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傳統(tǒng)的實(shí)木家具主要采用直角榫與燕尾榫等接合方式，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，在榫頭加工過程中材料損失較嚴(yán)重。如能夠利用圓棒榫部分或全部取代，則可有效地提高生產(chǎn)效率，并降低生產(chǎn)成本。但目前國內(nèi)對圓棒榫的力學(xué)行為研究較少。圓棒榫應(yīng)用在實(shí)木家具中的安全性，主要以抗拔力及抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)來評價。本文主要從圓棒榫的抗拔力、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等方面進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度分析，探討圓棒榫在實(shí)木家具結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可行性，及應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意的主要問題。
圓棒榫的表面有多種形式，如光面、直紋、螺旋紋、網(wǎng)紋等，一般以螺旋紋形式的連接強(qiáng)度為佳，且目前市場上最常用。加工圓棒榫的木材要求密度大、紋理直、無節(jié)、少缺陷，主要用材質(zhì)較的闊葉樹材，如樺木、色木、柞木、水曲柳等。圓棒榫含水率一般比連接構(gòu)件低2%～3%，通常小于7%。圓棒榫直徑通常為連接構(gòu)件厚度的2/5～1/2，長度為直徑的3～4倍，尺寸推薦規(guī)格見表與之接合構(gòu)件內(nèi)部的榫眼深度，應(yīng)比圓棒榫插入部分的長度大0.5～1.5 mm，以容納多余的膠液及壓縮空氣，同時還可在一定程度上降低機(jī)械加工時的加工精度，提高工效；為了便于安裝，其端部常有45°倒角。對于用作固定結(jié)合的圓棒榫，一般采用過盈配合，過盈量為0.1～0.2 mm；雙面涂膠，常用膠種按接合強(qiáng)度由高到低有：75%UF+25%PVAc混合膠、UF樹脂膠、PVAc膠、動物膠等。
以合肥市場上的一款核桃楸實(shí)木餐桌為例(見圖1)，高度760 mm，桌面長度1350 mm，寬度850 mm，厚度為30 mm，桌腿相對桌面內(nèi)縮量為50 mm；望板基材為核桃楸(黑龍江朗鄉(xiāng))，厚度30 mm，高度70 mm，氣干密度0.528 g/cm3，順紋抗剪強(qiáng)度10.0 MPa，抗彎強(qiáng)度87.0 MPa。望板與桌腿部以雙圓棒榫連接，使用UF膠，配合間隙為0.127 mm。圓棒榫材料為黑龍江帶嶺產(chǎn)白樺，氣干密度0.607 g/cm3，順紋抗剪強(qiáng)度7.8 MPa，抗彎強(qiáng)度87.5 MPa，直徑14 mm，螺旋紋長度50 mm。結(jié)合合肥氣候及試驗室積累含水率數(shù)據(jù)，取家具均衡含水率為12%。為檢驗圓棒榫接合的安全性，對其抗拔力、抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度進(jìn)行相應(yīng)有限元分析。
J.L.Jensen等的試驗反映了類似的影響趨勢，如圖2所示，說明應(yīng)從圓棒榫直徑、插入深度、材料的順紋抗剪強(qiáng)度及膠黏劑等方面來提高其抗拔力。當(dāng)圓棒榫與被連接材料確定后，圓棒榫端面的抗拔力要大于側(cè)面，所以主要考慮側(cè)向抗拔力。將圖1中數(shù)據(jù)代入公式1可知：圖2圓棒榫尺寸與抗拔力的關(guān)系此抗拔力大于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10357.1-1989《家具力學(xué)性能試驗桌類強(qiáng)度和耐久性》中水平靜載荷試驗水平5級900 N的要求，由此可見，雙圓榫連接的抗拔力完全能滿足使用要求。按照GB/T 10357.1-1989，桌面水平靜載荷試驗水平4級，所加載荷為2×300 N，則地面水平F水平=150 N，F(xiàn)水平在圓棒榫形成的力矩為108 N m，小于圓棒榫能夠提供的抗破壞彎矩。若取掉面板，讓載荷P直接作用于水平望板，以檢驗兩端圓棒榫的接合性能。
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