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1、 家具结构设计家具结构设计 关惠元关惠元 编编 南京林业大学家具设计系南京林业大学家具设计系 目录目录 第一讲 现代实木家具结构 接合方法与技术要求1 第二讲：现代实木家具结构 局部结构与整体结构9 第三讲 传统实木家具结构及结构的现代化19 第四讲 板式家具结构 五金连接件及应用26 第五讲 板式家具结构 32mm系统及应用37 说明：说明： 第第15讲分别发表在家具讲分别发表在家具2007年第年第15期上。期上。 1 a)整体式榫接合 b)分体式榫接合 c)连接件接合 图1 接合方法 现代家具结构设计讲座现代家具结构设计讲座 第一讲第一讲 现代实木家具结构 现代实木家具结构 接合方法与技术
2、要求接合方法与技术要求 南京林业大学 关惠元 1 现代实木家具特征现代实木家具特征 从商品品质角度定义，实木家具是指主要承重构件采用实木构成的家具。这是一个面向社会的解 释，即是社会属性定义。从制造技术角度定义，实木家具是指主要承重构件采用具有与实木有相近加工 和连接特征材料构成的家具。这是一个面向制造的解释，即是制造技术属性定义。本文中的现代实木家 具是指制造技术属性定义的实木家具。 现代实木家具不同于传统意义上的实木家具，它表现出如下几个方面的特征。 传统实木家具的原材料是实木，而现代实木家具的原材料是实木或是与实木有相近加工和连接特征 的材料。如实木拼板、集成材、胶合木、竹集成材、LVL
3、、MDF等材料都可以用与实木相同(或是极为相 近)的连接方法和加工方法制造家具。 传统实木家具又称框架式家具，它是以榫接合的框架构件或是框架嵌板结构构件所组成，框架为承 重构件，嵌板镶嵌于框架之上只起围合空间或分隔空间的作用，结构为整体式，不可拆装。现代实木家 具有框架式结构，又有板式结构。结构既有整体式，又有拆装式，但拆装式结构的比例越来越高。整体 式实木家具以榫接合为主。拆装式实木家具则采用连接件接合，或是榫接合和连接件接合并用。 传统实木家具采用手工或机械加手工的加工方式。现代实木家具强调要采用工业化加工方式、并要 符合绿色产品要求，即在材料、结构、加工工艺、产品流通等方面必须与现代社会
4、需求、先进生产装 备、先进技术保持基本一致。 为此，现代实木家具的构成方式和接合方法完全不同于传统实木家具，必须从现代实木家具特征角 度，对传统实木家具构成方式和接合方法进行改良，或是创造新的构成方式和接合方法。在本文中介绍 的是目前为止，现代实木家具中常用的接合方法。 2 现代实木家具接合方法分类现代实木家具接合方法分类 现代实木家具的接合方法主要有榫接合、连接件接合、胶接合、钉与木螺钉接合等。本文不讨论胶 接合。 榫头又有整体式榫与分 体式榫之分。整体式榫是指 榫头与零件成一整体，而分 体式榫是指榫头与零件不成 一整体。现代家具生产中， 榫接合一般借助胶粘剂提高 接合强度，因此常应用于毋
5、须拆卸部位的接合。连接件 接合应用于需要拆卸部位的 接合。 3 整体式榫接合整体式榫接合 整体式榫按榫头的形状可分为矩形榫(或称直角榫)、椭圆形榫(或称长圆形榫)、圆形榫、梯形榫(或称 燕尾形榫)、U形榫、指形榫(或称齿形榫)。 3.1 直角榫接合 直角榫接合由榫头与榫眼组成。榫头由榫端、榫肩、榫颊、榫侧组成(图3)。榫眼有闭口榫眼和开口 榫眼两种，闭口榫眼习惯上就称榫眼，开口榫眼习惯上称榫沟。根据接合后榫头部分的可见性，榫接合 可分为明榫、暗榫、开口榫、闭口榫、半闭口榫(或称半开口榫)接合。榫头与榫眼装配后，榫头端面暴露 2 在外表的接合称为明榫接合(图4中a)；榫头端面不 暴露在外表的接合
6、称为暗榫接合(图4中b)；榫头侧 面不暴露在外表的接合称为闭口榫接合(图4中a、 b)；榫头一个侧面暴露在外表的接合称为开闭口榫 接合(图4中c)、仅有榫头一个侧面的某些部分暴露 在外表的接合称为半闭口榫接合，或称半开口榫接 合(图4中d)。 按榫头的个数可分为单榫、双榫和多榫(图5)。按榫头截肩形式可分为单面截肩榫、双面截肩榫、三 面截肩榫和四面截肩榫(图6)。 为了提高直角榫接合的强度，应合理确定榫头的方向、尺寸及榫头与榫眼的配合公差。榫头与榫眼 的尺寸定义见图7。榫头与榫眼的尺寸对应关系见表1。 榫头的长度方向应与方材零件的纤维方向基本 一致，如确实因接合要求倾斜时，倾斜角度最好不 大于
7、45度；榫眼的长度方向应与方材零件的木材纤 维方向基本一致。 榫头尺寸大小的确定受被接合两方材零件的断 面尺寸、加工榫眼的钻头规格尺寸、接合点在零件 上的位置、木材的力学性能、接合点的受力情况、 接合部位的外观要求等因素影响。榫头厚度通常约 为方材零件断面边长(与榫头厚度方向相一致的边) 的0.30.6倍，软材质取大值，硬材质可取小值， 当榫头厚度大于25mm时应改为双榫(图5中b右)。在确定榫头厚度时应将其计算值调整至与木工方凿钻规 格相符的尺寸。木工方凿钻有6.3、8、9.5、10、11、12、12.5、14、16、20、22、25mm 12种规格 1 。榫 头宽度通常约为方材零件断面边长
8、(与榫头宽度方向相一致的边)的0.51倍。当榫头宽度大于40mm时应 改为双榫(图5中b左)。榫头长度是根据接合形式来确定的，采用明榫时，榫头长度通常与榫眼方材零件断 面边长(与榫眼深度方向相一致的边)相同，当要利用榫头作装饰时，榫头长度也可以比榫眼方材零件断面 d)燕尾形榫 e) U形榫 f)指形榫 图2 整体式榫接合 a)直角榫 b)椭圆形榫 c)圆形榫 a)单面 b)双面 c)三面 d)四面 图6 榫头的截肩 a)单榫 b)双榫 c)多榫 图5 榫头的个数 a)榫头 b)榫眼与榫沟 图3 榫头、榫眼与榫沟 a) b) c) d) 图4 明榫与暗榫、开口、半闭口与闭口榫 榫眼 榫沟 榫侧
9、榫肩 榫颊 榫端 宽度 W 长度 L 厚度 T 宽度 B 长度 F 深度 D 图7 榫头与榫眼的尺寸定义 3 边长略小或略大。暗榫的榫头长度通常应大于榫眼方材零件断面边长(与榫眼深度方向相一致的边)的一 半。 榫接合一般采用基孔制。榫头的长度(L)约小于榫眼深度(D)，即D- L12mm。榫头的厚度(T)约小 于榫眼宽度(B)，即D- T0.10.15mm。榫头的宽度(W)应大于榫眼长度(F)，即W- F0.11.1mm范围之 内，具体数值与木材的密度有关，参见表2。 3.2 椭圆形榫、圆形榫接合 整体式椭圆形榫、圆形榫(图8)是直角榫的 改良型，他克服了直角榫接合的榫眼加工生产 效率低、劳动
10、强度较大、榫眼壁表面粗糙等缺 陷，在框架类现代实木家具中广泛被采用。榫 头的方向、尺寸及榫头与榫眼的配合公差可参 考直角榫的要求。榫头的厚度应与加工榫眼的 钻头规格相一致。常用的钻头规格有5、6、8、 10、12、14、16、20、22mm等。在设计中应该 注意，目前生产中广泛采用的加工整体式椭圆 形榫(圆形榫)设备，仅能加工出单榫，且榫肩是 一个平面。 3.3 燕尾形榫、U形榫接合 燕尾形榫多数用于抽屉等箱框的接合。燕尾形榫的种类，按榫头的显隐关系可分为明燕尾榫、全隐 燕尾榫、半隐燕尾榫三种(图9的a、b、c)。按榫头棱边的形状可分为锐棱燕 尾榫、隐棱燕尾榫二种(图9的d、e)。因锐棱半隐燕
11、尾榫的榫沟部分的机械 加工工艺性差，在生产中大多被隐棱半隐燕尾榫取代。燕尾形榫的尺寸参 数为T=4.5 mm6.5mm、A=714(图10)。 U形榫是隐棱燕尾榫的A=0时的一个特例(图2中e)。榫头的大小、间 隔和圆弧的直径应与柄铣刀的直径相符合。 3.4 指形榫接合 指形榫用于零件的接长和角部接合(图11)。指形榫的长度L为1045mm，指 倾斜度为1/7.51/12，指顶宽度t2为0.42mm，嵌合度t2 t1为0.10.2mm，t2/ P为0.150.2(图12)。指形 榫接合的详细几何参数参见国家标准GB11954- 1989。 4 分体式榫接合分体式榫接合 分体式榫有圆棒榫(简称圆
12、榫)、椭圆形榫、三角形榫、矩形榫、L形榫、饼形榫等(图13) 表1 榫头与榫眼的尺寸对应关系 榫的类别 榫头 榫眼 长度L 深度D 宽度W 长度F 对应项目 厚度T 宽度B 表2 直角榫接合的W- F参考值* 木材的密度 (g/cm3) 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 W- F 值 (mm) 1.09 0.68 0.43 0.27 0.17 0.10 0.06 *摘自关惠元未发表研究资料 图8 椭圆形榫、圆形榫 a) 明燕尾榫 b) 全隐燕尾榫 c) 半隐燕尾榫 d) 锐棱燕尾榫 e) 隐棱燕尾榫 图9 燕尾形榫的种类 图10 燕尾形榫的尺寸 4 4.1 圆榫接合 圆榫
13、接合按功能 分为强度型和定位型 两类。强度型圆榫接 合作用是获得高的接 合强度，因此榫与孔 的径向配合要求较 高，装配时需施胶。 定位型圆榫是配合连 接件共同完成接合， 圆榫的主要作用是实现被接合零件间的定位，辅助增加 接合强度，装配时不施胶。 圆榫应选用密度大、无节无朽、 纹理通直，材质较硬、有韧性的木材 制成，如青冈栎、柞木、水曲柳、山 毛榉、色木、桦木等。圆榫含水率比 家具用材低23%，以便施胶后，圆 榫吸水而润胀，增加接合强度。圆榫 制成后用塑料袋密封保存。圆榫的表 面形状有光滑、直纹、网纹、螺旋纹 等(图14),较常用的是直纹、螺旋纹圆 榫。圆榫直径规格有4、6、8、10、 12、1
14、4、16mm七种，其中最常用的规 格是6、8、10 mm三种。圆榫长度在 14mm到70mm之间，可根据实际需要 定制，常用的规格有30、32、35、 40mm四种。 圆榫与圆榫孔长度方向的配合应为间隙配合，即圆榫孔深度大于圆榫长度，间隙大小为0.5 1.5mm。圆榫与圆榫孔的径向配合应为基孔制、过盈配合，过盈量为0.10.2mm。 圆榫直径与长度的选用应考虑被连接零件的厚度、接合部位的强度要求、同一接合部位的圆榫数等 因素。圆榫尺寸选用参考表3。 为了提高强度和防止零件转动，通常要至少采用2个以上的圆榫进行接合，多个圆榫接合时，圆榫间 图11 指形榫接合 图12 指形榫接合几何参数 圆榫 椭
15、圆形榫 三角形榫 矩形榫 L形榫 饼形榫 图13 分体式榫的种类 图14 圆榫的表面形状 表3 圆榫尺寸推荐值mm 接合件的厚度 圆榫直径 圆榫长度 1012 1215 1520 2024 2430 3036 3645 4 6 8 10 12 14 16 1420 1830 2432 3040 3648 4256 4864 图15 组合钻头架 5 距应优先选用与加工设备相一致的孔间距系列。连接实木板式零部件时，圆榫间距优先采用32mm或 32mm的整数倍。连接方材零件时，以图15所示组合钻头架为例，圆榫间距优先采用的值参见表4。 4.2 分体式椭圆形榫接合 分体式椭圆形榫接合的强度要比圆 榫的高，尤其在抗绕榫轴的扭转方面更 为突出。根据被连接零件断面尺寸和形 状、接合部位的强度要求等情况，分体 式椭圆形榫可单数使用，也可以复数使 用，零件的端面(开有榫孔的端面)能为曲 面，克服了整体式椭圆形榫接合只能单 榫且榫肩仅可平面的缺陷。分体式椭圆 形的尺寸目前无统一标准，常用的规格 见表5。分体式椭圆形榫与榫孔的配合可参考直角榫接合的要求。 表5 分体式椭圆形榫尺寸参考值 mm T L L W 示意图 5* 25、30、35 25 14、16、18 6* 30、35、40 30* 16、18、20 8* 35、40、45、50 3
