木屋圆木梁加工中心转塔式主轴结构设计与研究

通过对圆木梁加工形式的分析,确定加工中心转塔式主轴结构的总体布局方案,利用SolidWorks软件对木屋圆木梁加工中心进行三维建模。完成了矩形转塔、车外圆和铣横向榫槽主轴总成、钻孔主轴总成、铣纵向榫槽主轴总成、铣端部榫槽主轴总成、转动总成的结构设计及单位切削力、切削功率等主参数的设计计算。该设计使加工中心能够一次性进行车削、铣削、钻孔等形式的加工,大大提高了木屋圆木梁的加工精度和加工效率。     

曲线地板纵向开榫机主轴机构设计与研究

通过对曲线地板纵向开榫加工工艺的分析,提出了一种可以曲线进给的曲线地板纵向开榫加工的主轴机构。根据对加工工艺的分析结果对曲线地板纵向开榫机、主轴机构、纵向导轨支架总成进行总体布局和结构设计。为确保设计的可靠性对主轴机构的单元切削力、切削功率等主要参数进行设计计算,也对纵向导轨支架总成的重要部件长导轨架进行有限元分析,得出相应的结论,以此来验证该设计是否符合实际需求。提出的主轴结构可以解决曲线地板开榫加工时的重复定位的问题,加工工艺也得到了很大的改善,同时曲线地板开榫加工的效率和精度有很大的提高,该项研究为曲线地板纵向开榫加工提供了一种新型机构。     

结构用集成材落叶松层板指接工艺

【目的】研究指榫对接所需端向压力(指接压力)与榫型参数和嵌合度的关系,探讨榫型、嵌合度、指接压力对指榫胶接力学性能的影响规律,以获得较佳的指榫胶接工艺。【方法】采用5种不同型号的指榫铣刀,分别将兴安落叶松层板的一端加工成具有不同嵌合度的垂直型指榫,将两指榫对接并在力学试验机上加压至齿顶和槽底紧密接触,读取其压力值(各种榫型和嵌合度的试件各10对),研究指榫对接所需端向压力(指接压力)与榫型参数和嵌合度的关系;对指榫进行手工涂胶(双面施胶,施胶量为180 g·m-2),根据测试得到的指接压力对各种榫型和嵌合度的开榫木板进行对接加压胶合,试件放置24 h后按照GB/T 26899—2011《结构用集成材》中5.3.3抗弯试验方法 C和5.4抗拉强度试验测试指接部位的弹性模量、静曲强度和抗拉强度(各种榫型和嵌合度的试件各10个,一半用于测试静曲强度和弹性模量,另一半用于测试抗拉强度),探讨榫型、嵌合度、指接压力对指榫胶接力学性能的影响规律,获得较佳的指榫胶接工艺。【结果】指接压力受嵌合度的影响十分显著,随嵌合度的增大而显著增大,但各榫型下嵌合度与指接压力的关系不尽相同,同时受榫齿长、榫齿角、齿距和槽底宽等影响;各种榫型下嵌合度对指接力学性能(抗拉强度、静曲强度和弹性模量)的影响有很大差别,但仔细比较各榫型嵌合度下的指接压力与抗拉强度、静曲强度和弹性模量的关系可以发现,当指接压力在8~15 MPa时各榫型都有较大的力学强度,且该值随榫齿长度的增加而基本上呈比例地增大。【结论】1)指榫胶接所需指接压力随嵌合度的增大而显著增大,且榫齿角和槽底宽度较小时更加显著;指接压力随榫齿长度的增加而增大;指接压力与嵌合率基本上呈正比,其斜率随榫齿角的增大而减小。2)各榫型的指接强度随榫齿长度的增加而增大;指接压力过小或过大其指接强度均下降,指接压力在8~15 MPa时各榫型都呈现较大的力学强度。3)短齿榫型产生最大指接强度的嵌合度比长齿榫型的大,榫长9和27 mm的榫型产生最大指接强度的嵌合度分别约为0.2和0.1 mm。4)从安全和经济2方面综合考虑,兴安落叶松层板的较佳指接工艺为:榫齿角9.8°、榫齿长15~20 mm、齿槽底宽0.8~1.2 mm、指接压力10~15 MPa、嵌合度0.12~0.20 mm(榫齿较长时嵌合度取较小值)。     

基于拆装式结构的实木家具契合榫接合方式分析

笔者以实木家具中拆装式榫接合结构为研究对象,将榫接合形式分为整体式榫接合、插入式榫接合,并结合对相关结构案例的分析,将现行的拆装榫接合方法归纳为搭接式、插接式、自锁式、挤压式、拼接式、栓锁式6种形式。在此基础上提出榫卯现代化改良设计原则,以期为现代化家具设计与生产提供新的思路。     

基于数字化加工的粽角榫改良设计

基于数字化加工,设计了一种既保留传统装配优点又便于数控加工的新型粽角榫,并从加工效率和极限抗弯强度2个方面验证了该改良方式的合理性。首先分析了粽角榫加工现状和数控加工的特征,总结出了榫卯数字化改良的4点原则;根据改良原则,设计了一款新型粽角榫;以榉木为原料,利用UG软件和五轴加工设备制作改良型粽角榫,同时采用人工制作传统粽角榫试件;分别记录改良型和传统型粽角榫加工时长并进行对比;通过力学试验,对改良型与传统手工粽角榫进行了极限抗弯强度的比较。结果发现,在端面尺寸均为40 mm×40mm时,由于数控加工的改良型粽角榫尺寸精确且稳定,改良型粽角榫的平均抗弯强度较传统粽角榫提高7.122%;改良榫卯的加工耗时仅为传统手工的4.725%,加工效率显著提升。本研究总结的榫卯优化原则为榫卯结构改良提供了依据,加工时长和力学强度的对比方法也将为判断改良榫卯的优劣提供理论参考。     

椭圆榫接口标准化研究与创新设计

基于现有实木家具构件椭圆榫接合形式,对其进行了评估与创新设计。依据家具产品的标准化原则,设计出一种"台阶式"椭圆榫,并对其制造工艺及接合方式进行探究。结果表明,"台阶式"椭圆榫较常规椭圆榫接口具有高加工效率及较低加工成本等优势。     

分体式硬质合金木工榫合镂铣刀的设计和生产

介绍了分体式硬质合金木工榫合镂铣刀的结构形式、主要设计方法和生产加工工艺等.     

木工榫槽铣刀的固有频率测试研究

分别采用随机激励功率谱和声学测量法测试木工榫槽铣刀的固有频率。结果表明，两种测试方法皆可行且安全可靠。对木工榫槽铣刀固有频率的测试研究可为木工榫槽铣刀设计与优化提供借鉴。     

基于HNC-8的木工榫槽现场交互自动编程数控系统的开发

在分析木工榫槽加工特点的基础上设计了一种基于HNC-8（华中8型）平台面向专业木工榫槽加工的现场交互数控自动编程系统，其中的榫槽轮廓形状数据有两种输入方式：一种是采用直接读入标准的DXF文件格式，另一种是在用户界面上直接输入所需要的各种图元（诸如NURBS曲线、直线、圆弧、圆等构成的异形图元），然后系统根据工艺、加工参数快速生成加工代码直接进行加工。实际应用表明，系统工作可靠，能快速生成所需加工代码，提高了榫槽机的自动化程度。     

有限元法在实木榫接合家具结构设计中的应用

文中从实木榫接合家具节点、构件和整体框架3个层面,总结、分析有限元法在实木榫接合家具结构设计中的应用现状,并对该领域存在的主要问题及未来研究趋势进行了阐释。目前主要存在以下问题:1）未形成系统性的有限元分析方法,不同研究者之间存在较大差异;2）分析准确度不高,大多研究仅为有限元软件的模拟分析,缺乏试验验证;3）未建立合理的榫接合节点有限元模型,通常将榫接合节点视为刚性节点处理。未来研究可围绕以下几方面开展:1）榫接合节点有限元模型的建立方法及简化方法;2）实木榫接合家具疲劳寿命的有限元分析方法;3）基于有限元法的实木榫接合家具结构优化设计方法;4）二次开发,在有限元分析软件的基础上,建立实木榫接合家具结构设计模块;5）实木榫接合家具智能设计与制造系统开发。将有限元法应用于实木榫接合家具的结构设计中,将有助于实木榫接合家具的结构优化设计、智能设计与制造。     

榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响

【目的】针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将"正交胶合木"概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点"预增强"方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。【方法】以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。【结果】对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%～36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。【结论】局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。     

木家具常用榫结构受力分析与计算

家具的结实与稳定程度,一直是用户选购家具时所考虑的主要因素,同时也是衡量家具质量优劣的主要标准．对家具几种常用的、易受损坏的榫接合形式在承载荷过程中所受的各类力进行了分析;并在此基础上给出了对所受各类力进行量化计算的数学模型     

面向数字化制造的圈椅榫卯结构设计北大核心

传统圈椅结构繁复、其制作工艺要求较高,部分结构加工难度大,导致数控机床加工过程效率较低。以圈椅作为研究对象,结合现有数控机床加工特点和实木榫接合技术要求,将圈椅中不适宜数控加工的楔钉榫和直角榫进行结构改造设计,基于新结构建立圈椅几何装配模型,利用有限元分析对圈椅模型进行静力学分析和抗疲劳性能测试。由此验证优化后的圈椅榫卯结构可确保其强度符合GB/T10357.3—2013《家具力学性能试验第3部分:椅凳类强度和耐久性》要求,以期为推进传统家具的数字化进程提供思路。     

数控多轴榫槽机、双端铣榫机的总体结构与控制界面设计

在分析木制家具榫卯结构形式及工艺的基础上,设计了数控多轴榫槽机MX3815C和数控双端铣榫机MXK3812A及其电控系统与人机界面,重点介绍了台面前倾角度的调整机构和压料夹紧机构,人机界面的设计以自动化程度高、榫头尺寸修改快捷、操作简单方便为基本原则。     

糙木家具中的榫接合结构设计

糙木家具活泼婉转的形态特点以及多样的结构形式,决定了糙木家具的榫卯接合形式是非传统的精密接合。本文指出了糙木家具榫卯配合的三种形式,归纳了糙木家具方形截面构件与圆形截面构件榫接合的四种基本形式以及两种圆形构件间的榫接合形式,用以指导糙木家具榫结构设计,为相关厂家制作糙木产品提供技术支撑。     

木框斜角榫接合性能研究

在木家具结构设计中,特别是具有中国传统家具风格的实木家具结构设计中,木框角部斜角榫接合强度是人们既关注又无法回避的问题。抗拉强度和抗弯强度是衡量木框斜角榫接合性能高低的两个重要指标。笔者对三种常用的、易于机械加工的斜角榫接合试件的强度(抗拉强度,抗弯强度)进行了实验测定,并从各个方面对其进行比较、分析。研究结果表明:斜角榫接合形式,胶黏剂种类,加压时间等各个因子都不同程度地影响着木框角部接合的整体结构性能。单肩斜角明榫接合效果最好。     

榫接合尺寸对重组竹家具角部T型构件力学性能的影响

为进一步完善重组竹制品结构设计的基本理论,科学指导重组竹制品结构设计,通过破坏实验,比较分析了榫头厚度、榫头长度和榫眼中线位置对重组竹家具T型构件力学强度的影响。结果表明:3个因素的重要程度依次为:榫头长度榫头厚度榫眼中线位置。榫头长度以30～35 mm为宜,当方材断面尺寸大于35 mm×35 mm时,可采用暗榫结构;单榫榫头厚度以10～12 mm为宜,当方材断面尺寸大于40 mm×40 mm时,可采用双榫或多榫结构;榫眼的中线位置对构件力学强度产生的影响不大,在实际设计中单榫结构榫眼的中线位置与方材的中线位置应保持一致。     

杨木衣柜柜门角部接合形式对强度的影响

为扩大低质人工林木材在家具中的应用.笔者以杨木衣柜为研究对象,针对柜门角部的受力特点,研究了不同的接合形式对角部抗弯和抗扭强度的影响以及材料的混合使用对角部接合的增强作用。试验结果表明柜门角部接合形式对接合强度具有影响:①榫接合时,直角接合斜角接合,圆棒榫接合时,斜角接合直角接合;②抗弯强度:冒头与立挺齐平冒头盖立挺,抗扭强度:冒头与立挺齐平冒头盖立挺,而且两种不同的接合方式对抗扭强度影响比对抗弯强度的影响大;③榫接合开口情况对接合强度的影响是全开口榫半开口榫闭口榫;④双圆棒榫+不锈钢角码接合相比双圆棒榫接合有增强作用,但是效果有限;斜角接合水曲柳饼形榫增强效果较明显。     

中国传统木结构榫卯连接节点力学性能研究进展

榫卯是指木结构建筑中柱、梁等构件连接在一起的一种凹凸结合的连接方式。然而,木材作为一种生物材料,随着使用年限的延长,出现的干缩湿胀、开裂变形等损伤会对榫卯连接节点的连接特性造成不良影响,因此,探究木结构榫卯连接节点的力学性能对建筑结构的安全性能具有重要意义。在木结构建筑中,榫卯连接节点的构造多种多样,力学特点和传力机制也各不相同。根据榫卯连接节点在木结构建筑中使用功能将其分为公母榫、直榫、燕尾榫、管脚榫、馒头榫和搭扣榫等六大类,简要介绍了各类榫卯连接节点的结构特点和应用情况。综述了常见榫卯连接节点半刚性的连接特性和节点刚度的求解方法,总结了不同种类榫卯连接节点和模拟残损榫卯连接节点的抗震性能及木结构建筑模型中的榫卯连接节点在人工模拟地震中位移响应和加速度响应的相关研究,概述了常见榫卯连接节点在外力作用下的破坏形式及破坏特征。根据榫卯连接节点的破坏形式,重点从金属构件和纤维增强复合材料两个方面对榫卯连接节点的加固效果进行归纳。总结了有限元分析法在榫卯连接节点力学性能方面的相关研究,指出了榫卯连接节点力学性能研究存在的问题,提出了榫卯连接节点研究的相关建议及其发展方向,以期为榫卯连接节点在现代木结构建筑中的应用提供新思路。     

基于响应面法与MOGA算法的竹集成材榫接合椅子节点力学分析及优化

竹集成材是符合“双碳”目标的可持续发展绿色材料,具有“以竹代木”的巨大潜力。本研究借助竹集成材优良材料性能,基于榫卯结构特性,以竹集成材榫接合椅子为例,运用有限元法(FEM)进行椅子静载荷及耐久性分析,探究竹集成材榫接合椅子及榫接合节点力学特性,搭建响应面模型求解竹集成材T型椭圆榫接合节点榫卯尺寸与其最大等效应力、总形变和最小安全系数的关系,并运用MOGA多目标遗传算法以形变最小化、安全系数最大化为优化目标,进行榫卯尺寸优化。结果表明：竹集成材榫接合椅子静载荷分析所得椅子最大等效应力为6.818 MPa,位于座面大边与椅后腿榫接合节点;最大等效应变值为4.245×10^-3,位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点;椅子发生的最大形变为4.433 mm,分布在椅子靠背位置。椅子耐久性分析所得最大等效应力及最大等效应变均位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点,分别为4.999 MPa和3.113×10^-3;椅子整体发生的最大形变为3.251 mm,位于椅子靠背上端。由竹集成材T型榫接合节点响应面分析可知,椭圆榫接合节点的最大等效应力及最大形变随着榫头厚度a及榫头长...