传统攒边格角榫的改良设计与抗弯性能

攒边格角榫作为一种常见的榫卯结构，对家具的整体强度和生产效率有着明显的影响。提出了三种符合现代数字加工技术的优化设计方案，并从弯曲性能和加工效率两个方面比较了每种方法的优化效果。基于数字处理技术，提出了三种优化设计方案，每种优化设计方案包括斜纹45椭圆榫。通过拉伸试验，确定了山毛榉斜纹45椭圆榫的最佳匹配参数。以山毛榉为原料，测定了最佳匹配参数，手工制作了传统的攒边格角榫标本，并用数字处理技术制作了三个改良的攒边格角榫标本。传统试样和优化试样的接合面积基本保持不变。通过力学试验，对比分析了传统攒边格角榫榫和三种优化攒边格角榫榫的弯曲性能，确定了弯曲性能最佳的改进榫。然后通过直接测量法，测量了具有最佳弯曲性能的改进榫头的加工效率，并与传统攒边格角榫榫头的加工效率进行了比较。结果表明，在三种攒边格角榫优化设计方案中，当节点面积大致相同时，方案C的抗弯性能最好，比传统的攒边格角榫极限抗弯载荷高38.7%。改进方案C的加工效率也比传统手工加工提高了475.4%。其中，方案C中零件1的制造效率比传统手工制造高410.0%，零件2的制造效率比传统手工制造高543.1%。本研究提出的榫卯结构优化设计思想，以及机械强度与加工效率相结合的优化评价方法，为其他传统榫卯结构的改进提供了参考。