快裝式抽屜箱框結(jié)構(gòu)設(shè)計研究*

孫 香 王 華 劉子歡 高 靜 朱倩倩

（1.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.廣東省宜華生活科技股份有限公司，廣東 汕頭 515834）

傳統(tǒng)實(shí)木家具企業(yè)可通過合適的互聯(lián)網(wǎng)平臺，運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)平板化運(yùn)輸[1]。市面上的抽屜主要通過偏心件連接的方式實(shí)現(xiàn)拆裝，然而，傳統(tǒng)實(shí)木抽屜是典型的榫卯結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，大多采用燕尾榫、箱框榫接合，一般都是整體結(jié)構(gòu)，這類固定式抽屜不利于運(yùn)輸、維修和回收。同時，實(shí)木抽屜部件反復(fù)拆裝，或多或少會對連接處的關(guān)節(jié)造成傷害，若能在可拆裝的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)快裝，即允許局部預(yù)裝件的存在，這不僅能在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)扁平化包裝，降低運(yùn)輸成本，還能提高工人的裝配效率，節(jié)約時間成本[2-3]。若能簡化抽屜安裝程序，盡可能減少待裝部件，使消費(fèi)者可以自行裝配，就可能吸引更多的消費(fèi)者購買實(shí)木家具，促進(jìn)實(shí)木家具行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 抽屜結(jié)構(gòu)分析

1.1 拆裝式抽屜結(jié)構(gòu)

目前市場上的現(xiàn)代家具常將抽屜設(shè)計為可反復(fù)拆裝的結(jié)構(gòu)，偏心件連接是最常用的接合方式，如圖1a、b所示，這類結(jié)構(gòu)加工簡單，拆裝便捷，被大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的板式家具中。抽屜前板（或背板）與側(cè)板采用三合一偏心件連接[4-6]，前板、背板以及兩側(cè)板開相同高度的榫槽，底板插入所開槽中，以實(shí)現(xiàn)拆裝；抽屜前板與面板，則用木螺釘連接。偏心件連接通常會使用合理數(shù)量的圓棒榫以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，抽屜一般使用φ6的圓棒榫，圓棒榫不涂膠，配合偏心件連接，起到定位輔助作用。偏心件連接的抽屜結(jié)構(gòu)雖然可實(shí)現(xiàn)拆裝，但是要借助工具，且拆裝麻煩，并不能實(shí)現(xiàn)快速安裝。

圖1 偏心連接件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of the eccentric connector

1.2 固定式實(shí)木抽屜結(jié)構(gòu)

作為家具功能的一個重要組成部分，傳統(tǒng)的實(shí)木抽屜在結(jié)構(gòu)上通常不可拆，其主要采用燕尾榫、箱框榫和企口接合等結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)抽屜前板（或背板）與抽屜側(cè)板的連接[7-8]。燕尾榫接合主要有貫通式燕尾榫、半盲式燕尾榫、滑動燕尾榫等，如圖2a、b、c所示。貫通式燕尾榫制造簡單，利用專用設(shè)備可實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)。但一些抽屜未另設(shè)面板，若使用貫通式燕尾榫，在抽屜前板上會留下接縫，因此需在前板上另加一層面板；半盲式燕尾榫可以更好地隱藏前板上的縫隙；滑動燕尾榫是直通式的燕尾榫，不僅連接穩(wěn)固，制作上更為簡單，截面為梯形的榫頭與榫槽均可采用通過式加工，生產(chǎn)效率高，易于裝配[9]。

箱框榫是一種直角榫多榫結(jié)構(gòu)，常用于箱框結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角接合，如圖2d所示。箱框榫必須保證切口干凈整齊，肩部線條清晰，機(jī)械切割與大面積膠合，使其接頭緊密，接合牢固，箱框榫和貫通式燕尾榫一樣，接縫不可隱藏。

抽屜側(cè)板與前板（或背板）的接合中還有幾種方法，同樣可采用高效的通過式加工。一種是企口接合，如圖2e所示。雖然其接口縫可隱藏，但是結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性不強(qiáng)，接合處涂膠后還需用釘子加固，釘子釘入時宜帶有角度，使其不易脫出。另一種是常見的榫槽插接,如圖2f所示。在側(cè)板上開一個寬度與背板厚度等大的凹槽，背板涂膠后直接插入凹槽實(shí)現(xiàn)連接。再一種是雙槽扣接，如圖2g所示。這是一種在側(cè)板和前板（或背板）接口處均開設(shè)凹槽，能互相咬合匹配的結(jié)構(gòu)方式，這種方式不但使兩者接合緊密，而且增加了膠合面積，是一種優(yōu)化的榫槽接合方式[10-12]。

抽屜底板與周圍板塊的連接一般均通過槽接，即在前板、背板和側(cè)板的底部同一高度位置開槽，將底板插入槽中。榫接合的抽屜外觀美麗，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，且無需五金件，但是榫卯接合的結(jié)構(gòu)往往需要涂膠，涂膠以后，就無法實(shí)現(xiàn)拆裝[13-14]。

圖2 實(shí)木抽屜結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structural diagram of solid wood drawer

2 快裝式抽屜結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

快裝式家具的特點(diǎn)不僅在于拆裝靈活，包裝體積小，方便運(yùn)輸[15]，更在于其安裝的快速與便利，為簡化售后服務(wù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。綜合而言，實(shí)木抽屜的快裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下要求。

1）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。快裝式抽屜不使用膠黏劑和偏心連接件，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與否，與榫卯節(jié)點(diǎn)的力學(xué)強(qiáng)度有直接關(guān)系，然而，榫頭和榫眼的接點(diǎn)位置相對于抽屜零部件本身，強(qiáng)度較弱，在多次拆裝和載荷作用的情況下，榫卯接合處很有可能發(fā)生破壞，這就需要根據(jù)抽屜本身的受力特征，進(jìn)行力學(xué)分析，應(yīng)用最佳的榫接方式，保證連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能和抽屜整體的穩(wěn)定性[16]。

2）拆裝快捷。從用戶角度來說，快裝式抽屜結(jié)構(gòu)不宜過于復(fù)雜，零部件數(shù)量也要盡可能減少，這是提高用戶參與度的前提條件，同時必須簡化裝配形式，明確裝配步驟，使用戶能夠接受[17]。其次，快裝式抽屜并不代表必須完全拆卸各個零部件，再進(jìn)行包裝運(yùn)輸，而是在部分零部件不完全拆卸的情況下也能滿足運(yùn)輸要求。對于用戶來說，待裝部件越少，安裝越便捷，拆卸時不費(fèi)力，同時不影響二次和多次拆裝，也可以減少非必要拆裝零部件的拆卸次數(shù)，延長其使用壽命[18]。

3）工藝合理?？煅b式抽屜是在傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上所作的改進(jìn)與優(yōu)化，改進(jìn)后的零部件結(jié)構(gòu)形態(tài)應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)條件下能順利地被加工出來，不違背工業(yè)化生產(chǎn)的大原則，加工方便高效，品質(zhì)穩(wěn)定可靠。

4）體積縮小。拆裝實(shí)現(xiàn)了家具平板化包裝，對于企業(yè)來說，抽屜包裝體積的減小，可大大縮減運(yùn)輸成本。包裝體積越小，越有利于后期的維修、回收等，這符合近年來大力提倡的綠色設(shè)計理念[19]。

5）無損外觀。結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)盡量減少對產(chǎn)品外觀的影響，尤其是視覺經(jīng)?？梢姷牟糠??？煅b式結(jié)構(gòu)中一些預(yù)組裝、可翻折的活動接點(diǎn)不宜暴露，應(yīng)考慮將其設(shè)計在相對隱蔽的部位。

3 快裝式抽屜結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案

3.1 設(shè)計分析

基于以上設(shè)計原則，現(xiàn)有的抽屜結(jié)構(gòu)中，主要存在以下問題。首先是以偏心件連接為核心的抽屜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)方式雖然實(shí)現(xiàn)了拆裝，但由于所有零件被完全拆開，在售后環(huán)節(jié)需要很多步驟才能完成組裝，操作繁瑣，且依賴于技術(shù)工人（一般消費(fèi)者不易掌握，DIY難以普及），最終導(dǎo)致售后成本增加。其次是以榫卯結(jié)構(gòu)為主的抽屜結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)雖然方式各異，榫卯樣式千變?nèi)f化，但都是固定式不可拆的，無法實(shí)現(xiàn)扁平化包裝。尤其是抽屜數(shù)量多時，產(chǎn)品體積臃腫更為明顯，不利于長途運(yùn)輸或庫存?zhèn)}儲。根據(jù)以上分析，不難發(fā)現(xiàn)，前者是拆裝“過度”，后者是完全不拆，因此解決問題的思路即在于平衡這兩者，設(shè)計一種不完全拆裝的結(jié)構(gòu)，可以在保證零部件扁平化包裝的前提下，減少組裝步驟、降低組裝難度，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者能夠輕松DIY的快裝式結(jié)構(gòu)。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在不改變抽屜整體外觀造型上考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計，抽屜主要由6塊板材組成，包括左右側(cè)板、前板、背板、底板以及面板，根據(jù)不完全拆裝的結(jié)構(gòu)要求，從傳統(tǒng)榫卯中提煉出在一定范圍內(nèi)可旋轉(zhuǎn)配合的榫形模塊，應(yīng)用于抽屜側(cè)板與底板上，對底板與側(cè)板的連接方式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。材料上可使用簡單的金屬構(gòu)件作為輔助，起到加強(qiáng)連接強(qiáng)度的作用。如圖3所示，側(cè)板和底板加工若干規(guī)格一致，相互錯開的榫頭，相鄰榫頭間形成榫槽，兩板之間的榫頭交錯，使其可以正好交叉配合，榫頭a與榫槽a適配，榫頭b與榫槽b適配，依次配合。榫頭均采用圓形榫頭，每個榫頭中心設(shè)有榫孔，通過一根圓柱金屬轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)連接，免工具安裝的金屬連接件作為一種插接式結(jié)構(gòu)件，可更好地實(shí)現(xiàn)用戶裝配，并大大降低生產(chǎn)成本。圓柱形狀的榫頭使得側(cè)板可以以連接件為中心旋轉(zhuǎn)角度，側(cè)板與底板的角度在90°～180°之間變化，角度為90°時，兩板完全垂直，前板與背板通過滑動燕尾榫的方式插入左右側(cè)板中，抽屜實(shí)現(xiàn)完全約束；當(dāng)側(cè)板與底板完全展開至180°，兩板整體可作為預(yù)裝部件，實(shí)現(xiàn)平板化包裝運(yùn)輸[20-21]，結(jié)構(gòu)簡潔明了，符合人性化原則。

3.3 拆裝步驟

如圖3a所示，快裝式抽屜箱框結(jié)構(gòu)包括6塊結(jié)構(gòu)板和連接組件,連接組件包括榫頭a、榫槽a、榫頭b、榫槽b和金屬連接條。裝配時,首先安裝抽屜的底板與側(cè)板，兩板上加工的榫頭和榫槽結(jié)構(gòu)交叉對稱，相鄰的榫頭之間形成榫槽，底板上的榫頭a插入側(cè)板上的榫槽a中，榫頭b插入榫槽b中，各個榫頭插入對應(yīng)的榫槽中，每個榫頭中部設(shè)有榫眼，圓柱金屬轉(zhuǎn)軸穿過每個榫眼實(shí)現(xiàn)連接，兩側(cè)板繞著金屬連接條在90°～180°之間自由旋轉(zhuǎn)。抽屜底板與兩側(cè)板可作為預(yù)裝件存在，底板與側(cè)板展開至180°，達(dá)到完全平鋪狀態(tài)，前板、背板以及面板依次排列，平行疊加在預(yù)裝件上，打包出貨，最大化地壓縮了抽屜的包裝體積。前板、背板兩端加工結(jié)構(gòu)一致的滑動半燕尾榫頭如圖3b所示，前板兩端榫頭為前榫頭，背板兩端榫頭為后榫頭，售后上門裝配，只需要將前板和背板滑動插入側(cè)板上預(yù)留的半燕尾榫槽中，兩側(cè)板位置便能受到完全約束。前板和背板滑動到底板上時，繼續(xù)插入底板上預(yù)開的榫槽中，通過榫槽插接的方式實(shí)現(xiàn)連接[22]。最后使用木螺釘連接前板與面板，完成裝配。拆卸步驟則反過來，首先卸掉木螺釘，拆掉面板，接著從底板中向上抽出前板、背板，剩下的左右側(cè)板與底板的角度不再受到約束，整體構(gòu)件可拆可不拆，展開至180°即可實(shí)現(xiàn)扁平化包裝[23-26]。

圖3 抽屜結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of drawer

4 結(jié)語

本文著重研究了快裝式實(shí)木抽屜箱框結(jié)構(gòu)底板與側(cè)板的連接，而未將重點(diǎn)放在前板與側(cè)板的結(jié)構(gòu)形式上，改變了以往的研究思路。提出的新抽屜結(jié)構(gòu)利用旋轉(zhuǎn)變形的方式，結(jié)合實(shí)木箱框結(jié)構(gòu)中的滑動燕尾榫，實(shí)現(xiàn)了在可拆裝基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的抽屜快裝，不僅提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，還實(shí)現(xiàn)了實(shí)木家具，特別是儲藏類家具的流動性，順應(yīng)新的銷售模式和市場需求。但是此款快裝結(jié)構(gòu)要求抽屜底板和背板為厚板，不利于節(jié)約材料，這也是該設(shè)計的不足之處，如何用現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)去衡量改造尺度，是現(xiàn)代家具企業(yè)以及家具設(shè)計師需要考慮的問題。設(shè)計師除了運(yùn)用設(shè)計方法優(yōu)化結(jié)構(gòu)，還需勇于創(chuàng)新，助力擴(kuò)大實(shí)木家具在市場上的影響力與競爭力。