實(shí)木桌椅拆裝式結(jié)構(gòu)分析與創(chuàng)新實(shí)踐

吳雙雙，徐 偉.2，詹先旭

(1.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037；

2.南京林業(yè)大學(xué)智庫(kù)林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，江蘇南京 210037；3.德華兔寶寶裝飾新材股份有限公司，浙江德清 313200）

隨著電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展，家具也逐漸成為了消費(fèi)者網(wǎng)上購(gòu)物的對(duì)象之一，但目前市面上傳統(tǒng)實(shí)木家具多采用簡(jiǎn)化的榫卯結(jié)構(gòu)或直接使用螺絲實(shí)現(xiàn)可拆裝結(jié)構(gòu)，存在安裝過(guò)程枯燥、耗費(fèi)時(shí)間等問(wèn)題。同時(shí)隨著消費(fèi)者綠色環(huán)保消費(fèi)心理日益提升[1]，盡可能少使用膠黏劑的使用也是實(shí)木家具的發(fā)展趨勢(shì)。基于此，對(duì)實(shí)木桌椅中的可拆裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研，分析拆裝結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，筆者提出一種具有力學(xué)性能穩(wěn)定、快速裝配、不使用膠黏劑、扁平化包裝等特點(diǎn)的桌椅類(lèi)可拆裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以期為實(shí)木桌椅的可拆裝設(shè)計(jì)提供一定的參考。

1 實(shí)木桌椅中的可拆裝結(jié)構(gòu)

可拆裝家具指的是通過(guò)不同的連接件或插接結(jié)構(gòu)將各個(gè)零部件進(jìn)行組裝、實(shí)現(xiàn)多次拆裝的家具，以板式柜類(lèi)家最具代表性，通過(guò)將柜體分解成幾個(gè)主要單元，完成各主要部件之間的連接即可實(shí)現(xiàn)家具整體的安裝[2]。以板式柜類(lèi)家具拆裝思路對(duì)實(shí)木桌椅進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析，梳理現(xiàn)有實(shí)木桌椅中可拆裝結(jié)構(gòu)的主要類(lèi)型。

實(shí)木桌椅是實(shí)木家具的重要組成部分之一，與人們的日常生活密切相關(guān)。實(shí)木桌的主要組成部分有面板、桌腿、橫撐等，實(shí)木椅的主要組成部分為靠背、座面、椅腿、橫撐等，部件之間的連接關(guān)系主要有面（座）板和腿部構(gòu)件、腿部構(gòu)件和橫撐、靠背和座面等，其中腿部構(gòu)件和橫撐是主要力學(xué)支撐點(diǎn)，對(duì)其可拆裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性要求更高。

1.1 五金件連接

五金件連接是實(shí)木家具實(shí)現(xiàn)可拆裝的有效手段[3]，依托于不同形式的五金件，可以實(shí)現(xiàn)上述幾個(gè)連接關(guān)系的安裝。目前實(shí)木桌椅中較常見(jiàn)的連接形式有：①在實(shí)木部件表面開(kāi)圓形小孔，使用自攻螺絲完成組裝；②使用二合一、三合一連接件；③直接將連接件與實(shí)木部件連接。

以宜家產(chǎn)品為例，如圖1所示的“拉克邊桌”，僅僅使用4個(gè)雙頭自攻螺栓通過(guò)旋轉(zhuǎn)就可實(shí)現(xiàn)實(shí)木桌的組裝，但存在著多次拆裝后，對(duì)椅腿部件造成破壞，握釘力下降，導(dǎo)致家具穩(wěn)定性下降，同時(shí)也存在安裝耗時(shí)較長(zhǎng)、組裝費(fèi)力等問(wèn)題；而另一款“莫比恩長(zhǎng)桌”則通過(guò)22個(gè)六角螺釘、8個(gè)凹端緊固件和4組二合一連接件實(shí)現(xiàn)了實(shí)木桌的組裝，二合一連接件相對(duì)尖端雙頭螺栓對(duì)木材的破壞較小，一定程度上能夠延長(zhǎng)實(shí)木桌的拆裝壽命，如圖2所示。而在實(shí)木椅方面，其拆裝結(jié)構(gòu)也多采用五金件連接，如圖3所示的Shuter旗下的一款小凳，通過(guò)在面板底部設(shè)置螺母，在金屬椅腿端部設(shè)置螺紋，對(duì)木材不造成破壞，實(shí)現(xiàn)多次拆裝并有效延長(zhǎng)了使用壽命，同時(shí)座面形狀可以進(jìn)行個(gè)性化定制。

圖1 拉克邊桌

圖2 莫比恩桌子

圖3 樹(shù)德g小凳

圖4 夾頭榫連接件

1.2 改良榫卯連接

榫卯結(jié)構(gòu)是我國(guó)傳統(tǒng)造物的獨(dú)特制作工藝，也是中國(guó)傳統(tǒng)家具的精髓所在。一方面受到傳統(tǒng)手工造物到工業(yè)化生產(chǎn)、智能制造現(xiàn)代化變革的影響，另一方面受到弘揚(yáng)中國(guó)傳統(tǒng)文化、增加民族認(rèn)同感的文化需求，榫卯的設(shè)計(jì)與改良在現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)中是重要的組成部分之一。傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)中存在大量具有良好拆裝性能的結(jié)構(gòu)，面（座）板和腿部構(gòu)件之間的連接，為F型接合，多采用改良型抱肩榫、棕角榫[4]和新生的壓條榫、栓榫等；腿部構(gòu)件和橫撐，一般為T(mén)型結(jié)構(gòu)，目前多采用各種形式的格肩榫[5]；在幅面較大的實(shí)木部件，如面板等會(huì)采用改良型燕尾榫、插條榫等[6]；而在力學(xué)要求相對(duì)較弱的部位，如實(shí)木椅背和座面的接合，也會(huì)采用圓榫連接。但由于榫頭和榫眼的配合對(duì)力學(xué)穩(wěn)定性有很大的影響，對(duì)加工精度要求較高，因此，目前還是多采用榫結(jié)構(gòu)配合膠黏劑使用，未進(jìn)行大批量的可拆卸性家具生產(chǎn)實(shí)踐。

在相關(guān)理論研究中，王安正[7]、馬婧[8]等均提到了“魯班鎖”這一經(jīng)典可拆裝榫卯結(jié)構(gòu)，其中，王安正基于“魯班鎖”結(jié)構(gòu)分析，得出通過(guò)榫接合、楔銷(xiāo)鎖定可實(shí)現(xiàn)實(shí)木家具的可拆卸，并指出傳統(tǒng)家具為了美觀而隱藏楔銷(xiāo)部件，才降低了可拆裝性；馬婧則通過(guò)魯班鎖的凹凸咬合進(jìn)行了椅腿和橫撐的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)。董華君[9]等通過(guò)基于夾頭榫的工作原理利用黃銅代替木材設(shè)計(jì)了一個(gè)面板和腿部構(gòu)件的連接金屬件，實(shí)現(xiàn)了家具的可拆卸和定制化設(shè)計(jì)，其連接件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

綜上所述，目前家具可拆裝結(jié)構(gòu)的形式主要是五金件連接和改良榫卯連接，其中五金件連接較榫卯連接操作更為便利、對(duì)加工精度要求也較低。但五金件連接也同樣存在著選擇成本相對(duì)較低的連接件會(huì)產(chǎn)生實(shí)木部件的不可逆損傷、安裝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響用戶(hù)安裝體驗(yàn)等問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)磨損小、操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短的拆裝連接件對(duì)于實(shí)現(xiàn)實(shí)木桌椅的可拆裝至關(guān)重要。

2 實(shí)木桌椅可拆裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

2.1 力學(xué)穩(wěn)定性

安全性是家具設(shè)計(jì)最根本、最原始的目的，是批判其可拆裝性好壞的首要標(biāo)準(zhǔn)[10]。而基于對(duì)實(shí)木桌椅中可拆裝結(jié)構(gòu)的分析，無(wú)論是五金連接件還是改良榫卯連接，其實(shí)現(xiàn)可拆裝的方法都是基于對(duì)連接節(jié)點(diǎn)的研究，因此，對(duì)主要受力節(jié)點(diǎn)連接方式提出力學(xué)穩(wěn)定性的要求。同時(shí)避免造成資源的浪費(fèi)，借助有限元分析等方法針對(duì)新的連接件或改良榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析和進(jìn)一步的優(yōu)化改良[11]。

2.2 操作便利性

操作的便利性體現(xiàn)在拆裝形式、裝配時(shí)間等方面。銷(xiāo)售模式的變化，家具安裝從最初的專(zhuān)業(yè)安裝人員到用戶(hù)自主安裝，一方面缺少專(zhuān)業(yè)工具的配備，另一方面缺少安裝知識(shí)，因此拆裝形式應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單明了，盡量采用無(wú)工具安裝[12]。此外，據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，用戶(hù)對(duì)于柜類(lèi)安裝的可接受范圍是30分鐘內(nèi)，超過(guò)2小時(shí)以上的安裝時(shí)間會(huì)讓人產(chǎn)生不愉悅[7]，而實(shí)木桌椅連接節(jié)點(diǎn)更少，因此高效的安裝速度也是操作便利性的具體要求之一。

2.3 資源節(jié)約性

可拆裝家具的出現(xiàn)是為了解決家具在運(yùn)輸過(guò)程中包裝成本高昂的問(wèn)題，包含綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)內(nèi)涵，是其環(huán)境屬性的重要體現(xiàn)。另一方面，引入標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)理念，彌補(bǔ)目前可拆裝結(jié)構(gòu)中拆裝壽命短的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)通過(guò)更換產(chǎn)品零部件或連接件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可持續(xù)使用[13]。

3 拆裝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐

為避免使用釘和膠黏劑的使用，更符合綠色環(huán)保潮流和響應(yīng)家具網(wǎng)絡(luò)化、分散化銷(xiāo)售的特點(diǎn)，筆者提出一種基于自鎖式榫卯機(jī)理的五金連接件，通過(guò)與面板相配合，實(shí)現(xiàn)實(shí)木桌椅的拆裝。

3.1 具體說(shuō)明

本拆裝結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件為腿部構(gòu)件、面板、金屬連接件，以拆裝結(jié)構(gòu)在實(shí)木椅中的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明，如圖5所示。通過(guò)金屬自鎖連接件固定腿部構(gòu)件，并通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)連接面（座）板和腿部構(gòu)件，形成各部件互鎖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)實(shí)木桌椅的固定，具有力學(xué)性能穩(wěn)定、快速裝配、不使用膠黏劑、便于扁平化包裝運(yùn)輸、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。

圖5 拆裝結(jié)構(gòu)用于實(shí)木椅示意圖

圖6 椅腿細(xì)節(jié)圖

圖7 金屬連接件

圖8 裝配示意圖

實(shí)木椅腿上端設(shè)有榫頭，側(cè)面設(shè)有榫槽，該榫槽底部設(shè)有貫通椅腿的圓形通孔，考慮機(jī)械化加工的便利性，榫槽設(shè)置為橢圓型槽，榫頭設(shè)置為橢圓榫，如圖6所示。面板設(shè)有貫通式榫眼，與實(shí)木椅腿上端榫頭插接配合，榫頭長(zhǎng)度和面板厚度一致，保證配合后不會(huì)凸起，影響坐感。同時(shí)在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)中，面板和腿部構(gòu)件可以采用顏色不同的木材，形成撞色，出頭榫接合也起到美化的作用。

金屬連接件為核心部件，包括金屬橫撐、操作桿和轉(zhuǎn)軸連接件，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)木橫撐進(jìn)行力學(xué)支撐和起到連接實(shí)木椅腿部件的作用。如圖7所示，操作桿為半圓柱型金屬件，下端兩側(cè)設(shè)有L型開(kāi)槽，與轉(zhuǎn)軸連接件進(jìn)行配合。金屬橫撐為中空的圓柱形金屬管材，其長(zhǎng)度可視面板所設(shè)榫眼的關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此也可應(yīng)用于幅面更大的桌面部件，體現(xiàn)了模塊化、定制化的設(shè)計(jì)理念。其中，規(guī)定包含操作桿的端口尺寸略小于圓形通孔的尺寸以保證金屬連接件可以順利通過(guò)圓形通孔，在工作中，金屬連接件對(duì)腿部結(jié)構(gòu)中直接接觸的圓形通孔未造成使用損耗，大大延長(zhǎng)了可拆裝次數(shù)和生命周期。同時(shí)金屬橫撐選擇圓柱形，有利于操作桿的旋轉(zhuǎn)與嵌套。

3.2 裝配方式

如上圖8所示，金屬連接件中的轉(zhuǎn)軸連接件H固定連接于金屬橫撐G的兩端，操作桿I下端J-L型開(kāi)槽，是用于配合轉(zhuǎn)軸連接件H旋轉(zhuǎn)和固定。轉(zhuǎn)軸連接件H在L型開(kāi)槽J內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度，再通過(guò)L型槽折點(diǎn)向上滑動(dòng)，最終使操作桿I與金屬橫檔G呈T型，使相對(duì)的實(shí)木椅腿構(gòu)件組成“門(mén)”形部件，同時(shí)金屬橫撐的使用加強(qiáng)了座椅整體的穩(wěn)定性，最后配合面板的貫通榫眼完成三個(gè)部件的互鎖，裝配過(guò)程如圖8所示。拆裝時(shí)，只需要分離面板和腿部構(gòu)件，再滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)操作桿，從圓形通孔中取出金屬連接件即可，操作簡(jiǎn)單，快捷便利。

4 結(jié)語(yǔ)

借鑒板式家具成熟的拆裝理論，提出從連接節(jié)點(diǎn)對(duì)當(dāng)前實(shí)木桌椅拆裝結(jié)構(gòu)中的常見(jiàn)節(jié)點(diǎn)連接類(lèi)型進(jìn)行分析，得出目前實(shí)木桌椅拆裝方法在延續(xù)性、操作性等方面的不足，總結(jié)力學(xué)穩(wěn)定性、操作便利性和資源節(jié)約性三方面的設(shè)計(jì)要求，基于三個(gè)設(shè)計(jì)要求提出一種結(jié)合五金件連接和榫卯連接的拆裝結(jié)構(gòu)，以期為實(shí)木桌椅的拆裝結(jié)構(gòu)提供一定的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)后期可通過(guò)虛擬仿真等方法進(jìn)行力學(xué)分析，驗(yàn)證其力學(xué)穩(wěn)定性，從材料和結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：吉 湘）