家具结构设计ppt课件2(框式家具).ppt
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1、,马 晓 军,天津科技大学木材科学与工程专业(室内与家具设计方向),家具结构设计(二),木质家具以其纹理美观、色彩丰富、轻重相宜、触感良好等优点,而身受大家喜爱,并且现在的木质家具约占家具生产的60%。但是,由于木材的各向异性、干缩润涨等原因,在生产中,如果不能很好的解决木家具的结构设计,就会使的木质家具在使用过程中产生缺陷,影响木家具的使用寿命和自身的价值,因此,木家具的结构设计就现得非常重要。,第二章 框式家具的结构设计,框式家具是指以榫结合的框架为结构的家具。框式家具是我国传统家具的典型结构形式,其结构的合理与否直接影响到家具的美观性、接合强度和加工工艺。框式家具的结构形式:1.木构架梁
2、柱结构。2.箱体结构。,一、榫接合 榫接合是指榫头压入榫眼或榫槽的接合。榫头和榫孔各部分的名称如图所示,第一节 框式家具的基本接合,按照不同的分类方式,榫可以分为不同的类型1)直角榫、燕尾榫、圆(棒)榫、椭圆榫按榫头的形状不同,可将榫分为:直角榫、燕尾榫、圆(棒)榫、椭圆榫。2)单榫、双榫、多榫按榫头的数目多少来分,榫头又可分为单榫、双榫、多榫。一般的框架接合多采用单榫、双榫,如桌、椅的框架接合。箱框如木箱、抽屉的接合多采用多榫。对于单榫而言,根据榫头的切肩形式的不同,又可分为单面切肩榫、双面切肩榫、三面切肩榫、四面切肩榫。,直角榫,燕尾榫,圆榫,单面切肩榫、双面切肩榫,三面切肩榫、四面切肩榫
3、,3)整体榫、插入榫 根据榫头与方材之间是否分离可分为整体榫与插入榫。整体榫是直接在方材零件上加工而成的,如:直角榫、燕尾榫、椭圆榫。而插入榫与零件是分离的,不是一个整体,单独加工后再装入零件预制孔或槽中。如:圆(棒)榫、片榫。插入榫主要是为了提高接合强度和防止零件扭动,用于零件的定位与接合。4)开口榫、半开口榫、闭口榫 根据接合后能否看到榫头的侧边与否,有开口榫、半开口榫、闭口榫之分。直角开口榫加工简单,但强度欠佳且影响美观。闭口榫接合强度较高,外观也好。半开口榫介于开口榫与闭口榫之间,既可防榫头侧向滑动,又能增加胶合面积,兼有二者的特点。,开口榫,半开口榫,闭口榫,5)明榫、暗榫 根据榫头
4、贯通与否,榫接合又可分为明榫接合与暗榫接合。明榫榫端外露,影响家具的外观和装饰质量,但接合强度大;暗榫可避免榫端外露以增强美观,但接合强度弱于明榫。一般家具,为保证其美观性,多采用暗榫接合,但受力大且隐蔽或非透明涂饰的制品,如沙发框架、床架、工作台等可采用明榫接合。,暗榫,明榫,榫结合的种类、特点和应用,1)直角榫 a、榫头的数目,二、榫接合的尺寸及相关技术,木家具制品被破坏时,破口常出现在接合部位,因此在设计家具产品时,一定要考虑榫接合的技术要求,以保证其应有的接合强度。,注意:遇到下列情况之一时,需要增加榫头的数目要求提高接合强度按上表确定数目的榫头厚度尺寸太大,一般榫厚以 9.5mm为适
5、度,以15.9mm为极限,B、直角榫榫头的尺寸,注意:a值系列6.4,7.9,9.5,12.7,15.9mm优先取9.5mm 当B6a时需改为减榫,优先确保榫眼底至材底距离C6mm榫端四边倒角1.545保证榫孔距材边f(68)mm(硬材取小值),直角减榫的尺寸及相关技术,榫头的厚度 榫头的厚度视零件的断面尺寸的接合的要求而定,单榫的厚度接近于方材厚度或宽度的0.40.5,双榫的总厚度也接近此数值。为使榫头易于插入榫眼,常将榫端倒楞,两边或四边削成30的斜棱。当零件的断面超过40mm40mm时,应采用双榫。榫接合采用基孔制,因此在确定榫头的厚度时应将其计算值调整到与方形套钻相符合的尺寸,常用的厚
6、度有:6mm、8mm、9.5mm、12mm、13mm、15mm等几种规格。当榫头的厚度等于榫眼的宽度或小于0.10.2mm时,榫接合的抗拉强度最大。当榫头的厚度大于榫眼的宽度,接合时胶液被挤出,接合处不能形成胶缝,则强度反而会下降,且在装配时容易产生劈裂。,直角榫总结,榫头的宽度 榫头的宽度视工件的大小和接合部位而定。一般来说,榫头的宽度比榫眼长度大0.51.0mm时接合强度最大,硬材取0.5mm,软材取1.0mm。当榫头的宽度大于25mm以上时,宽度的增大对抗拉强度的提高并不明显,所以当榫头的宽度超过60mm时,应从中间锯切一部分,分成两个榫头,以提高接合强度。,榫头的长度 榫头的长度根据榫
7、接合的形式而定。采用明榫接合时,榫头的长度等于榫眼零件的宽度(或厚度);当采用暗榫接合时,榫头的长度不小于榫眼零件宽度(或厚度)的1/2,一般控制在1530mm时可获得理想的接合强度。暗榫接合时,榫眼的深度应大于榫头长度2mm,这样可避免由于榫头端部加工不精确或涂胶过多而顶住榫眼底部,形成榫肩与方材间的缝隙,同时又可以贮存少量胶液,增加胶合强度。,榫头、榫眼(孔)的加工角度 榫头与榫肩应垂直,可略小,但不可大于90,否则会导致接缝不严。暗榫孔底可略小于孔上部尺寸1-2mm,不可大于上部尺寸;明榫的榫眼中部可略小于加工尺寸1-2mm,不可大于加工尺寸。榫接合对木纹方向的要求 榫头的长度方向应顺纤
8、维方向,横向易折断。榫眼开在纵向木纹上,即弦切面或径切面上,开在端头易裂且接合强度小。,椭圆榫的接合技术,椭圆榫是一种特殊的直角榫,它与普通的直角榫的区别在于其两榫侧都为半圆柱面,榫孔两端亦与之同形。这样的榫孔可以用带侧刃的端铣刀加工而变得简便,但榫头加工则需用椭圆榫专用机床。椭圆榫接合的尺寸与技术基本同直角榫接合,但在下列两方面有所区别:1、椭圆榫仅可设单榫,无双榫 与多榫2、两榫侧及两孔端均为半圆柱面。榫宽通常与榫头零件宽度相同,或略小。,2)圆榫,A、接合技术要求圆榫树种 制造圆榫的材料应选用密度大、无节无朽、无缺陷、纹理通直、具有中等硬度和韧性的木材,一般采用青冈栎、柞木、水曲柳、桦木
9、等。圆榫含水率 圆榫的含水率应比家具用材低2%3%,在施胶后,圆榫可汲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。施胶 装配时榫、孔同时涂胶。常用胶种按接合强度由高至低顺序如下:混合胶:75%的脲醛树脂胶+25%的聚醋酸乙烯脂乳液胶 脲醛树脂胶 聚醋酸乙烯脂乳液胶 动物胶,B、圆榫的数量与间隔 两零件间连接,至少使用圆榫两个,以防止零件转动。较长接边用多榫连接,榫间距离一般为100150mm,建议间距为的倍数。,C、圆榫的接合尺寸,圆榫的直径为板材厚度的0.40.5,目前常用的规格有6、8、10三种。圆榫的长度(L)为直径的34倍。目前常用的为32mm,而不受直径的
10、限制。,圆榫尺寸推荐值,圆榫接合的配合要求:圆榫配合孔深:垂直于板面的孔,其深度h1=0.75板厚或15mm;垂直于板端的孔深h2=L-h1+(0.51.5)。即孔深之和应大于圆榫长度0.51.5mm。圆榫与榫眼径向配合应采用过盈配合,过盈量为0.10.2mm时强度最高。但用于板式家具中,基材为刨花板时,过大会引起刨花板内部的破坏。,D、圆榫沟槽,目的:圆榫设表面沟槽是为了便于装配时带胶入孔。类型:以压缩螺旋沟较好,优先选用。涂胶方式直接影响接合强度,圆榫涂胶强度较好;榫孔涂胶强度要差一些,但易实现机械化施胶;圆榫与榫孔都涂胶时接合强度最佳。,压缩螺旋沟,压缩鱼鳞沟,压缩直沟,压缩光面,铣削直
11、沟,铣削螺旋沟,3)燕尾榫,4)指榫,宽距比W=b/t指斜角a=tan-1(t-2b)/(2t-2S),三、其他接合,1)圆钉接合 接合简便,但接合强度较低,常在接合面加胶以提高接合强度。常用于背板,屉溜等不外露且强度要求较低之处。结合技术要求:圆钉必须在持钉件的横纹理方向进钉,纵向进钉接合强度低,应避免采用。2)木螺钉接合 接合较简便,接合强度较榫低而较圆钉高,常在接合面加胶以提高接合强度。应用同圆钉接合,还适用于面板、脚架固定与需多次拆装处(拆装时不加胶),结合技术要求:木螺钉须在横纹理方向拧入持钉件,纵向拧入接合强度低,应避免采用。被固紧件的孔需预钻,与木螺钉之间采用松动配合。被固紧件太
12、厚(超过20mm)时,常采用螺钉沉头法以避免螺钉太长。3)胶接合 单纯依靠接触面间的胶合力将零件连接起来,两零件胶接面都需为纵向平面。用于板式部件的构成和实木零件的拼宽、加厚。,第二节 框式木家具基本部件的结构,家具的木质结构部分由五种基本部件构成,分别为方材、拼板、板式部件、木框和箱框。基本部件间需要适当的相互连接(如榫、金属连接件),他们本身也有一定的构成方式。本节主要介绍框式家具基本部件的结构和设计要点。一、方材 宽度尺寸小于厚度尺寸两倍的长形部件称为方材。方材分直形件与弯曲件两种。,1、接合方式 对开接合、T形对开接合、对开十字接合、燕尾对开结合、燕尾半隐接合、斜角对开接合等。,2、方
13、材的结构设计要求(1)方材部件应尽量采用一整块实木加工而成。(2)遇到下列情况之一时,方材部件才改由小件拼接构成。A、原料比部件尺寸小 B、弯曲件的纤维割断太严重。如果弯曲件轴线与纤维轴向最大交角超过45,应改用短料接长,逐根顺向弯曲方向。(3)需加大方材断面时,可在厚度、宽度上进行拼接,采用平面结合方式。,(4)弯曲件接长方法见图。其中,指榫接长强度最高,接合处过度自然美观,但加工复杂;斜接有指榫接的强度和美观,且加工简单,但结合处木材加工损失较大。(5)直形件接长可采用弯曲件同样的接长方法,不过,通常直形件受力较大,应优先采用指接、斜接和多层对接。(6)整体弯曲件除采用实木锯制外,还可采用
14、实木弯曲和胶合弯曲。这两种弯曲强度高而美观,应用效果比实木锯制和所有短料接长弯曲件都好。实木弯曲可达到的最小曲率半径取决于树种,胶合弯曲可达到的最小曲率半径取决于单板的厚度。、(7)胶合弯曲件承受内收弯矩能力比承受外展弯矩能力高,承受外展弯矩时易产生层裂。,竹,搭接,燕尾明榫,半隐燕尾明榫,圆榫,金属弯销,指榫,直角暗榫,板条,二、拼板,用窄的实木板胶拼成所需要宽度的板材称为拼板,传统的框式家具的桌面板、台面板、柜面板、椅座板、嵌板以及钢琴的共鸣板都采用窄板胶拼而成,为了尽量减少拼板产生收缩和翘曲,用于拼板的单板块的宽度应有所限制。同时,同一拼板中板块的树种及含水率应一致,以保证形状稳定。1、
15、拼板的接合方法(1)平板结合(平拼结合)平拼侧面可以是平口,也可是斜口,以增大胶合面积,提高接合强度和材料利用率。这种结构由于不开榫、不打眼,加工简单,应用很广,但在胶拼过程中,小板的板面不易对齐,易发生不平现象。,平拼结合,(2)裁口(企口)接合(高低缝接合)拼板可对齐,能防止不平现象,但材料消耗比平拼多,加工也较复杂。(3)槽榫接合(龙凤榫接合)分为平直糟榫和燕尾槽榫接合。糟榫接合法装配简单,拼板收缩时可掩盖住缝隙,但加工复杂,尤其是燕尾槽榫接合。(4)齿形接合(指形接合)接合面上有两个以上的小齿形,便于装配,拼板平整,节省材料,加工复杂。,企口接合,平直糟榫,燕尾槽榫,齿形接合,(5)板
16、条接合又称穿条拼 加工简单材料消耗与平拼法相同。常用胶合板的小边条做拼接板条,是应用较厂泛的拼接方法。(6)插入榨接合 它有方榫、圆榫和竹梢榫三种。此法加工要求精确,方榫加工复杂实际很少采用,竹梢榫和圆榫拼相同,加工简单,成本低,故广泛应用。,方榫拼,圆榫拼,板条接合,(7)木销接合 将木制的插销嵌入拼扳平面的接缝处。一般用于厚板拼接。(8)穿带接合 将木带刨成燕尾形,然后插入相应槽口。此法可控制拼板的翘曲。常用于木板、圆桌面等板接合。,木销接合,穿带接合,(9)螺钉接合 它有明螺钉和暗螺钉两种。明螺订接合是在拼板的背面钻有螺丝孔将木螺丝拧入邻板讲接。此法操作简单,强度大,可防止木板开裂、脱胶
17、,应用广泛。暗螺钉接合,加上方法复杂,靠螺丝帽与槽孔的配合使其结合在一起。,明螺钉,暗螺钉,(10)螺栓接合这是一种适于加工大型板树的接合方法,边接强度大,多用于实验台、乒乓球桌等的接合。(11)金属连接件接合将波纹金属片垂直打入拼板的接缝处的接合结构。(12)十字穿条接合 用十字形穿条取代平板拼条是更加牢固而紧密的拼接方法。由于加工复杂,需专用的设备加工,一般家具较少校用此法。,螺栓接合,金属连接件接合,十字穿条接合,2、拼板镶端接合结构,为了防止拼板发生翘曲,还常采用镶端接合来加以控制。镶端接合主要有如下几种。,(1)榫槽镶端法 它有直角榫和燕尾榫两种接合形式,多用于绘图板与工作台面。(2
18、)透榫镶端法 它是前一种榫槽镶端法的加固法。,榫槽镶端法,透榫镶端法,(3)斜角透榫镶端法它具有前两种镶端法的优点,并看不到木材的端表面,是我国古代家具中常用的镶端结构。(4)胶贴三角木条镶端法加工简单,多用于一般的板面镶端。,胶贴三角木条镶端法,斜角透榫镶端法,矩形木条镶端法,三角木条镶端法,3、拼板的结构设计要求,(1)家具用拼板的常规厚度:桌面、抽面为1625mm,厚桌面3050mm,嵌板612mm,屉邦、屉堵1015mm。(2)拼板在家具中作为无固定依托的自由件使用时(如门扇),容易翘曲,应加防翘结构。(方法见拼板镶端接合结构)(3)拼板的材面要匹配,除考虑纹理美观外,还需要有利于减少
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