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榫卯结构为何在现代工业没有进行大规模应用?看完你就懂!

时间:2023-02-28 10:51:09人气:928 作者:未知

不知道大家有没有见过利用榫卯结构制成的木制家具,其精美的外观和不错的品质深受部分人的喜爱。

可以说,榫卯结构是我国古人对于力学应用的伟大结晶。

那么,榫卯结构那么紧实,为什么现代工业没有进行大规模应用?

连接强度方面:工业中连接部位强度一般是要高于本体强度的。而榫卯结构连接处强度远远小于本体强度。且榫卯结构存在大量应力集中区域,在重载特别是交变应力作用下极易发生疲劳断裂。

拆装维护性方面:工业中常用连接件为标准件,易于更换且经济型好。榫卯结构连接件和结构件为一体式设计,连接处变形或者断裂与之相连结构件整体报废,经济性差且不易拆装。

榫卯要给木头刻槽,而木头是纤维做的,一但刻糟就会破坏木头受力结构,强度大幅度下降。所以才会在转角处加大角科斗拱构件尺寸。才会连瓣作。

那么大个屋顶全靠梁架传递受力,你以为靠的是榫卯。抗地震,确实榫卯有一定功用,可你知不知道木头本身就能靠弹性减震啊?

知不知道梁架的堆叠,才是屋顶不倒的主要原因,中式屋顶是梁压檩,檩压梁。横着是梁竖着是檩。层层叠起来的,中间可以活动,所以才抗震。

中式木屋为了屋顶出挑,防雨水,要加上斗拱,而斗拱本身极大,五踩斗拱(皇宫普通屋子的规格)足有半人多高。这么重的东西再加上屋顶,不能靠区区榫卯撑起来。

并且木建筑不塌,地基也有很大作用,中式地基是拿石头垒几个方格,中间填土夯实,最上边铺一层砖。转上放柱顶石,上边插柱子。这对固定柱子有很大帮助。

榫卯结构在实木家具中的优势与不足

  • 实木家具使用榫卯结构长期使用连接处不易松动。并辅以五金件家具两年松动的反例。
  • 小件实木家具更适合纯榫卯结构,大件实木家具使用榫卯结构辅以部分五金件连接。

长期使用后五金件连接家具比榫卯结构实木家具容易松动。这又是为什么呢?

这里就必须提到木材的稳定性。木材在一年四季不同温度湿度条件下会发生收缩等尺寸变化。榫卯结构连接处均为木材,湿度温度变化后整体呈等比例收缩,所以连接尺寸及紧密程度不会发生变化,整体不会松动。

而五金件家具连接处为木材和金属,金属收缩率和木材相比可忽略不计,木材收缩五金件尺寸不变连接处就会形成缝隙,整体松动。

现代工业设计中利用类似榫卯原理的连接方式,可以说比比皆是,比如最常见的滑扣锁死机构。合适的卡扣连接设计可以减少产品整体零件数,优化装配线生产效率,减少装配线用工数量,降低产品整体成本。

日本人在这方面研究比较多,所以延承日系设计风格和生产线作风的东亚系(包括我们沿海开放区),在轻工产品的设计中大量使用了这些结构。

重工领域多使用榫卯结构配合其它连接方式,取长补短,其中以德日这种注重细节的工业风国家最为显著。

小尺寸家具尺寸小,承受载荷和弯矩小,对强度要求较低,且搬家可整体搬迁不用拆装,所以适合纯榫卯结构。

大尺寸家具承受载荷大,弯矩更大,且大尺寸家具中长条形木料温度湿度变化后不仅会收缩,还会发生弯曲变形。所以如用榫卯结构,局部还需用五金件加强及固定防止变形。

且搬家时大尺寸家具需要重复拆装,所以过于复杂的榫卯结构并不适合大尺寸家具。

而现代工业是以钢为主要材料的,钢材的缩涨率相对木质材料小的多,且需要更快速高效的方便拆装的方式,也就是螺丝结构的普及才成就了工业化的成就,

在部分机械结构里也会用到榫卯结构,比如滑动件里的倒燕尾隼结构,

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