實木家具的拆裝式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)路徑探究*

金 秀 郝景新 吳新鳳 孔 競 孫德林

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410004； 2.四海家具有限公司，中山 528459）

拆裝式家具是指經(jīng)過多次拆卸與裝配后，功能與結(jié)構(gòu)完好，力學(xué)強度滿足使用要求的家具[1]。目的是將拆裝后的家具零部件重新排列，實現(xiàn)“平板式”包裝，降低運輸成本，使家具更容易搬運。家具的可拆裝結(jié)構(gòu)對拆裝形式有很多要求，傳統(tǒng)的拆裝家具通過榫卯結(jié)構(gòu)或構(gòu)件自身的搭嵌實現(xiàn)拆裝[2]，現(xiàn)代拆裝家具更多采用五金連接件或與榫卯結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式實現(xiàn)可拆裝。另外，不同類別的家具適用的拆裝形式也不盡相同。某種意義上，拆裝形式的確定不僅關(guān)系著家具的

外觀和功能，也決定了家具零部件的生產(chǎn)和包裝方式。探究拆裝式結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)路徑是設(shè)計拆裝式家具的關(guān)鍵，本文從拆裝式節(jié)點實現(xiàn)形式、整體結(jié)構(gòu)拆裝方式兩個維度系統(tǒng)闡述了實木家具拆裝結(jié)構(gòu)實現(xiàn)路徑。

1 拆裝式家具結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

1）結(jié)構(gòu)合理。五金件可拆裝方向應(yīng)盡量避免家具的主要受力方向，而選擇次要受力方向。在無法避免的情況下，則應(yīng)選擇高強度連接件，以確保連接節(jié)點的力學(xué)性能。

2）體積縮小。拆裝后的家具零部件經(jīng)過合理排列，應(yīng)最大程度縮小包裝體積。

3）組裝方便。合理確定拆分位置，提高裝配質(zhì)量和效率，被拆分零部件數(shù)量盡可能少，對于復(fù)雜產(chǎn)品，拆分到部件級別而非零件級別是一種較優(yōu)拆分方式。

4）外形美觀。除非因力學(xué)要求必須采用顯示連接件，通常采用隱藏式連接方式，以實現(xiàn)產(chǎn)品外表美觀。同時，可拆裝節(jié)點處采用留臺階、拉溝槽等形式使連接的實木構(gòu)件之間平滑過度。

2 實木家具拆裝式節(jié)點實現(xiàn)形式

根據(jù)可拆裝的實現(xiàn)方式，實木家具拆裝式節(jié)點可分為榫自鎖可拆式、連接件可拆式兩種。

榫自鎖可拆式是指無膠狀態(tài)下通過可拆裝榫卯節(jié)點實現(xiàn)家具零部件之間的接合。自鎖榫典型特征：1）拆裝具有方向性。在非受力方向進(jìn)行拆裝，在主要受力方向上鎖死固定，形成連接強度。2）拆裝順序固定。按照特定的順序進(jìn)行裝配，并按相反的順序進(jìn)行拆卸。最常見的自鎖榫包括燕尾榫、棕角榫、搭接榫、拴卯、楔釘榫、走馬銷等（圖1）。

圖1 常見實木自鎖榫外觀圖Fig.1 Common solid wood self-locking tenon appearances

連接件可拆式指連接件的組成部分之間通過螺紋嚙合、凹槽嵌入等方式實現(xiàn)可拆裝功能，其本質(zhì)是連接件自身可拆。螺紋嚙合是指通過內(nèi)外螺紋的相互嵌套實現(xiàn)可拆，如圓柱螺母式（圖2a）、內(nèi)外牙螺母連接件（圖2b）。凹槽嵌入指相互垂直的五金連接構(gòu)件中，一側(cè)開有凹槽，一側(cè)設(shè)有頂針，旋轉(zhuǎn)頂針嵌入凹槽中實現(xiàn)固定，遠(yuǎn)離凹槽實現(xiàn)拆裝，如四合一連接件（圖2c）。

圖2 實木家具五金連接件可拆裝實現(xiàn)形式Fig.2 Knock-down solution of connection fitting used for solid furniture

家具五金件本身的可拆裝性決定了構(gòu)件的可拆裝性，因此五金連接件至少有2個基本零件組成，而隱藏式連接通常不可缺少的是嵌入螺母[3]。嵌入螺母與基材之間界面連接破壞是家具構(gòu)件之間破壞的主要形式，因此嵌入螺母的極限抗拔力是家具構(gòu)件連接強度的關(guān)鍵[4]。

不同于板式結(jié)構(gòu)中的板與板之間的線接觸，實木構(gòu)件之間的連接形態(tài)主要是方材與方材、方材與板材之間的點接觸，因此嵌入螺母不能采用以摩擦為主的漲塞式，而應(yīng)采用螺紋嚙合的內(nèi)外牙螺母。研究表明：增加嵌入螺母的長度能有效增加節(jié)點的極限抗拔力[5]。

除此以外，連接件通常和榫卯相互配合應(yīng)用，以達(dá)到更高的接合強度。常見的配合方式有以下五種：單個連接件搭配單個圓棒榫、單個連接件搭配兩個圓棒榫、單個連接件搭配直角榫（橢圓榫）、兩個連接件搭配單個圓棒榫或兩個連接件相互搭配（見表1）。1）單個連接件和單個圓棒榫配合。連接件主要指二合一圓柱螺母連接件、內(nèi)外牙螺母連接件和四合一連接件,這種接合方式節(jié)點強度一般，常用于木框等部件的角部連接。2）單個連接件和兩個圓棒榫配合。這種連接方式用于節(jié)點主要承受剪力而非彎矩的情況，即通過圓棒榫提供對剪力的抗性。3）單個連接件和直角榫（橢圓榫）配合。這種連接方式和上一種有些類似，主要用于節(jié)點承受剪力的場合。4）兩個連接件和單個圓棒榫配合。這種連接方式節(jié)點強度高，既能承受較大彎矩，又能夠承受較大剪力，結(jié)構(gòu)的主要受力節(jié)點可以采用這種拆裝連接方式，如椅后腿與側(cè)望板的連接。5）兩個連接件相互配合。這種連接方式節(jié)點強度也非常高，既能受較大彎矩，又能受較大剪力，通常用于連接構(gòu)件橫截面尺寸不大，無法再容納圓榫位置的情況。

表1 實木家具五金連接件與榫的配合形式Tab.1 Solid wood furniture hardware connector and tenon matching forms

3 實木家具整體拆裝結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式

根據(jù)可拆裝的細(xì)度，實木家具拆裝式結(jié)構(gòu)可分為部件可拆、零件可拆、零部件混合可拆。實木家具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件種類較多且不易識別，宜采用部件可拆或零部件混合可拆的形式。實木家具根據(jù)功能劃分為椅凳類、桌臺類、床類、柜類等。其中，椅類、桌臺類、床類、柜類均可抽象為由凳子的結(jié)構(gòu)演變而來?；诖思僭O(shè)，實木家具的可拆裝結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)路徑總體上可分為：左右可拆、前后可拆、上下可拆三種形式。不同功能的家具結(jié)構(gòu)拆裝形式又有一定的區(qū)別，具體闡述如下：

3.1 椅類可拆裝結(jié)構(gòu)

椅類可拆裝結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)路徑包括左右可拆、前后可拆、上下可拆、內(nèi)外可拆四種形式。

1）左右可拆：椅后腿、側(cè)望板與前腿組成固定結(jié)構(gòu)，然后通過連接件與前后望板、靠背板等相連組成可拆裝結(jié)構(gòu)(圖3)[6]。其主要優(yōu)點是可以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度。椅子的主要受力方向為前后方向，危險截面為椅后腿與側(cè)望板的接合點，而可拆裝方向為左右方向，垂直于主要受力方向，因此，通過榫接合等前后固定式節(jié)點連接方式避免了危險截面的失效。主要缺點為：椅后腿在左右方向的尺寸較小，采用小型隱藏嵌入式連接件無法實現(xiàn)高強度連接，因此，常采用外側(cè)可見式連接件進(jìn)行接合。

圖3 實木椅類家具的左右可拆式結(jié)構(gòu)[6]Fig.3 Left and right detachable structure of solid wood chair

2）前后可拆：椅后腿、靠背與后望板組成背框固定結(jié)構(gòu)，椅前腿與前望板組成前框固定結(jié)構(gòu)，然后通過連接件與側(cè)望板相連組成可拆裝結(jié)構(gòu)。這種拆裝方式的優(yōu)點是椅后腿前后方向的尺寸較大，可以實現(xiàn)隱藏式連接，缺點是可拆裝方向與主要受力方向一致，因此，必須增加連接件與實木基材的接觸面積來增加節(jié)點強度，特別是有效增大嵌入螺母的尺寸[5]。

3）上下可拆：靠背與底座實現(xiàn)可拆裝。此時可將靠背看作是鑲嵌在底座上的懸臂板，節(jié)點承受的彎矩很大，此結(jié)構(gòu)力學(xué)強度不高。通過外加扶手等方式能有效提高靠背的承載能力。

4）內(nèi)外可拆：前后左右的望板與角木塊相互連接組合成座框固定結(jié)構(gòu)，再與椅腿形成可拆裝連接，簡稱椅腿與座框可拆（圖4）。其中望板與角木塊之間通常采用木螺釘連接，座框與椅腿通常采用二合一嵌入螺母螺桿連接件實現(xiàn)可拆裝。椅腿與座框之間可拆裝方向與主要受力方向呈一定角度，并通過相鄰的望板將腿椅卡緊，形成高強度連接。

圖4 實木椅類家具的內(nèi)外可拆式結(jié)構(gòu)Fig.4 Interior and exterior detachable structure of solid wood chair

3.2 桌臺類可拆裝結(jié)構(gòu)

圖5 實木桌類家具的三種拆分結(jié)構(gòu)Fig.5 Three detachable structures of solid wood table

桌臺類可拆裝結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)路徑包括上下可拆、左右可拆、前后可拆三種形式。

1）上下可拆（圖5a）：桌面與望板形成一體式面框結(jié)構(gòu)，通過五金件或榫與桌腿形成可拆裝結(jié)構(gòu)，簡稱面框與桌腿可拆。這種拆裝結(jié)構(gòu)與椅類的內(nèi)外可拆類似，可形成隱藏式高強度連接。

2）左右可拆（圖5b）：桌腿與側(cè)望板相連接組成側(cè)框，然后通過五金件或榫與前后望板相連形成可拆裝結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于左右側(cè)框零部件較多的情況。

3）前后可拆（圖5c）：桌腿與前后望板分別相連接組成前框、后框，然后通過五金件或榫與側(cè)望板連接形成可拆裝結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于前后框零部件較多的情形。

3.3 柜類可拆裝結(jié)構(gòu)

柜類可拆裝結(jié)構(gòu)實現(xiàn)形式包括左右、上下可拆。

圖6 實木柜類的兩種拆分結(jié)構(gòu)Fig.6 Two detachable structures of solid wood cabinet

1）左右可拆（圖6a）：這種形式主要應(yīng)用在旁板蓋頂?shù)装寤蛘咦笥覀?cè)框零部件較多的情形。旁板與頂?shù)装逯g通過榫接合或五金件連接，背板一般嵌入旁板的預(yù)留槽中進(jìn)行接合。

2）上下可拆（圖6b）：主要體現(xiàn)在頂?shù)装迳w旁板或頂?shù)卓蛄悴考^多的情形。旁板與背板之間通過五金件或插槽嵌入的形式接合，頂?shù)装逋ㄟ^五金件固定在旁板上下兩端。

3.4 床類可拆裝結(jié)構(gòu)

床類家具可拆裝結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)形式主要指前后可拆，即床頭屏、床尾屏通過五金件與床梃形成可拆裝結(jié)構(gòu)（圖7）。由于床類家具需要承受的載荷大，宜采用重力嵌鉤式連接件實現(xiàn)高強度連接（圖8）。

圖7 實木床類家具的前后可拆式結(jié)構(gòu)Fig.7 Front and rear detachable structure of solid wood bed

圖8 實木床類家具的重力嵌鉤式連接件Fig.8 Gravity hook-type connector for solid wood bed

4 結(jié)語

實木家具的整體可拆裝是通過節(jié)點可拆來實現(xiàn)的，其節(jié)點拆裝形式主要包括榫自鎖可拆式、連接件可拆式二種，其中連接件可拆式通過螺紋嚙合、凹槽嵌入等方式實現(xiàn)。在實木家具中，連接件通常和榫相互配合使用，以達(dá)到更高的接合強度。盡管不同功能的實木家具結(jié)構(gòu)拆裝形式存在一定的區(qū)別，但總體上整體拆裝結(jié)構(gòu)可分為左右可拆、前后可拆、上下可拆三種形式。本研究成果可為實木家具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及平板化包裝提供方法與思路。