。
7.如权利要求1所述的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，其特征在于，
所述步骤S4具体为：
将塞尺插入离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙处，保持塞尺与外罩之间相对固定，转动压气机转子360°，测量出离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙，然后根据测量值选择对应厚度的调整垫以控制叶尖与外罩之间的轴向间隙。
8.如权利要求4所述的控制离心叶轮的叶尖与外罩之间的轴向间隙的方法，其特征在于，
所述步骤S2中对转子连接轴进行固定时需将手柄(43)调整至竖直状态。
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