自動彎管機及其電氣設計

自動彎管機及其電氣設計,自動彎管機及其電氣設計,自動,彎管,及其,電氣設計 湖南工學院2011 屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書 系： 機械系 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師 康煜華 學生姓名 李衍 課題名稱 自動彎管機及其電氣設計 內(nèi)容及任務 一、內(nèi)容 本課題主要是設計出一種價格和占地面積使用方便的自動彎管機（長0.9M，寬0.8M，高1.1M，價格9000元人民幣左右），并著手對彎管機的性能進得進一步的強化，使其能彎曲不同口徑或不同的鋼型、采用制動電機以提高彎曲機的彎曲精度。大大的簡化了電器控制系統(tǒng)，方便操作。 二、任務 1 彎管機的基本原理與選擇 選取滾彎式彎曲原理。 2 彎管機的設計 對彎管機的工藝要求進行分析，計算彎曲力矩，選取電機，傳動比的計算與各傳動裝置的運動與參數(shù)，皮帶輪與皮帶的計算與選擇，蝸輪蝸桿減速箱的計算與選擇，聯(lián)軸器的計算與選擇，軸承的選擇，軸的初步計算與設計及校核，齒輪的計算與設計，大小齒軸前后端蓋及軸承座的結構設計，軸套的結構設計，蓋板的結構設計及計算，機身的結構設計與計算，彎管機的主要參數(shù)。 3擋料架的結構設計 4 用電器選擇與電路 擬達到的要求或技術指標 一、統(tǒng)一要求 按任務書要求完成規(guī)定的任務，撰寫設計說明書，一律采用計算機編輯。內(nèi)容包括設計的意義與作用、設計方案選擇和計算、主要零件的受力分析和強度校核、經(jīng)濟技術分析等。 寫出不少于400字的中文摘要；至少翻譯一篇本專業(yè)外文文獻（10000個以上印刷符號），并附譯文。 需完成不少于3張零號圖紙的結構設計圖、裝配圖和零件圖，其中應包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙，同時至少有折合1號圖幅以上的圖紙用手工繪制，查閱到10篇以上與題目相關的文獻，按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設計說明書。 二、技術參數(shù) 電 源：380V—50HZ 三相交流電； 電機功率：3KW； 外形尺寸：B*L*H=680*1025*1038； 最大彎曲力矩：2657N*m； 彎曲半徑范圍：R80~R300； 最大彎曲角度：2000； 彎曲速度：8r/min； 整機重量：大約M=300kg； 進度安排 起止日期 工作內(nèi)容 備注 第2~5周 第6周 第7~9周 第10周 迪11周 第12~13周 第14～15周 第16周 畢業(yè)調(diào)研及實習、搜集設計的相關資料 設計方案的確定 彎管機的設計 擋料架的設計 擋料架的主要尺寸及其結構 各用電器的選擇與電路設計 編寫設計計算說明書, 通過指導老師驗收，準備答辯 畢業(yè)答辯 主要參考資料 1 徐灝，機械設計手冊.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2001，9 2 濮良貴、紀名剛，機械設計. 第七版.北京：高等教育出版社，2001，6 3 羅圣國、李平林、張立乃，機械設計課程設計指導書. 第二版.北京：高等教育出版社，2001，4 4 王光銓，機床電力拖動與控制.北京：機械工業(yè)出版社，2001，7 5 曾紀進，自動彎管機與鋼筋管曲機的改進.廣州：輕工機械， 1998 6 劉江南 郭克希，機械設計基礎. 湖南大學出版社，2005 7 梁景凱，機電一體化技術與系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社，1999 8 成大先，機械設計圖冊（第5卷）[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2000 9 東北工學院，機械零件設計手冊[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1979 10 李維榮，標準緊固件實用手冊[M]. 北京：中國標準出版社，2001 11 劉鴻文，材料力學[M]. 北京：高等教育出版社，1992.9 12 鄒慧君，機械原理課程設計手冊[M]. 北京：高等教育出版社，1998 教研室 意見 年 月 日 系主管領導意見 年 月 日 2011屆畢業(yè)設計說明書 自動彎管機裝置及其電器設計 系 、 部： 機械系 學生姓名： 李衍 指導教師： 康煜華 職稱 副教授 專 業(yè)： 機械制造及其自動化 班 級： 機本0704 完成時間： 2011.6 湖南工學院畢業(yè)設計(論文)開題報告 題　　目 自動彎管機裝置及其電器設計 指導老師 康煜華 學生姓名 李衍 班級學號 214070437 專業(yè) 機械制造設計及其自動化 一、課題的意義 現(xiàn)今工業(yè)發(fā)達，無論是哪一種機器設備、健身器材、家具等幾乎都有結構鋼管，有導管，用以輸油、輸氣、輸液等，而在飛機、汽車及其發(fā)動機，健身器材，家具等等占有相當重要的地位。各種管型品種之多、數(shù)量之大、形狀之復雜，給導管的加工帶來了不少的困難。對于許多小企業(yè)，家庭作坊，或者大企業(yè)中需要配管的場合，如工程機械上的壓力油管，機床廠的液壓管道發(fā)動機的油管健身器材的彎管等等，這些場合可能不需要功能全的彎管機，且加工的管件的難度不高，簡易手動型的彎管機很可能適應。這系列彎管機采用手動夾緊，機械彎曲，機器結構簡單，控制元件極少，因此價格上比較容易被用戶接受。 二、課題研究目的和意義 市面上現(xiàn)有的自動彎管機大多數(shù)是液壓的，數(shù)控的，也有機械傳動的，但它們的占地面積較大(長度在2.5~4m之間)，價格昂貴(2~5萬元人民幣或更多)，然而大多數(shù)用戶需求的是占地面積小價格便宜且使用方便的自動彎管機。 液壓彎管機1-1 數(shù)控彎管機1-2 本文便是朝這方面的用途面設計的自動彎管機，設計出一種價格和占地面積使用方便的自動彎管機（長0.9M，寬0.8M，高1.1M，價格9000元人民幣左右），并著手對彎管機的性能進得進一步的強化，使其能彎曲不同口徑或不同的鋼型、采用制動電機以提高彎曲機的彎曲精度。大大的簡化了電器控制系統(tǒng)，方便操作。 三、國內(nèi)外自動彎管機概述 彎管機是我國國防和基礎建設的關鍵設備，為我國的經(jīng)濟發(fā)展和國防建設起到了不可估量的作用。彎管機在前期經(jīng)過了第一步改造，實現(xiàn)了PLC控制、上位計算機監(jiān)控管理、人機友好界面。但現(xiàn)有的操縱控制系統(tǒng)較為落后，不能很好的滿足生產(chǎn)的需要。在此基礎上，迫切需要對彎管機進行第二步改造，將整個操作系統(tǒng)改為中頻感應加熱控制，對彎管機的工作過程實現(xiàn)快速、精確控制以提高彎管機的工作效率和加工精度。 ? 在電力，石油化工等工業(yè)和天然氣，集中供熱等輸送工程中，需要大量的彎管，彎頭，所以彎管機都作為重要生產(chǎn)設備之一。它的安全、可靠、高效運行，直接關系到白動生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。中頻加熱彎管機具有解熱快，氧化少，解熱均勻，解熱效率高，能保證產(chǎn)品你質(zhì)量等優(yōu)點。 彎管機的PLC控制和編程對彎管起著至關重要的作用，它的工作性能對整個控制系統(tǒng)都有著重要的影響，所以研究PLC控制和編程極其重要。 ? 中頻加熱液壓彎管機組采用了先進的計算機網(wǎng)絡控制技術，用PLC編程語言及梯形圖形進行邏輯控制連接，采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視和控制現(xiàn)場設備工作狀態(tài)，設置工藝參數(shù)，下的大工藝命令，整機與其他彎管設備相比：技術含量高，自動化程度先進，控制精度高，能大大的降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。 ? 控制系統(tǒng)是彎管機的關鍵組成部分，彎管機的工作性能是系統(tǒng)改造設計的主要目標。彎管機主要由機械裝置，液壓系統(tǒng)，中頻加熱系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)等組成。從系統(tǒng)的觀念考慮機械、電氣和液壓系統(tǒng)之間的匹配問題，得到性能最好的彎管機。 我們已經(jīng)是世界上主要的彎管機生產(chǎn)國家之一，但是目前，管道施工應用的彎管機基本上都是進口的，國外比較著名的彎管機生產(chǎn)廠家有德國的VIETZ公司和美國的CRC公司。通用的技術都是利用靜液壓傳動、氣動控制技術來實現(xiàn)彎管機的彎管操作和控制。國內(nèi)目前仍沒有具備生產(chǎn)大型彎管機設計和制造能力的廠家。這主要是國內(nèi)整體工業(yè)化程度不高，國產(chǎn)機械本身的加工精度不夠以及專業(yè)人才的匱乏，加之國產(chǎn)鋼材與進口鋼材的差距是導致機械整體質(zhì)量不高的主要原因。 對于彎管機的技術發(fā)展有了個基本的了解之后，我們能夠更好的發(fā)展我國的彎管機行業(yè)。 四、課題的研究內(nèi)容、方法、手段與步驟 1、研究內(nèi)容 本論文主要是設計出一種價格和占地面積使用方便的自動彎管機（長0.9M，寬0.8M，高1.1M，價格9000元人民幣左右），并著手對彎管機的性能進得進一步的強化，使其能彎曲不同口徑或不同的鋼型、采用制動電機以提高彎曲機的彎曲精度。大大的簡化了電器控制系統(tǒng)，方便操作。 自動彎管機通用工作流程為： ① 用起重機將管段放置在彎管機工作臺上，操作液壓卷揚機實現(xiàn)管段在工作臺面上位置的準確調(diào)整； ② 利用液壓鉗將管段夾住，操作氣動胎芯自動行走，使其進入管段，并將胎芯撐起； ③ 操作彎管液壓缸，進行管線彎制； ④松開液壓鉗，操作液壓卷揚機，使彎管在工作臺面進行下一個彎管位置的準確調(diào)整； ⑤ 重復② ～ ④操作，實現(xiàn)下一次彎管動作。一般一根12m 長的管線需要進行15～2O次左右的彎管動作，才能達到最大 l1°的彎曲角度。 2、步驟 ①彎管機的基本原理與選擇 彎管機的彎曲原理,在普通情況下有以情二種，即滾彎式與纏繞式。如下圖1、2分別是彎管原理圖。 二者各有優(yōu)缺點。 纏繞式主要用于方管的彎曲其結構復雜，而滾彎式主要用于圓管彎曲也可用于方管彎曲但沒有纏繞式好，但結構簡單。故本彎管機采用滾彎式。 彎管的步驟大致是： 1.留出第1段直線段長度，并夾緊管子。 2.彎曲。 3.松開夾緊塊，取出管子，使模具復位。按管形標準樣件在檢驗夾具上檢查管形，并校正。 4.重復第1步，直至彎完管子為止。 圖1 彎管式彎曲 圖2 纏繞式彎曲 ② 工件工藝分析 此工作件采用的直徑為30mm厚為2mm是無縫鋼管做為彎管件，材料為10號鋼，其最小彎曲半徑為60mm。而彎曲件的彎曲半徑為100mm，固其符合加工工藝性。其工件如1-3圖。彎管件要求不能有裂紋，不能有過大的外凸。不能有趨紋。 1、電機選取。 由經(jīng)驗選取彎管機的彎管速度為8r/min。 2、傳動比的計算與各傳動裝置的運動與參數(shù)。 3、皮帶輪與皮帶的計算與選擇由電機轉(zhuǎn)速與功率，確定了采用普通A型皮帶作為傳動帶。 4、蝸輪蝸桿減速箱的計算與選擇 因為蝸輪蝸桿的安裝為蝸桿在蝸輪的側面所以選用CWS型的蝸輪蝸桿減速器 5、聯(lián)軸器的計算與選擇 由于此聯(lián)軸器承受的力矩相對較大，且顧及性價比軸孔徑的配合關系且彈性柱銷齒式聯(lián)軸器的結構簡單，制造容易，不需用專用的加工設備，工作是不需潤滑，維修方便，更換易損件容易迅速，費用低，因此選用彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。 6、軸承的選擇 由于彎管機需要一個平穩(wěn)的平臺且軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故不能選用深溝滾子軸承。且軸承受力不大，轉(zhuǎn)速也較低，故可選用圓錐滾子軸承，且可選取外徑較小的以使空間更緊湊和降低成本。選用32912和32918二種圓錐軸承。 7、軸的初步計算與設計及校核 8、齒輪的計算與設計 9、大小齒軸前后端蓋及軸承座的結構設計 10、軸套的結構設計 11、機身的結構設計與計算 12、彎管機的主要參數(shù) ③ 擋料架的結構設計 擋料架在彎管機上的作用主要是用來擋彎曲鋼管時的反力，同時也具有定位的作用。 有如同夾具一般。 由于本彎管機是采用滾彎式的彎管原理，故鋼管與擋料輪的接觸面較不大，故擋料輪的硬度不能比鋼管的硬，故采用黃銅作為擋料輪的材料。 擋料輪的結構主要由擋料輪、擋料軸、擋料輪架、軸承、鍵、軸蓋、擋料座、螺紋桿、手輪等一些組成。 ④ 用電器選擇與電路 由于此彎管機采用的是半自動的形式，故采用二個行程開關和二個交流接觸電器等組成其電路。由于電機的功率為3KW且電壓為380Vh頻率為50Hz的交流電。 故選用行程開關的型號[1]LX19-131(B)， 接觸器型選用[1]CJ-16，2常閉2常開，其工作功率為4KW。 按鈕使用普通型平鈕二個，型號[1]為LA101P-P。 電源開關選用LW8萬能轉(zhuǎn)換開關型號[1]為AC21，其工作功率為3.8KW。 短路保護熔斷器選用[1]RL6-25其額定功率為4KW。 過載保護采用[1]JRS1-25/F系列熱繼電器JRS1-25/F其控制功率為380*3=1124W,因為有二根線所以總功率為1124*3=3372W故合適。 電源線采用[1]BV4（B）即常用銅芯聚氯乙烯絕緣電線4平方毫米的銅線線芯結構為7*0.85。其額定電壓為600V 其電路設計如下 , ⑤ 任務完成的階段安排及時間安排 畢業(yè)設計（論文）進程安排: 序號 設計（論文）各階段名稱 日期（教學周） 1 外文資料翻譯 第4周 2 開題報告 第5、6周 3 總體方案 第7～9周 4 設計說明書 第15周 ⑥ 總結 我們已經(jīng)是世界上主要的彎管機生產(chǎn)國家之一，但是目前，管道施工應用的彎管機基本上都是進口的，國外比較著名的彎管機生產(chǎn)廠家有德國的VIETZ公司和美國的CRC公司。通用的技術都是利用靜液壓傳動、氣動控制技術來實現(xiàn)彎管機的彎管操作和控制。國內(nèi)目前仍沒有具備生產(chǎn)大型彎管機設計和制造能力的廠家。這主要是國內(nèi)整體工業(yè)化程度不高，國產(chǎn)機械本身的加工精度不夠以及專業(yè)人才的匱乏，加之國產(chǎn)鋼材與進口鋼材的差距是導致機械整體質(zhì)量不高的主要原因。希望能通過這次設計對國內(nèi)的機械方面有所了解，為努力發(fā)展中國的機械行業(yè)做出自己的一份貢獻。 指導教師批閱意見 指導教師(簽名)： 年 月 日 2011屆畢業(yè)設計 材 料 系 、 部： 機械工程系 學生姓名： 李衍 指導教師： 康煜華 職 稱： 副教授 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級： 機本0704 學 號： 214070437 2011 年 6 月 摘 要 彎管機的種類多種多樣，有CNC數(shù)控彎管機，有PLC型彎管機，也有簡易型的自動彎管機，而本文正是關于自動彎管機的裝置設計及其控制電路的設計，自動彎管機的裝置可由機身、電機、減速機構、擋料機構、電器控制機構等組成。 關鍵詞：彎管機；電器控制；彎曲半徑 ABSTRACT This article focuses on the curved tube machine. A variety of the curved tube machine, there is curved tube machine of CNC control, and there is curved tube machine of PLC control, there also is the simple type automatic curved tube machine, but this article is just to the design of the automatic curvede machine and its control electric circuit, and the device of the curved tube machine can construct with the fuselage of machine, motor , the decreaseing-speed organization, block organization, and electric appliances control organization etc. Key words：motor curved tube machine ；electric appliances control； bent radius 目 錄 1 緒 論………………………………………………………………………………1 1.1 彎管機在自工工業(yè)中的地位和各種彎管機的性價比……………………1 1.2 彎管機的基本原理與選擇…………………………………………………2 2 彎管機設計…………………………………………………………………………2 2.1 工件工藝分析…………………………………………………………………2 2.2 計算彎曲力矩…………………………………………………………………3 2.3 電機選取………………………………………………………………………3 2.4 傳動比的計算與各傳動裝置的運動與參數(shù)…………………………………5 2.5 皮帶輪與皮帶的計算與選擇…………………………………………………6 2.6 蝸輪蝸桿減速箱的計算與選擇………………………………………………7 2.7聯(lián)軸器的計算與選擇………………………………………………………7 2.8 軸承的選擇……………………………………………………………………8 2.9 軸的初步計算與設計及校核…………………………………………………8 2.10 齒輪的計算與設計…………………………………………………………12 2.11 大小齒軸前后端蓋及軸承座的結構設計…………………………………14 2.12 軸套的結構設計……………………………………………………………15 2.13 蓋板的結構設計及計算……………………………………………………16 2.14 機身的結構設計與計算……………………………………………………16 2.15 彎管機的主要參數(shù)…………………………………………………………17 3 擋料架的結構設計………………………………………………………………19 3.1 擋料架的結構設計…………………………………………………………19 4 用電器選擇與電路………………………………………………………………20 4.1 各用電器的選擇與電路設計………………………………………………20 參考文獻……………………………………………………………………………22 致謝…………………………………………………………………………………23 附錄…………………………………………………………………………………24 1緒 論 1.1彎管機在自工工業(yè)中的地位和各種彎管機的性價比 現(xiàn)今工業(yè)發(fā)達，無論是哪一種機器設備、健身器材、家具等幾乎都有結構鋼管，有導管，用以輸油、輸氣、輸液等，而在飛機、汽車及其發(fā)動機，健身器材，家具等等占有相當重要的地位。各種管型品種之多、數(shù)量之大、形狀之復雜，給導管的加工帶來了不少的困難。對于許多小企業(yè)，家庭作坊，或者大企業(yè)中需要配管的場合，如工程機械上的壓力油管，機床廠的液壓管道發(fā)動機的油管健身器材的彎管等等，這些場合可能不需要功能全的彎管機，且加工的管件的難度不高，簡易手動型的彎管機很可能適應。這系列彎管機采用手動夾緊，機械彎曲，機器結構簡單，控制元件極少，因此價格上比較容易被用戶接受。 市面上現(xiàn)有的自動彎管機大多數(shù)是液壓的，數(shù)控的，也有機械傳動的，但它們的占地面積較大(長度在2.5~4m之間)，價格昂貴(2~5萬元人民幣或更多)，然而大多數(shù)用戶都需求的是小占地面積小價格便宜且使用方便的自動彎管機。 圖1液壓彎管機 圖2數(shù)控彎管機 本文便是朝這方面的用途面設計的自動彎管機，設計出一種價格和占地面積使用方便的自動彎管機（長0.9M，寬0.8M，高1.1M，價格9000元人民幣左右），并著手對彎管機的性能進得進一步的強化，使其能彎曲不同口徑或不同的鋼型、采用制動電機以提高彎曲機的彎曲精度。大大的簡化了電器控制系統(tǒng)，方便操作。 1.2彎管機的基本原理與選擇 彎管機的彎曲原理,在普通情況下有以情二種，即滾彎式與纏繞式。如下圖3、4分別是彎管原理圖。 圖3滾彎式 圖4纏繞式 二者各有優(yōu)缺點。 纏繞式主要用于方管的彎曲其結構復雜，而滾彎式主要用于圓管彎曲也可用于方管彎曲但沒有纏繞式好，但結構簡單。故本彎管機采用滾彎式。 彎管的步驟大致是： 1.留出第1段直線段長度，并夾緊管子。 2.彎曲。 3.松開夾緊塊，取出管子，使模具復位。按管形標準樣件在檢驗夾具上檢查管形，并校正。 4.重復第1步，直至彎完管子為止。 2彎管機設計 2.1工件工藝分析 此工作件采用的直徑為30mm厚為2mm是無縫鋼管做為彎管件，材料為10號鋼，其最小彎曲半徑為60mm。而彎曲件的彎曲半徑為100mm，固其符合加工工藝性。其工件如圖3。彎管件要求不能有裂紋，不能有過大的外凸。不能有趨紋。 圖5 彎曲半徑為100mm 圖6 最小彎曲半徑 2.2計算彎曲力矩 由彎管力矩公式，由于彎管時彎曲半徑越小所用的力矩越大，故以鋼管在最小半徑彎曲時的力矩來做為管的彎曲彎力矩。其式如下2-1 (2-1) 其中 為彈性應力 r為管材內(nèi)徑 t為管材壁厚 為屈服應力 為中性層的彎曲半徑 =2420 N·m 2.3電機選取 由經(jīng)驗選取彎管機的彎管速度為8r/min 則有 P=M*=2 KW (2-2) 由工作功率為2KW 所以電機功率P= (2-3) 、、、、分別為帶傳動、蝸輪傳動、聯(lián)軸器、齒輪、軸承的傳動效率。取=0.96、=0.9、=0.99、=0.97、=0.98則 P==2.5 KW 由于彎管機需要彎多種型式的鋼型，固選用較大功率的電機以使彎管機能夠適用更大的彎曲范圍，又由于彎曲機需要固有制動功能故選用配有制動功能的電機，且電機正反的頻率過大，所以電機轉(zhuǎn)速不宜過大，現(xiàn)取電機的轉(zhuǎn)速為960r/min為宜。故先用電機的型號為YEP132S-6，其基本性能如表1 表1YEP132-6的主要性能參數(shù) 型號 功率 滿載時 堵轉(zhuǎn) 最大 靜制動 空載制 噪聲 轉(zhuǎn)速 電流 效率 功率 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)達矩 轉(zhuǎn)達矩 動時間 因數(shù) 不小于 不大于 YEP1 3KW 960 8.8 77% 0.67 2.2 2.2 29．4 0．4/s 71/db 32S-6 r/ A N·m min 電機的主要安裝尺寸如下 圖7 電機安裝尺寸 表2 電機的安裝尺寸 單位（mm） 型號 A B C D E F G H I L YEP-132S-6 280 140 89 38 80 315 216 132 210 515 2.4傳動比的計算與各傳動裝置的運動與參數(shù) 由電機轉(zhuǎn)速N1=960r/min ，而彎管機的速度初擬為N5 =8r/min 所以 總傳動比 =N1/N5=120 由皮帶輪的傳動比為1~4 所以取皮帶輪的傳動比=2.5，由于單付齒輪的傳動比為1~8 。便擬定取齒輪傳動比=3,則蝸輪蝸桿的傳動比=16,蝸輪的傳動比不大這有利于提高蝸輪的壽命。 為進行傳動件的設計計算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩（或功率）。如將傳動裝置各軸由高速至低速依次定為1軸、2軸……以及 ,, … 為相鄰兩軸間的傳動比； ，… 為相鄰兩軸間的傳動效率； P1，P2… 為各軸的輸入功率（Kw）； T1,T2… 為各由的輸入轉(zhuǎn)矩（N·m）； N1,N2… 為各軸的轉(zhuǎn)速（r/min）； 2.4.1各軸轉(zhuǎn)速 電機軸轉(zhuǎn)速Nm=960 r/min 蝸輪小軸端N1===384 r/min （2-4） 蝸輪大軸端N2===24 r/min 小齒輪轉(zhuǎn)速 N3= N2=24 r/min 大齒輪轉(zhuǎn)速N4===8 r/min 工作臺轉(zhuǎn)速N5= N4=8 r/min 2.4.2各軸的輸入功率 電機輸出功率 P0=3KW 蝸輪小軸輸入功率 P1= P0*=3*=3*0.96=2.88KW （2-5） 蝸輪大軸輸入功率 P2= P1= P1*=2.88*0.9=2.59KW 齒輪小軸輸入功率 P3= P2*= P2*=2.59*0.99=2.56KW 齒輪大軸輸入功率 P4= P3= P3*=2.56*0.972=2.41KW 工作臺輸入功率 = P4*= P4**=2.41*0.972*0.98=2.22KW 2.4.3各軸輸入轉(zhuǎn)矩 電機輸出轉(zhuǎn)矩 =9550*=9500*=29.84 N·m （2-6） 蝸輪小軸輸入轉(zhuǎn)矩=**=29.84*2.5*0.96=71.62 N·m 蝸輪大軸輸入轉(zhuǎn)矩=**=71.62*16*0.9=1031.27 N·m 齒輪小軸輸入轉(zhuǎn)矩=*=1031.27*0.99=1020.96 N·m 齒輪大軸輸入轉(zhuǎn)矩=**=1020.96*3*0.972=2881.86 N·m 工作臺輸入轉(zhuǎn)矩=**=2881.86*0.972*0.98=2657.31 N·m 2.5皮帶輪與皮帶的計算與選擇 由電機轉(zhuǎn)速與功率，確定了采用普通A型皮帶作為傳動帶。 由A型帶的小帶輪最小直徑為70mm，故定小帶輪直徑為=100mm 皮帶速度驗算 ==5.03 （2-7） 所以5<<=20 所以此帶輪合格 則從動輪 =*=100*2.5=250 mm 初選 =1600mm 則有 a=A+ （2-8） 其中 A===262.63 (2-9) B===2812.5 所以 a=262.63+=519.6 mm 主動輪包角 == (2-10) => 帶的根數(shù) z= (2-11) 其中取 =00.97KW =0.11KW =0.96 =0.99 可得 z==2.92 取z=3 2.6蝸輪蝸桿減速箱的計算與選擇 因為蝸輪蝸桿的安裝為蝸桿在蝸輪的側面所以選用CWS型的蝸輪蝸桿減速器，又因為 蝸輪大軸輸入轉(zhuǎn)矩 =1031.27 N·m 蝸輪小軸輸入功率 P1=2.88 KW 傳動比 =16 所以選用蝸輪蝸桿的型號為[1] CWS-125 JB/T 7935 其基本性能如表3 表3 蝸輪減速器的主要友參數(shù) 型號 公稱傳動比 轉(zhuǎn)速 中心距 額定輸入功率 額定輸出轉(zhuǎn)矩 CWS-125 16 750r/min 125mm 7.781KW 1400 N·m 2.7聯(lián)軸器的計算與選擇 由于此聯(lián)軸器承受的力矩相對較大，且顧及性價比軸孔徑的配合關系且彈性柱銷齒式聯(lián)軸器的結構簡單，制造容易，不需用專用的加工設備，工作是不需潤滑，維修方便，更換易損件容易迅速，費用低，因此選用彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。 由于 =1020.96 N·m 且蝸輪蝸桿的蝸輪軸徑為55mm 故選用ZL4聯(lián)軸器， 其型號為 ZL4GB5015—1985 其主要尺寸及參數(shù)如表4 表4聯(lián)軸器的主要參數(shù) 未標單位（mm） 型號 許用轉(zhuǎn)矩N·m 許用轉(zhuǎn)速r/min 軸孔直徑 軸孔長度 外徑 凸圓厚度 轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2) 重量(Kg) ZL4 1600 4000 40,45,50,55 112 84 158 89 0.046 14.8 2.8軸承的選擇 由于彎管機需要一個平穩(wěn)的平臺且軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故不能選用深溝滾子軸承。且軸承受力不大，轉(zhuǎn)速也較低，故可選用圓錐滾子軸承，且可選取外徑較小的以使空間更緊湊和降低成本。選用32912和32918二種圓錐軸承。 其主要參數(shù)及基本尺寸如表5 表5軸承的主要參數(shù) 未注單位（mm） 型號 小徑 外徑 厚度 內(nèi)圈厚度 外圈厚度 額定載荷 極限轉(zhuǎn)速 重量 32912 60 85 17 16 14 34.5KN 4000r/min 0.24kg 32918 90 125 23 22 19 77.8KN 3200r/min 0.79kg 2.9軸的初步計算與設計及校核 初步計算軸徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 (2-12) P為軸所傳遞的功率，KW 為軸的轉(zhuǎn)速，r/min A由軸的許用切應力所確定的系數(shù)，其值可取A= 現(xiàn)在取A=115 則 =54.54 mm 取 =55mm 則 =77.09mm 取 =85 mm 小齒輪軸的裝配方案如圖8 圖8 小齒輪的裝配方案 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，故在軸與聯(lián)軸器相接間需制出一個軸肩，由于半聯(lián)軸器的連接長度為L=84mm又因軸段長度比L要短些故取L1為82mm，且軸徑與半聯(lián)軸器直徑一樣取d1=55mm。軸肩后卻是齒輪段，于是軸承的關系故取d2為60mm，取軸承端蓋的總厚度為42mm（由箱體及軸承端蓋的結構設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面間的距離L2=10mm，由于軸承是由軸承座支撐住的，故取軸承座的高厚為25mm，取齒輪與軸承座之間的距離為15mm由于齒輪的寬度為175mm，齒輪左端需制出一個軸肩，由齒輪與軸承座之間的距離為15mm且軸承座與軸承之間的距離相差為8mm，則此軸肩的長度為23mm，又因為軸承的厚度為17mm則軸肩之至左端要比軸承的厚度要長一點，取18mm，其直徑為60mm。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。查得鍵的截面為 b*h=18*11 鍵槽用鍵槽刀加工，長為160mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為16mm*10mm*70mm，半聯(lián)軸器的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為n6。取軸端倒角為2*450。 軸上載荷的計算與軸的校核 ==4861 N (2-13) =1794 N (2-14) =830.9 N (2-15) 由軸的結構尺寸及安裝條件可知，作為得支梁的軸的支承跨距a=221 mm，從軸的結構圖以及彎矩各扭矩圖中可以看出截面C是危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面C處的、、的值如表6 表6截面C處、、值 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F =2430.5N =2430.5N =1005.7N =794 N 彎矩M =268570 N/mm =111129 N/mm =87734N/mm 總彎矩 =290653 N/mm =282536 N/mm 扭矩T =1 020 960N/mm 圖9軸的彎矩圖 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。則由 ==31.39Mpa (2-16) 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，可得=60Mpa 因此<，故安全 故小軸的結構尺寸如圖10 圖10小軸的結構尺寸 由于大軸的結構設計與計算大部分與小軸類同。故在此，類同的省略，且經(jīng)驗算此軸也為安全軸。 不同的時，前不是與半聯(lián)軸器相連，而是工作臺即彎曲模。由于轉(zhuǎn)矩較大且要求工作臺要較為平穩(wěn)及誤差小，由此軸與彎曲模的連接采用矩形花鍵連接。 由靜聯(lián)接有 ，對矩形花鍵進行驗算。 (2-17) 式中 載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關，一般取=0.7~0.8，現(xiàn)取=0.8 花鍵的齒數(shù) =8 花鍵齒側面工作高度= =3mm (2-18) 齒的工作長度 ， =80mm 花鍵平均直徑 = = =60mm (2-19) 故有 =56.77Mpa<=100~140Mpa (2-20) 故此矩形花鍵安全 另外，為了緊固彎曲模在軸上，從而在軸端鉆了螺紋孔，其規(guī)格為M12-深30mm，軸的主要尺寸及其結構如下圖11 圖11軸的主要尺寸及其結構如下 2.10齒輪的計算與設計 由于齒輪傳動只有一對，為利于機器的平穩(wěn)，壽命及制造方便，故選用直齒齒輪傳動。此機器為一般工作機器，速度不高故選用7級精度采用鍛造制造。材料選擇小 齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS 按齒面接角強度設計 (2-21) 式中 取載荷系數(shù) =1.3 取小齒輪傳遞的傳矩 =1020.96 N·m 取齒寬系數(shù) ==1 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPa 大齒輪的接觸疲勞強度極限=550Mpa； 小齒輪的接觸疲勞強度極限=600Mpa 各取值代入公式 則得 13.9 mm 由于小齒輪直徑為55mm 而為了達到2* 故取 =140mm 所以齒輪中心矩 ==280 mm (2-22) 初步定 =280 一般=1730，=初選 =23，=，則==69 則 m= ==5.99 (2-23) 取 m=6 則 ==91.9 (2-24) 取 =92 則按=可得 =23 , =69 則 == (2-25) 則小齒輪 ==140.00 mm 大齒輪 =420.00 mm 則齒厚 =1.2*140=168 mm 取大齒輪厚 =170mm 則小齒輪厚取 =175mm 驗算齒輪,由 ==*103=14571 N (2-26) =83.26N/mm<100N/mm 合適 (2-27) 大、小齒輪的結構及尺寸如圖12，13 圖12 大齒輪 圖13 小齒輪 2.11大小齒軸前后端蓋及軸承座的結構設計 考慮到綜合性能故都采用45號鋼，由于軸主要是由鋼板支撐，但由于鋼板不能選用太厚，而軸承的厚度又是過厚故采用加入軸承座用螺釘緊固于鋼板從而來支持軸承，從而支持軸，這樣較于用軸承套焊接于鋼板上或是用超厚鋼板來支持軸與軸承大大的降低了成本，同時也便于安裝和維修。由于受力不大所以采用四根M10的內(nèi)六角螺釘來緊固軸的前后端蓋及軸承承座，已經(jīng)足夠支撐。它的的結構及尺寸圖14，15，16，17，18，19 圖14 大軸前端蓋 圖15大軸后端蓋 圖16大軸承座 圖17小軸承座 圖18 小軸后端蓋 圖19小軸前端蓋 2.12軸套的結構設計 由于軸套的厚度s在0.5d~2.0d之間 小軸軸徑為60mm 故取小軸的軸套厚度為6mm 大軸軸徑為90mm 故取大軸的軸套厚度為8mm 軸套的材料為45鋼，為能與軸與軸承之間的更好，更耐久的配合，故把軸套進行調(diào)質(zhì)處理，軸套的結構其尺寸如圖20，21 圖20 大軸軸套 圖21 小軸軸套 2.13 蓋板的結構設計及計算 由于在蓋板上需裝好多零件，如行程開關，擋料架，大小齒輪軸的端蓋以及用于安裝定位的孔。故蓋板采用厚度為20mm是45鋼。此蓋板的長與度主要是由電與蝸輪蝸桿所占的空間位置所取定的，由于 電機與蝸輪蝸桿的中心距 a=519.6mm 大飛輪的分度圓直徑為 d2=250mm 小機的安裝地腳寬為 L1=280mm 取壁至電機腳的空間長度 L0=90mm 取壁到大飛輪的空間長度 L2=110mm 壁厚取 b1=10mm 又因蓋板要比壁凸出以便于與壁配合 b0=10mm 故蓋板長度 L=2* b0 +2*b1+ +L2 +L0 + L1/2 +d2/2+ a=1024.6mm 取 L=1025mm 蓋板的寬厚主要跟大齒輪的位置及電機各自的相互空間位置有關 取齒輪端到壁的距離 B1=100mm 齒輪另一端到壁的距離 B2=160 同大齒輪的d5=420mm則 B=B1+B2+d5=100+160+420=680mm 則得蓋板尺寸車 B*L*h=680*1025*20(mm) 結合其它結構需要，故其結構及尺寸如圖22 圖22 蓋板的結構及尺寸 2.14 機身的結構設計與計算 由于機身支撐了整套機器的零件，故機身采用厚鋼板及鋼管焊接而成，由于機器重且機器性能要求平穩(wěn)，故用地腳螺釘來緊固機器以減少機器的振動， 腳板采用45鋼厚10mm，尺寸為B*L*h=80*120*10（mm）用四個腳來支撐機器。 支撐鋼管采用20號方管鋼。型號為60*60*4 地腳高度取h1=80mm 采用45號厚為20mm的鋼板來作為底板支撐電機與蝸輪蝸桿減速箱?？紤]中板與與底板是距離過及支撐齒輪的問題，故在兩側多加二個鋼板以增加機身的強度。側板的尺寸 B*L*h= 487*540*20(mm)，且在二側有碟結配合后用溥鐵板把前后面給圍住。 蓋板與中板之間是齒輪的箱體機構，四邊都采用45號鋼，厚度為20mm的鋼板與20號鋼方管焊接而成，為讓機身與蓋板容易裝拆，以便齒輪箱內(nèi)各零件容易裝拆與維修，故采用蓋板與機身用螺釘連接。采用四個螺釘連接。在方管上焊接一塊45號鋼厚為20mm的小鋼板，尺寸B*L*h=80*80*20(mm) 機身的基本尺寸及其結構如圖23 圖23機身的結構及尺寸 2.15 彎管機的主要參數(shù) 電 源：380V-50Hz 三相交流電 電機功率：3KW 外形尺寸：B*L*H=680*1025*1038 最大彎曲力矩：2657N*m 彎曲半徑范圍：R80~R300 最大彎曲角度：2000 彎曲速度：8r/min 整機重量：大約M=300kg 3擋料架的結構設計 3.1 擋料架的結構設計 擋料架在彎管機上的作用主要是用來擋彎曲鋼管時的反力，同時也具有定位的作用。 有如同夾具一般。 由于本彎管機是采用滾彎式的彎管原理，故鋼管與擋料輪的接觸面較不大，故擋料輪的硬度不能比鋼管的硬，故采用黃銅作為擋料輪的材料。 擋料輪的結構主要由擋料輪、擋料軸、擋料輪架、軸承、鍵、軸蓋、擋料座、螺紋桿、手輪等一些組成。 結構設計上，由于彎管時不同型號的彎曲半徑相差可能會很大，但由于 單純在擋料輪架的調(diào)整來調(diào)整彎曲半徑遠遠不足，故采用擋料架具有不同的定位安裝位置，以增加擋料架與彎曲模的調(diào)整范圍。設計了在擋料架上的調(diào)范圍為50mm而在位置調(diào)整的范圍可達100mm。故總調(diào)整范圍有150mm。 鎖緊螺紋采用自鎖螺紋，用手輪鎖緊。滾輪主要由軸支持再結合二個滾子軸承而裝于擋料輪架上，這樣滾輪滾動時的滾動摩擦小有利于提高彎管的合格率。 采用普通黃銅H62材料作為其直徑D=100mm高度H=60mm 擋料軸采用45號鋼軸徑 D1=20mm 擋料輪架采用45號鋼尺寸為 B*L*h=80*84*100(mm) 軸承采用深溝滾子軸承 B*D*d=7*32*20 鍵采用45號鋼其尺寸為 B*L*h=4*6*40（mm） 擋料座采用45號鋼其尺寸為 B*L*h=100*190*95(mm) 螺紋桿采用45號鋼其尺寸為 d*L=16*145(mm) 手輪采 d*D=12*100(mm) 軸蓋采用45號鋼其尺寸為 D*H=56*20（mm） 擋料架的主要尺寸及結構如圖24 圖24擋料架的結構及尺寸 4用電器選擇與電路 4.1 各用電器的選擇與電路設計 由于此彎管機采用的是半自動的形式，故采用二個行程開關和二個交流接觸電器等組成其電路。由于電機的功率為3KW且電壓為380Vh頻率為50Hz的交流電。 故選用行程開關的型號[1]LX19-131(B)， 接觸器型選用[1]CJ-16，2常閉2常開，其工作功率為4KW。 按鈕使用普通型平鈕二個，型號[1]為LA101P-P。 電源開關選用LW8萬能轉(zhuǎn)換開關型號[1]為AC21，其工作功率為3.8KW。 短路保護熔斷器選用[1]RL6-25其額定功率為4KW。 過載保護采用[1]JRS1-25/F系列熱繼電器JRS1-25/F其控制功率為380*3=1124W,因為有二根線所以總功率為1124*3=3372W故合適。 電源線采用[1]BV4（B）即常用銅芯聚氯乙烯絕緣電線4平方毫米的銅線線芯結構為7*0.85。其額定電壓為600V 其電路設計如下 圖25 彎管機電路設計 其工作過程，電源線接上，把電源開上，此時電機是不通電的。擋按下SB1時KM1接觸器通電，此時常開天關二個KM1閉合通電，而另一個KM1常閉開關則打開斷電，且此時電機正轉(zhuǎn)，進行彎曲工作，當彎曲到定角度時（此角度由彎曲角度的大小而調(diào)整）碰到了行程開關X1則接觸器KM1斷電則常開天關二個KM1打開即電機斷電，由于電機是旁磁制動電機故電機很快停止運轉(zhuǎn)，常閉開關閉合。此時彎曲過程已經(jīng)完成，之后按下SB2則二個常開開關KM2閉合通電，而另一個KM2常閉開關打開斷電，此時電機反轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)回初始位置時由于碰到了行程開關X2則接觸器KM2斷電，則二個常開天關KM2打開斷電，而另一個常閉開關閉合通電，電機停止。 當再次按下SB1時，則得反復工作。 其中電路中設有過載保護、短路保護。 當在工作中時，電路中具有自鎖功能，因而不用怕操作者不小心按錯鍵而出事故。但當工作中出現(xiàn)意外時，只要轉(zhuǎn)動電源開關，把電源開關斷開即可使電機停轉(zhuǎn)，之后處理意外后轉(zhuǎn)動電源開關使電源通電便可繼續(xù)進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)進行工作。 操作過程及其分析設鋼管所需的成形角為，彎曲模設置的旋轉(zhuǎn)角為，剎車后的空行程角為，鋼管回彈角為，那么＝+-。由公式得，當，很小時=據(jù)此先將彎曲模下的調(diào)角桿按要求在轉(zhuǎn)盤刻度上調(diào)至接近所需的角，然后將方鋼穿過彎曲模的上下底板，使用注銷、固定塊將鋼管固定下來。轉(zhuǎn)動擋料架的手柄，使擋料架的浚住頂住鋼管。按下正轉(zhuǎn)開關SB1，彎曲模工作。通過試彎1一2次后，沒定一個準確的角，以后即可作批量生產(chǎn)。在電機正轉(zhuǎn)停后，取出鋼管，再啟動反轉(zhuǎn)開關彎曲彎回復到原位。 由回彈系數(shù) K = 由于材料是10鋼，且彎曲半徑為R=100mm，管厚t=2mm 則==25 故其回彈系數(shù)K=0.97 剛=== 故回彈角=3.70 由于電動機采用旁磁制動方式剎車，故回空行程角很小或是約等于0  參考文獻 [1] 徐灝，機械設計手冊.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2001，9 [2] 濮良貴、紀名剛，機械設計. 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由于，彎管機的結構較復雜且零件較多但由于論文上已有一定的結構模型，故我憑著模型以及各位老師對我的講解，我慢慢的認清了彎管機的全部結構，故我對我自己的一些想法與應用思想都設計到彎管機中去，把原有的模型做適當?shù)母倪M。使結構更合乎生產(chǎn)安裝以及多樣化使用的要求。每一個設計都是一個創(chuàng)新、完善的過程。在設計過程中運用所掌握的知識，發(fā)揮自己的想象力，完美原有的結構。這個過程也是一個學習的過程。 其次，認識到實踐的重要性。這次設計我做了很多重復工作、無用功，但是這些重復工作和無用功積累了設計經(jīng)驗。同時也認識到設計不能只在腦子里想其結構、原理，必須進行實際操作。另外，也應從多個角度來思考問題的所在，嘗試其它的方法，以求找到最佳方法，因為即使想的很完美，但到實際的設計時會遇到很多想不到的實際問題。 在設計的過程中，也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，就是彎管機的、以及各種標準件如蝸輪減速器，接觸器，等沒有新眼見過不知道其具體大小與工作情況，只能憑著手冊的說明而想像，彎管力矩的計算方法也沒有一條統(tǒng)一的式的，只能憑著經(jīng)驗式子來進行計算，其次由于條件不足缺乏實驗性，等等多種原因使我的設計是沒有完全的根據(jù)實際的情況來作合適、客觀地修改，而做出來的，難免有些缺點和不足，由于諸多原因，本次設計存在一些不足和有待改善的地方，希望老師能夠提出寶貴修改意見。 最后衷心的感謝匡建新老師對我的悉心指導，讓我在大學的最后一段時間里學到很多東西。 外文翻譯 結構設計 結構設計 Augustine J.Fredrich 摘要：結構設計是選擇材料和構件類型，大小和形狀以安全有用的樣式承擔荷載。一般說來，結構設計暗指結構物如建筑物和橋或是可移動但有剛性外殼如船體和飛機框架的工廠穩(wěn)定性。設計的移動時彼此相連的設備（連接件），一般被安排在機械設計領域。 關鍵詞：結構設計 ； 結構分析 ； 結構方案 ； 工程要求 Abstract: Structure design is the selection of materials and member type ,size, and configuration to carry loads in a safe and serviceable fashion .In general ,structural design implies the engineering of stationary objects such as buildings and bridges ,or objects that maybe mobile but have a rigid shape such as ship hulls and aircraft frames. Devices with parts planned to move with relation to each other(linkages) are generally assigned to the area of mechanical . Key words: Structure Design ； Structural analysis ；structural scheme ； Project requirements Structure Design Structural design involved at least five distinct phases of work: project requirements, materials, structural scheme, analysis, and design. For unusual structures or materials a six phase, testing, should be included. These phases do not proceed in a rigid progression , since different materials can be most effective in different schemes , testing can result in change to a design , and a final design is often reached by starting with a rough estimated design , then looping through several cycles of analysis and redesign . Often, several alternative designs will prove quite close in cost, strength, and serviceability. The structural engineer, owner, or end user would then make a selection based on other considerations. Project requirements. Before starting design, the structural engineer must determine the criteria for acceptable performance. The loads or forces to be resisted must be provided. For specialized structures, this may be given directly, as when supporting a known piece of machinery, or a crane of known capacity. For conventional buildings, buildings codes adopted on a municipal, county , or , state level provide minimum design requirements for live loads (occupants and furnishings , snow on roofs , and so on ). The engineer will calculate dead loads (structural and known, permanent installations ) during the design process. For the structural to be serviceable or useful , deflections must also be kept within limits ,since it is possible for safe structural to be uncomfortable “bounce” Very tight deflection limits are set on supports for machinery , since beam sag can cause drive shafts to bend , bearing to burn out , parts to misalign , and overhead cranes to stall . Limitations of sag less than span /1000 ( 1/1000 of the beam length ) are not uncommon . In conventional buildings, beams supporting ceilings often have sag limits of span /360 to avoid plaster cracking, or span /240 to avoid occupant concern (keep visual perception limited ). Beam stiffness also affects floor “bounciness,” which can be annoying if not controlled. In addition , lateral deflection , sway , or drift of tall buildings is often held within approximately height /500 (1/500 of the building height ) to minimize the likelihood of motion discomfort in occupants of upper floors on windy days . Member size limitations often have a major effect on the structural design. For example, a certain type of bridge may be unacceptable because of insufficient under clearance for river traffic, or excessive height endangering aircraft. In building design, ceiling heights and floor-to-floor heights affect the choice of floor framing. Wall thicknesses and column sizes and spacing may also affect the serviceability of various framing schemes. Materials selection. Technological advances have created many novel materials such as carbon fiber and boron fiber-reinforced composites, which have excellent strength, stiffness, and strength-to-weight properties. However, because of the high cost and difficult or unusual fabrication techniques required , they are used only in very limited and specialized applications . Glass-reinforced composites such as fiberglass are more common, but are limited to lightly loaded applications. The main materials used in structural design are more prosaic and include steel, aluminum, reinforced concrete, wood , and masonry . Structural schemes. In an actual structural, various forces are experienced by structural members , including tension , compression , flexure (bending ), shear ,and torsion (twist) . However, the structural scheme selected will influence which of these forces occ