（木材科学与技术专业论文）板式家具部件连接力学性能的研究.pdf

中文摘要 家具部件结构设计是家具设计的一个重要内容，而家具部件连接力学性能的 好坏是体现家具结构优劣的重要指标。美国等一些科技比较发达的国家对家具部 件连接力学性能的研究起步较早，也比较深入，而且对一些具体的基材和连接件 进行了定量的分析；并取得了一些成果，对家具的设计和生产有非常重要的指导 意义。而国内对此类课题的研究还不是很全面，对单纯的每种连接件的结合性能 的研究较少。本论文结合国内的研究现状和我国家具生产的一些实际情况，对一 些典型的家具连接件在板式家具部件结合中的力学性能进行对比实验与分析。 另一方面家具部件的连接方式的设计是家具结构设计的重要组成部分，板式 家具部件结合力学性能影响着其整体的力学结构性能。板式家具部件结合的抗拉 强度和模拟抗弯刚度( e i ) 木是衡量其结合性能高低的两个重要指标。板式家具部 件结合的抗拉强度和模拟抗弯刚度随着其连接件( 圆棒榫、偏心连接件、倒刺固 定连接件、木螺钉、木钉和胶结合等) 、基材( 中密度纤维板、刨花板) 的性能， 连接部位和连接方式等影响因素的不同而改变。本文先是对各种常见的板式家具 部件结合试件的最大抗拉拉力进行了实验，并得出了对比结果和一些数学模型公 式；其次对挠度( 位移) 与载荷值进行了实验测定，然后利用线形回归和材料力学 等知识计算出了各种连接件的结合强度值和模拟抗弯刚度值( e i ) 丰，并从这两方 面分别对它们进行了比较和分析。研究结果表明，板式家具部件结合的连接件、 连接方式、基材特征等各个因子都不同程度地影响着板式家具部件结合的整体性 能。 本课题的一些研究成果对家具设计中的家具结构设计和家具实际生产有指 导性意义。通过对一些连接件抗拉性能和模拟抗弯刚度的实验比较得出了一些规 律，为在实际生产中合理的选用连接件提供了依据。 关键词：板式家具；抗拉强度；模拟抗弯刚度 a b s t r a c t t h ed e s i g no ff u r n i t u r ef r a m e w o r ki sa l li m p o r t a n tc o n t e n tw h i c ht h ef u r u l t u m d e s i g n s ，b u tt h ef u r n i t u r ep a r tc o n n e c t i o nm e c h a n i c sp e r f o r m a n c eq u a l i t yi s i m p o r t a n tt a r g e tw h i c ht h ef u r n i t u r ef r a m e w o r kf i ta n du n f i tq u a l i t y u sa n ds oo n s o m et e c h n i c a lq u i t ed e v e l o p e dc o u n t r i e sd os o m er e s e a r c ht of u r n i t u r e p a r t c o n n e c t i o nm e c h a n i c sp e r f o r m a n c es t a re a r l y , a l s oq u i t ei st h o r o u g h , m o r e o v e rh a s c a r r i e do nt h ea n a l y s i st o i n eb a s em a t e r i a l sa n df u r n i t u r ep a r tc o n n e c t e r ；, a n dh a s o b t a i n e ds o m ea c h i e v e m e n t s ，w h i c hh a st h ee x t r e m e l yi m p o r t a n tg u i d i n gs e n s et ot h e f u r n i t u r ed e s i g na n dt h ep r o d u c t i o n b u tt h ed o m e s t i ck i n do ft o p i cr e s e a r c hi sn o t v e r yc o m p r e h e n s i v er e g a r d i n gt h i s ，w h i c ha r ef e wt ot h ep u r ee a c hk i n do fc o n n e c t e r q u a l i t yr e s e a r c h t h ep r e s e n tp a p e ru n i o nd o m e s t i cr e s e a r c hp r e s e n ts i t u a t i o na n d s o m ea c t u a ls i t u a t i o n so fd o m e s t i cf u _ r u l t o r ep r o d u c e s a n dc a r r yo nt h ec o n t r a s t e x p e r i m e n ta n dt h ea n a l y s i st o8 0 m ep a n e l - f u r n i t u r ec o n n e c t e ri np a n e l - f u r m t u r ep a r t j o i n i n gm e c h a n i c sp e r f o r m a n c e o nt h eo t h e rh a n dt h ef u r u l t u r ep a r tj o i n i n gw a yd e s i g ni st h e i m p o r t a n t c o n s t i t u e n to ff u r n i t u r ef r a m e w o r kd e s i g n , t h ep a n e l f u r u i l l l r ep a r tj o i n i n gm e c h a n i c s p e r f o r m a n c ei sa f f e c t i n gi t sw h o l em e c h a n i c ss t r u c t u r ep e r f o r m a n c es e r i o u s l y - t h e a n t i - p u l l e da n dt h es i m u l a t em o d u l u so fr i g i d i t y 但d + o ft h ep a n e l - f u r n i t u r ep a r t j o i n i n ga r ci m p o r t a n tt a r g e t sw h i c hw e i g ht h e i rj o i n i n gq u a l i t y t h ep a n e l f u r n i t u r e p a r tj o i n i n gt e n s i l es t r e n g t ha n ds i m u l a t em o d u l u so fr i g i d i t ya l o n gw i t ht h e i r c o n n e c t e r ( d o w e le c c e n t r i ce o n n e o c e l , h a n g n a i lf i x e dc o n n e c t e r , w o o ds c r e w , w o o d e n p e g ，a d h e s i o na n ds oo n ) ，b a s em a t e r i a l ( m d f , p b ) i n f l u e n c ef a c t o ra n ds oo i l ，w h i c h a r cj o i n i n gs p o ta n dj o i n i n gw a ya r ed i f f e r e n tb u tc h a n g e s t h er e s e a r c hf n - s t i yc a r t y o u tt h ee x p e r i m e n to fe a c hc o m m o np a n e l f u r n i t u r ep a r tj o i n i n gt e s ts a m p l et e n s i l e s t r e n g t h , a n dh a so b t a i n e ds o m er e s u l ta n dm a t h e m a t i c a lm o d e lf o r m u l a s ；n e x th a s c a r r i e do nt h ee x p e r i m e n t a ld e t e r m i n a t i o nt ot h el o a da p p f i c a t i o na n dd i s p l a c e m e n t , a n du s i n gt h el i n e a rr e t u r na n dm a t e r i a l sm e c h a n i c sc a l c u l a t e de a c hk i n do fc o n n e c t e r j o i n i n gi n t e n s i t yv a l u ea n d t h es i m u l a t em o d u l u so f r i g i d i t y 饵d + ，t h e nh a sc a r r i e do n t h ec o m p a r i s o na n dt h ea n a l y s i ss e p a r a t e l yf r o mt h e s et w oa s p e c t st ot h e m t h er e s u l t i n d i c a t e d , t h ep a n e l f u r n i t u r ep a r t j o i n i n gc o n n e c t e r , t h e j o i l t i n gw a y , t h eb a s em a t e r i a l c h a r a c t e r i s t i ca n d8 0o ne a c hf a c t o ra l lr a r i n gd e g r e ei sa f f e c t i n gt h eo v e r a l l p e r f o r m 衄c ew h i c ht h ep a n e l - f u r n i t u r ep a r t j o i n i n g t h i st o p i cs o m er e s e a r c hr e s u l t sa l s oh a v et h eg u i d a n c es i g n i f i c a n c et ot h e f u r n i t u r ed e s i g no ff u r n i t u r es t r u c t u r a ld e s i g na n dt h ef u r n i t u r ea c t u a lp r o d u c t i o n t h r o u g ha n t i p u l l e dt h ep e r f o r m a n c ea n dt h es i m u l a t em o d u l u so f r i g i d i t ye x p e r i m e n t t os o m ec o n n e c t e rc o m p a r e sh a so b t a i n e ds o m er u l e s ，a n dp r o v i d et h eb a s i sf o r r e a s o n a b l es e l e c t e dt h ec o n n e c t e ri nt h ea c t u a lp r o d u c t i o n k e yw o r d ：p a n e l - f u r n i t u r e ；t e n s i l es t r e n g t h ；s i m u l a t em o d u l u s o fr i g i d i t y i i l 中南林业科技大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品，也不包含为 获得中南林业科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材 料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：摹三3 辞 硼年r | ，e t 中南林业科技大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文 的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权中南林 业科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。 本学位论文属于： 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请您在以上相应方框打”)， 作者签名： 导师签名：仁习砭虎 年月日 跏6 年占栌 板式家具部件连接力学性能的研究 1 绪论 1 1 家具部件连接技术的发展 家具是和人们生活息息相关的实用工艺美术用品，在不同的历史时期，有不 同的习俗，因而生产出不同风格的家具。我国有史以来自夏、商、周到明、清、 民国至今，已有几千年的历史。在历史长河中随着社会经济、文化的发展，家具 也同样在漫长的历史变化着。另一方面家具风格是不同时代思潮和地域特质透过 创造的构想和表现，逐渐发展成为代表性的家具形式。家具风格的成因是多方面 的，主要有下面几个“1 ： ( 1 ) 意识形态：社会文化艺术的发展和影响、审美爱好的不同、建筑或其它工 艺种类的影响； ( 2 ) 物质原因：家具赖以构成的材料、工艺技术、生产方法等； ( 3 ) 自然因素：地理原因、气候原因； ( 4 ) 创作者个人原因； ( 5 ) 外来文化的影响。 随着家具的风格不同家具的结构形态也有区别，在我国传统家具的发展过程 中，其家具部件的连接技术也随之不断的发展锄 1 ，i 传统家具连接技术 我自从商周时代开始出现简单的适合“席地坐”家具到春秋战国时由于铁 工的出现并得到广泛的应用，家具的结构也更为复杂，对各部分的连接要求也更 高直到宋代时起居方式已完全进入垂足坐的时代，为了适应这种生活方式，桌、 椅等日用家具在民间很普遍，家具的造型及结构也更为复杂嘲到了明代家具采 用框式结构，与我国独具风格的木结构建筑一脉相承。至此家具的连接技术趋于 成熟，明式家具举世无双，无论是在艺术造型，还是在制造结构上都达到了很高 的水平。清代家具基本继承了明式家具的一些传统，同是也有自己的特征如平 板拼合箱型结构，它们采用的是龙风榫的形式，在一些较厚木板拼合中常采用 。裁榫”，夹头榫、插肩榫、粽角榫和抱肩榫都得到了广泛的应用。中国传统家 具有别与西方家具的特征之一就是采用精巧准确的榫卯结构将家具的各个部件 紧密的结合在一起，成为结实牢固的一个整体州西方家具的部件则靠金属构 板式家具部件连接力学性能的研究 件组合连接。中国榫卯结构的优点是榫卵本身就是家具部件的一个联体，材质一 致，榫和家具的寿命一致。中国的榫卯结构到了明朝达到了高潮，传统家具的榫 卯结构由古建筑结构演变而来。其发展过程中具体表现为以下几种榫的形式：攒 边结角榫、包肩榫、夹头榫、插肩榫、楔钉榫、拼版龙风榫、卡子榫、霸王榫和 走马销等。然而影响古代家具连接方式和结构形式的因素很多，我国在不同的历 史时期家具的风格也不尽相同”。 静藿舔葡肟席 抱肩榫结构腿足与束腰上截平齐四面平家具腿足与面子结合 j 一 量1 射 ， 、卅 錾莲 o 、 腿足高出束腰上截方形家具腿足与托泥结合 图1 传统家具的几种结构形式 f i g u r e 1s e v e r a lf r a m eo f t r a d i t i o n a lf u r n i t u r e 在传统家具发展的过程中，各种接合方式都曾起到了不可或缺的作用。如上 图1 是我国传统家具的几种结构形式“4 。 总之中国古代家具的发展也融汇了中华民族特有的聪明才智和文化素养，其 家具的制作程序一般要经过选料、配料、刨料、划线、凿眼和开榫及安装等步骤。 1 1 2 现代家具连接技术 一谈到家具设计，年轻的设计事们就会想到家具的造型、构图、创新，而忽 视了家具的材料与结构以及生产工艺。其实家具结构设计在家具生产中占有非常 重要的地位。因而家具的结构及其连接方式的设计是家具设计中至关重要的内 容。结构是指产品或物体各元素之间的构成方式与结合方式，结构设计就是在制 作产品前，预先规划，确定或选择连接方式和构成形式。家具产品通常都是由若 干个零，部件按照功能与构图要求，通过一定的结合方式，组装构成的。家具是 板式家具部件连接力学性能的研究 一种实用产品，在使用过程中必须要一定的稳定性。由于使用者的爱好不同，家 具产品具有各种不同的风格类型，不同类型产品有不同连接、构成方式。相同的 产品也可以采用不同的连接方式，家具不仅是一种产品也是一种商品；在生产制 造、运输、销售过程中也要考虑到经济成本因此家具结构及其连接方式的设计 应遵循以下基本原则睁： ( 1 ) 材料性原则：结构和连接方式的设计离不开材料的性能，对材料性能 的理解是家具结构设计所必需的基础。材料不同其材料的构成元素和组织结构也 不同，材料的物理力学性能和加工性能就会有很大差异，零件之间的结合方式也 表现各自特征实木家具的结构形式为框架结构，榫卯结合，其合理性在于框架 可以由线型构件构成。人造板尽管能克服木材的各向异性的缺陷，但由于在制造 过程中，木材的自然结构已经被破坏，许多力学性能指标大为降低，因而卯榫结 合对人造板来说是无法使用的。但人造板幅面尺寸稳定的优点为板式家具的连接 开辟新的途径，因此板式家具则以连接件结合为主。 ( 2 ) 稳定性原则：家具结构及其连接方式设计的主要任务是保证产品在使 用过程中牢固稳定，家具的属性功能之一是使用功能。各种类型的产品在使用过 程中都会受到外力的作用。家具结构设计的主要任务就是要根据产品的受力特 征，运用力学原理，合理构件产品的支撑体系，保证产品的正常使用 ( 3 ) 工艺性原则；加工设备和加工方法是家具产品的技术保证，零部件生 产不仅是形的加工，更是接口的加工。因此，在进行产品的结构及其连接方式的 设计时，应该根据产品的风格、档次和企业生产条件合理的确定连接方式板式 家具由于设备加工精度高因而可以采用拆装结构。 ( 4 ) 装饰性原则：家具不仅是一种简单的功能性产品，而且是一种广为流 传的艺术品。家具产品的装饰效果不仅是由家具的外部形态构成，更重要的是由 其内部结构所决定。因而家具产品的形态是由产品的结构和连接方式所决定的。 ( 5 ) 经济性原则：家具同时作为一种商品，应最大限度的满足市场需求， 以及满足不同档次的需求。只有在充分的适应了市场需求后，才会更进一步促进 家具设计的进一步发展。 随着现代科学技术的发展，家具材料、家具构造和加工手段的最新科技成果 的出现，并运用到家具设计和制造的实践中去，家具制造中部件的连接技术也不 板式家具部件连接力学性能的研究 断发展。由于现在大量的新材料应用于家具生产如：薄木、人造板、金属材料、 塑料、玻璃和其它有机材料等，部件的连接方式除了传统连接方式之外还有：圆 棒榫接合、钉接合、木螺钉接合、胶接合、硬脂材料连接件接合、五金件接合以 及四合一连接件、铰链等连接“”。 1 1 3 家具结构及其连接方式的影晌因素 家具设计过程中家具结构和连接方式是相互影响的，当家具结构方式确定后 其连接方式也相应确定。合理的连接方式选择是设计更加完美的家具结构的前 提，下面是简单的介绍家具结构和连接方式的影响因素。 1 1 3 1 起居方式和生活习惯对家具结构及连接方式的影响 中国家具的发展轨迹与其他国家相比有所不同，这主要是因为我国古代人民 的起居方式经历了由席地而坐向垂足而坐转化的过程，传统家具的结构也相应的 经历了一个由低型向高型的演变过程。家具高度的增加，为新构件的新结构形式 的发展提供了条件。如宋朝时的桌子因为比以前增加了高度，同时还出现了罗锅 帐、霸王帐、矮老等兼具美观和实用性的结构性饰件。随着现代人们生活习惯和 风俗的不同，也就要求有与之相适应家具，这样也会影响家具结构和连接方式的 变化“圳。 1 1 3 2 材料应用对家具结构及连接方式的影响 材料是家具的物质基础，结构则是形成家具的技术手段，选择恰当的材料， 运用合理的构造方式，是家具设计中两个重要的方面。家具制造的材料大致可以 分为主材和辅助材料，主材即家具大部分构件所采用的材料；辅助材料除了主材 以外，完成家具制造还需要的其它材料。木材是家具制造应用最多，也是家具制 造业沿用最久的材料。传统家具采用木材制作，使榫卯结构的加工很容易实现， 又由于木材具有一定的韧性，使得榫卯结构在装配与拆卸的过程中不易受损，使 家具的构件可以重复的利用特别是由于明朝硬木材料的使用，使得家具可采用 较小的构件断面，制作精密的榫卯。到有金属材料出现时就出现了更为美观和坚 固的家具结构和连接方式。到后来出现了塑料和其它有机材料时家具的结构和连 接方式更为科学和时尚。1 删。 1 1 3 3 工艺技术及加工工具的发展对家具结构及连接方式的影晌 扳式家具部件连接力学性能的研究 科学技术是促进生产力发展的重要因素，木材加工技术的发展与工具的发明 有着密切的关系新石器时代晚期，出现了青铜工具，为家具制作准备了条件。 商周时期，青铜工具被用于木材加工，除了斧、铸、铲、钻头、削刀、锥以外， 还有青铜锯，从而可以进行较为精细的木工加工秦汉时期，随着科学技术的发 展，木工工具不断更新，铁工具如斧、凿、刀、锤、锯、锥、铲以及锉刀等工具 已经得到了广泛的使用。提高了工作效率。我国传统工匠的技艺经过几千年的发 展，到了明朝已相当成熟，特别是木工工具的改进，由“淬火”技术而改进提高 了功效，更适合制作质地坚硬的硬木家具。万历年间，刨子研制成功，使精致的 加工成为可能。此后出现的娱蛤刨更使加工工艺趋向精确。到了近现代木工机械 的发展，家具实现了机械化生产，这也为家具结构和连接方式的更一步优化提供 了条件。现在已有大量的数控机床应用于家具行业，这也将会对家具结构和连接 方式产生影响嘲 1 2 现代家具制造中常用的连接技术和连接件 家具是由材料、结构、外观形式和功能等四种因素组成，其功能是先导，是 推动家具发展得动力；结构是主干，是实现功能得基础结构是指家具所使用的 材料和构件之间的一定组合与联系方式，它是依据一定的使用功能而组成的一种 结构系统。它包括家具的内在结构和外在结构，内在结构是指家具零部件的某种 结合方式，它取决于材料的变化和科学技术的发展。如金属家具、塑料家具、藤 家具、木家具等都有自己的特点嘲 1 2 1 常用连接方式及各自特征 现代家具制造中部件的连接形式有多种类型，根据结合连接件件的不同可分 为榫结合、钉结合、木螺钉结合、胶接合、五金连接件结合等。 1 2 1 1 榫结合及其特征 榫结合是由榫头和榫眼或榫沟所组成。根据榫的形状的不同可以把榫头的种 类主要分为直角榫、燕尾榫和圆棒榫。根据零件厚度决定在零件的一端只能有一 个榫头时称为单榫，有两个榫头时称为双榫，有两个以上的榫头时称为多榫。增 加榫头的数目就能增加胶层面积，使制品强度增高，一般木框中的方材接合，多 采用单榫和双榫，如桌子、椅子等采用圆榫接合时，为了提高制品的强度和防 板式家具部件连接力学性能的研究 止零件的扭动，需有两个以上的圆棒榫；其结合方式有板式部件圆棒榫的结合和 框架圆棒榫结合5 删( 如图2 示卜直角榫，2 一燕尾榫，3 一插入圆榫) 鼎酾黼 图2 榫结构 f i g u r e 2f r a m e w o r k o f t e n o n 1 2 1 2 钉结合及其特征 钉子有金属、竹、木制的3 种钉结合容易破坏木材，强度小，只适用木制品 内部的接合处以及外型要求不高的地方，如抽屉滑道的固定或者用于贴胶合板， 钉线脚，包线等处钉结合通常是于胶料配合下进行的，有时则只是起辅助作用。 钉着力与钉子大小有关，一般钉子越长，直径越大，钉着力也随之增大，但需指 出钉子钉入刨花板面时，随着刨花板容重增加，钉着力也随之增加。 1 2 1 3 木螺钉结合及其特征 木螺钉也叫木螺丝，用它接合不能多次拆装，否则会影响制品的强度。螺钉 露在表面，影响外观，一般应用于家具的台面、柜面、背面、抽屉撑的固定以及 配件的安装。握螺钉力与钉着力相同，随着螺钉的长度、直径增大而增强。如刨 花板板面的握钉力约为端面的2 倍删 1 2 1 4 胶结合及其特征 是指单独用胶结合，由于新胶种的出现，家具结构的新发展，胶结合的方法 越来越多，如生产中常见的短料接长，窄料胶接成宽板，覆面板的胶合，缝纫机 台板、收音机木壳的制造等均采用胶接合。胶接合还常应用于不宜采用其他接合 方式的场所，如薄木或装饰板的粘贴，乐器、纺织机械的木配件等的胶合，这种 胶合的优点是可以达到小材大用，劣材优用，节约木材，还可以提高木制品的质 量，改善制品的外型嘲。 板式家具部件连接力学性能的研究 1 2 1 5 五金连接件结合及其特征 五金连接件中最常用的偏心连接件由偏心轮、连接螺杆，以及固定螺杆用的 倒刺螺母三大件构成。为了掩饰偏心螺母常常配以白色的塑胶帽盖住。连接螺杆 的螺纹头又分为自攻螺纹与机制螺纹两种连接螺杆又有单头、双头之分：双头 又有直杆与任意角度折合双头两种形式。目前五金连接件主要用于柜类板件之间 的接合，抽屉的装配，框架的组装等，五金连接件有以下几种连接方式：板件之 间的垂直接合、抽屉的装配、框架的组装、用于梳妆台镜架与台面的固定、用于 倾料部件之间的接合等。 现代家具结构设计中，连接件对家具产品的结构组成是至关重要的，其功能 有- - ：连接和装饰。连接件的连接功能就如人骨骼间的“关节0 连接着各个零、 部件，把本来毫无生机的各种材料组合起来，从而赋予家具应有的功能和使用要 求。也实现了设计者的各种创意和梦想。家具产品在满足其基本功能和使用要求 的条件下，设计者就在努力探索如何在结构上进行变化，以求产品功能的拓展和 形态的新颖独特。 家具产品的结构形态是实现其功能的基础。因此家具产品使用功能的开发与 拓展需要进行结构创新对家具用的连接件的要求是，结构牢固可靠，能多次拆 卸，装拆方便，松动时可直接调紧，装配效率高，五损外观、制造方便，成本低 廉。采用连接件接合使板式拆装家具的生产能够作到部件加工，最后组装，还能 拆装。这不仅有利于机械化流水线生产，也能包装运输等啪侧 2 2 常用连接件及其特性 1 2 2 1 圆棒榫及其特性 ( 1 ) 材质：制造圆榫的材料应选用密度大、无节无朽、无缺陷、纹理通直、 具有较大硬度和韧性的木材，一般采用硬阔叶树材，如水青冈、柞木、水曲柳、 桦木等。 ( 2 ) 含水率：圆榫的含水率应比家具用材低2 9 6 3 ，在施胶后，圆榫可吸 收胶液中的水分而使含水率提高。圆榫应保持干燥，不用时要用塑料袋密封保存 ( 3 ) 圆榫的直径、长度：圆榫的直径为基材厚度的1 4 一l 2 ，常用的规 格有中6 m m 、8 衄、1 0 帆、1 2 衄。圆榫的长度一般为直径的5 - 咱倍，常用的为 板式家具部件连接力学性能的研究 3 0 _ - 6 0 皿口盯。 1 2 2 2 偏心连接件及其特性 偏心连接件是由偏心件、倒牙螺母或膨胀螺母，通过连接杆把两部件连接在 一起。其结构特点：拆装方便、灵活，接合强度较大；不影响外观，应用广泛。 但加工装配的孔较为复杂，精度要求高汹1 。 1 2 2 3 倒刺固定连接件及其特性 倒刺固定连接件是由螺杆、倒牙螺母或底座螺母，通过连接杆把两部件连接 在一起。其结构特点：拆装方便、灵活，接合强度较大；对外观有一定的影响， 应用广泛。但加工装配的孔较为复杂，精度要求也较高。 1 2 2 4 其它连接件及其特性 ( 1 ) 胶作为接合载体，是指单独用胶来接合家具的零件、部件，而不需附加 其他接合方式。胶接合的优点是可以做到小材大用，短料长用，劣材优用，既可 以节约木材，又可以提高家具的强度和表面装饰质量。 ( 2 ) 钉有各种金属钉及竹、木钉。钉接合的特点：接合工艺简单，效率高； 不能拆装；接合强度小，通常与胶结合配合使用，有时仅起胶接合的辅助作用； 只适用于制品内部的接合以及外形美观要求不高的结合。 ( 3 ) 木螺钉也叫木螺丝，是一种最简单的金属连接构件。木螺钉接合的优 点：接合工艺简单；能进行多次拆装，而不影响接合强度。 ( 4 ) 常见的还有直角式、螺旋式、偏心式、角尺式、插挂式等类型的连接 件。连接件广泛用于家具各种零部件的接合，如柜子的面板与旁板、旁板与底板 之间的接合嘲。 1 3 家具部件结合的基材 随着现代科学技术的发展，家具材料、家具构造和加工手段的最新科技成果 的出现，并运用到家具设计和制造的实践中去，家具制造中部件的连接技术也不 断发展。由于现在大量的新材料应用于家具生产如：薄木、人造板，金属材料、 塑料、玻璃和其它有机材料等，部件的连接方式除了传统连接方式之外还有：圆 棒榫接合、钉接合、木螺钉接合、胶接合、硬脂材料连接件接合和五金件接合嘲。 本文主要以常见的连接件如圆棒榫、胶结合、木钉、木螺钉和五金件结合为讨论 板式家具部件连接力学性能的研究 对象嘲 1 3 1 中密度纤维板主要性能及连接特性 按密度纤维板可分为三类：软质纤维板，密度为4 0 0k g m 3 以下；中密度 纤维板密度为4 0 0 8 0 0k g 3 ；高密度纤维板，密度为8 0 0k g m 3 以上纤维 板的厚度范围根据密度不同而异，一般硬质纤维板2 8 姗，中密度纤维板为6 3 0 m ，软质纤维板为9 3 2 咖，幅面大致与刨花板相似。纤维板的性质因原料种 类、制造工艺不同而差异很大嘲。常用纤维板性质如表3 1 所示 表3 1 纤维板的物理性能 1 l a b 3 1 n 砖m e c h a n i c so f t h em d f 纤维板的表面特性、加工性能、握螺钉力、隔热、隔声性能都比一般人造板 好，其表面是精磨纤维加工，纤维的胶合状态良好，表面光滑，材质均匀，对涂 料的附着性能良好。而硬质纤维板和中密度纤维板具有良好的加工性能，它们可 锯解、刨光、打孔、拼接、及铣削加工，所以在板式家具中应用越来越广泛 中密度纤维板是板式家具常用的基材，其质地均匀、各项力学性能比较优越， 其表面抗拉性能比同种类刨花板的表面抗拉性能高，能够达到各种五金连接件和 胶结合要求的力学性能。中密度纤维板的许多物理力学性能都超过刨花板，甚至 它比天然木材更加坚固，因此它的用途非常广泛，如中高档家具制造、室内装修、 音响壳体、乐器、车船内装修、建筑等行业嘲 1 3 2 刨花板主要性能及连接特性 刨花板的物理力学性能指标都应符合国家标准的规定常用厚度有8 、1 0 ， 1 3 、1 6 、1 8 、2 2 m m 等根据实际情况也有9 、1 2 、1 5 m m 等厚度的刨花板最常用 板式家具部件连接力学性能的研究 的幅面有9 1 5 x 1 8 3 0 m ，1 2 2 0 1 8 3 0 n 咖，1 2 2 0 2 4 4 0 m 等。用于板式家具的刨花 板的外观要求也比较严格，表面夹杂物、压痕、局部松软、砂光不匀。边角缺损 等都应严格限制刨花板的力学性能指标见表3 2 。 表3 2 刨花板物理性能 1 h b 3 2t h em e c h a n i c so f t h ep a r t i c kb o a r d 之所以刨花板能广泛应用于板式家具生产中主要是因为，刨花板具有优良的 机械性能、板面均匀、密度适中；垂直于板面的抗拉强度为3 8k g c m 2 静曲 强度为1 8 0 2 5 0 k g c m 2 刨花板握钉力良好，垂直板表面握钉力达6 1 0l ( g ， c , h 1 2 ；刨花板的翘曲变形小，尺寸稳定性好；易于装饰和油漆。 刨花扳也是板式家具常用基材，随着刨花板生产技术的日趋成熟，其各项力 学性能有很大提高，并且易于加工，能够实用于五金连接件和胶结合的各种连接 方式。其力学性能也能够达到五金连接件和胶结合所要求的性能m 1 。 1 3 3 细木工板主要性能及连接特性 细木工板是一种特殊的胶合板，它是将厚度相同的木条，顺着一个方向平行 排列，拼合成板芯，再按相邻层纤维方向相互垂直的原则，在它的上下面都粘贴 上两层或一层单板是一种具有实木板芯的胶合板，被广泛用于制做书桌、床、 柜、橱房家具、门窗套、暖气套等承重性和装饰性家具。不仅因为它有良好的物 理力学性能，而且有很好的连接性能；细木工板连接与实木连接有相同的效果 “删 表3 3 是细木工板物理性能要求。由于细木工的芯层由实木条拼成，而表层 是木单板，所以细木工板作为家具用材具有与实木同样的性能，其各项力学性能 板式家具部件连接力学性能的研究 也同样能与实木媲美。 表3 3 细木工板物理性能 1 阻b 3 3t h em e c h a l l k so f c o t - b o a r d 1 3 4 实木作为家具材料的特性 实木是天然材料有着自己独特的物理性质。实木作为家具材料有着明显的优 势，具有良好的视觉效果、声学特性、触觉效果、调湿调温功能和良好的加工性 能等，这些优良的特性都是其它家具材料无法比拟的嘲但是在当今森林资源匮 乏的今天，应大力提倡用人造板作为家具的基材，降低木材消耗，是十分必要的。 采用人造板作为主要基材，形成板式结构框式效果的成套家具，将成为一种趋势。 为了实现这一目标而研制开发的板件表面做框式实木线条装饰的民用套装家具 ( 简称为b k 式家具) b k 式家具的开发和生产，是一次有益的尝试，希望在今 后不断的更新换代中积累更多成功的经验，在生产和销售中收集和听取更多来自 各方面的意见和建议，使现有的设计进一步完善，为木材的节约和代用。为大力 推广家具制造中人造板的应用，做出更多的贡献”“。 常用的家具木材有： ( 1 ) 最耐腐的木材：针叶树材：柏木、福建柏、红豆杉、杉木等；阔叶树材： 榉木、檫木、枣木等。 ( 2 ) 较耐腐木材：针叶树材：红松、落叶松、华山松等；阔叶树材；香樟、 核桃楸、桐木、水曲柳、槐木等。 ( 3 ) 稍耐腐木材：针叶树材：油杉、油松、金钱松、马尾松等；阔叶树材： 黄菠萝、水青冈、梓木、大叶桉、臭椿等。 ( 4 ) 不耐腐木材：针叶树材：赤杉、水杉、鱼鳞云杉等；阔叶树材：枫香、 1 1 板式家具部件连接力学性能的研究 红桦、白桦、白榆、柳木、大青杨等。 1 4 板式家具部件结合形式和对结合性能的影响 所谓板式家具结合方式是指家具部件之间的结合形式，最常见的有“l ” 型、“t ”型、斜角结合和交叉贯通型结合。以柜体为例，一般情况下，顶板与 旁板、面板与旁板、底板与旁板等板式家具的外框结合方式为“l ”型，而搁板 与旁板，隔板与顶板、隔板与底板、隔板与搁板等内部部件结合方式为“t ”型 慨哪。斜角接合的概念是指其周边板的端面均不外露，较美观，但强度略低。主 要用于外观要求较高的箱框接合嘲。 1 4 1 “t ”型结合及其性能 通过对角部结合强度和抗弯强度的大量实验研究证明，以“t ”型连接的结 合性能远大于以“l ”型连接的结合性能。所以，在家具设计时，一方面要多选 用“t ”型连接，增加角部结合性能，提高整个制品质量。另一方面，要尽可能 的将强度和刚度要求较大的功能零部件采用“t ”型结合。综合考虑家具结构形 式及其连接方式嘲。 1 4 2 “l ”型结合及其性能 顶板与旁板、面板与旁板、底板与旁板等板式家具的外框结合方式为“l ” 型结合，它们之间的结构并不是用来承受力的，而是各个部分连接的骨架。“l ” 型结合时主要结合部位在基材的边部，而基材边部的力学性能比较差，因此“l ” 型结合的力学性能也相对较差。 1 4 3 斜角结合及其性能 斜角结合主要特点是基材端部之间的结合且周边板的端面均不外露，较美 观，但强度略低。主要用于外观要求较高的板式家具接合。斜角结合主要有以下 几种形式洲，如下图4 1 。 1 5 家具部件连接技术发展存在问题与展望 随着社会的进步和科学技术的发展，一些先进的科技成果也应用于家具生产， 家具制造中部件连接技术也不断更新和发展。家具部件的连接由传统的榫接合到 现在五金件接合、钉接合、木螺钉接合和胶接合，接合的强度和科学性也进一步 提高。随着将来一些高科技成果应用于家具生产，家具部件的连接件将更趋于智 扳式家具部件连接力学性能的研究 够八 图4 1 斜角结合 f i g u r e 4 1b e v e l j o i n t 能化，连接效率和强度都会大大提高。现代家具连接部件以不只是起连接作用， 它还起到装饰的作用，能给人以美的视觉效果；且功能更加多样化随着家具连 接技术的发展，家具连接件的应用范围相当的广泛，已经涉及到了家具制造的方 面同时也涉入到了人们的日常生活中，人们在观念上发生了根本的改变，提出 了更高的要求：外形美观，突出个性，更多的反映时代特征和现代人的心态；手 感舒服，通过触觉强烈地体现产品的精致和灵巧，以及产品的工艺美，甚至能成 为陈设的艺术品；安装简易，顾客可以根据简单明了的安装使用说明书自己摆弄， 有时甚至不用工具，只要用手指轻轻一按、一扭、一转、一拨就成功；使用方便， 连接动作平稳可靠，使用上具有安全感酬 1 5 1 家具连接件发展面临的问题 现代家具产业飞速发展，板式家具在整个家具产业中所占的比例非常大，且 发展的空间还很大。板式家具是耳前国内家具市场深受广大消费者欢迎的一种产 品，板式家具造型明快、简洁、工艺简单、易开发、成本低，款式更新快。近 两年来已逐渐成为家具市场的主导产品。随着板式家具的发展，各种家具连接件 板式家具部件连接力学性能的研究 也随之蓬勃发展，板式家具连接件除了传统连接件如：圆棒榫、偏心连接件、倒 刺固定连接件、木螺钉和木钉外还有直角倒刺连接件、梯形直角连接件、圆柱螺 栓与螺母、铰链和暗销型铰链等各种五金连接件。这些五花k l 的连接件为家具 生产厂家提供大量选择机会，但同时一些结构不合理、质量差的家具连接件以其 低廉的价格扰乱了市场；其最终结果是牺牲了家具的结合强度而损害了广大消费 者的利益。再次家具连接件的使用应遵循绿色环保原则，在当今资源紧缺的年代 应发展可回收再次利用的家具；因此要求要有与之配套的家具连接件相适应 s t - s o o 1 5 2 家具连接件的发展趋势 1 5 2 1 家具连接件“以人为本”的设计理念 近几年国外提出了一些新的理念，家具连接件的发展也体现出以下的趋势： “免工具拆装”是家具连接“以人为本”设计理念的很好例证。比如：快装铰链 将螺钉连接改为快装结构，“一拍即合”；再如抽屉的面板与旁板连接采用快装 式连接件，同样“一拍即合”、“一拔可拆”。此外现代家具连接的设计日益贴 近人性习惯，趋于合理化，人性化的设计思潮逐步在家具连接领域扩展开来。家 具连接件的设计不单具备连接、转动、开启等基本功能，更需要人为操作的合理 性功能。知识经济时代强调科技与人文的结合，只有强调科技“以人为本”的家 具连接件设计方案才是最具有生命力的、才是未来设计永远坚信的理念删。 1 5 2 2 家具连接件将向简约时尚方向发展 现代家具及室内装饰刚刚兴起的简约风，家具结构简单，线条简洁、流畅， 造型清秀，非常适合现代年轻人的心态，具有时代感。有些家具连接件本身美感 和特殊质感与家具功能有机地结合起来，能较容易达到追求结构简单，造型美观， 成本低廉的设计要求，这种设计手法在当今国际家具设计中尤为推崇。近两年特 别流行铝门框，就是利用铝材特有的金属质感，给家具带来一种全新视觉感受m 1 。 1 5 2 3 家具连接件要达到环保的要求 人们在“规范人类对自然的行为”、“保护森林资源”、“拯救地球就是拯 救人类”等口号的激励下，观念开始转变，利用新时代的高科技，不断地开发并 利用新材料，如复合的防火板，复合地板，复合的仿大理石橱柜台面等嘲。 板式家具部件连接力学性能的研究 1 5 2 4 家具连接件有智能化的趋向 提高家具连接件的高科技含金量，家具就可以让任何人都能使用，这就需要 家具连接件具有高度的调节量，这点也正是“以人为本”的充分体现例如顾及 到家中大小、小孩及残疾人在使用洗手池或灶台时，都不会存在使用障碍，相应 产生了台面高度可调的家具连接件件。智能化家具的产生，需要智能化的连接件， t 家具不再只是孤立的家具，还将具有高度的智能化、人性化。现代家具的更新、 进步，为家具连接件的发展提供了新的思路和新的要求，带动家具连接件加工行 业的发展，这也是家具连接件发展的必然趋势；家具连接件加工行业的发展又推 动家具工业的更高发展，两者相互促进。 1 5 3 现代板式家与传统家具结构形式的融合 1 5 3 1 产品结构设计融合 ( 1 ) 简化产品结构：提倡“简而美”的设计思想，如减少零部件的使用数 量，这样既便于装配、拆卸、重新组装，又便于维修及报废后的分类处理 ( 2 ) 树立“小而精”的设计思想：在同一性能的的情况下，通过将产品小 型化来尽量节约资源的使用量如采用轻质材料、去除多余的功能、避免过渡包 装，减轻产品重量等。 ( 3 ) 赋予产品合理的使用寿命：在保证产品耐用的基础上，同时考虑产品 精神报废的因素，努力减少产品使用过程中的能量消耗。 ( 4 ) 注重产品多品种及系列化