Розділ 2.

Основи конструювання

столярно-будівельних виробів

2.1. Основні правила конструювання виробів

Міцність і довговічність столярних виробів забезпечується за рахунок правильного вибору розмірів деталей і елементів, їх з’єднання, а також використання відповідних матеріалів.

Розміри дерев’яних, металевих й інших деталей, які входять до виробу, визначають розрахунковим шляхом або згідно з даними, нагромадженими внаслідок довготривалої експлуатації.

Як основний матеріал для конструювання столярних виробів використовують деревину. Механічні властивості деревини визначають її здатністю чинити опір дії зовнішніх сил.

Розрізняють такі основні види дії механічних сил: розтяг, стискання, згин, кручення, поздовжній згин. Ці сили можуть бути прикладені в різних напрямках стосовно напрямку волокон деревини. У конструкції столярних виробів, здебільшого, простежуються статичні навантаження.

Для кожної породи деревини характерні свої фізико-механічні властивості. Крім того, властивості деревини залежать від низки чинників і, насамперед, від вологості, яка може змінюватися під впливом температури і вологості навколишнього середовища.

У з’єднаннях столярно-меблевих виробів велике значення має властивість деревини чинити опір витягуванню цвяхів і шурупів. Міцність цвяхових з’єднань залежить від тертя між цвяхом і деревиною. Сила тертя, своєю чергою, залежить від породи деревини, її твердості, пружності, напрямку волокон. Щоб збільшити тертя на цвях, роблять зазубрини або застосовують шурупи. Цвях із зірковим або квадратним перерізом утримується у деревині краще, ніж із круглим перерізом.

На міцність утримування шурупів і цвяхів впливає вологість деревини. Враховуючи це, під час конструювання столярних виробів, призначених для експлуатації в умовах підвищеної вологи, варто застосовувати цвяхи і шурупи з антикорозійним покриттям або замінити їх дерев’яними цвяхами-нагелями.

Властивості деревини під дією вологи і температури змінювати форму і розміри (набухати, жолобитися, всихати) має велике значення у конструюванні столярних виробів. Для прикладу, щитові тахлі дверей не затискаються наглухо між брусками обв’язки.

Деревина як основний конструкційний матеріал, використовуваний для виготовлення столярних виробів, має особливі властивості та певні позитивні якості, що в багатьох випадках роблять її незамінною.

До переваг деревини належать: незначна питома вага за високої міцності; незначна теплопровідність; легко обробляти ріжучим інструментом; можливість склеювати, кріпити цвяхами; властивість фарбуватися, лакуватися, оздоблюватися; красива текстура; пружність; стійкість до кислот і солей.

Проте, поряд з перевагами, є низка істотних недоліків. Це неоднорідність її фізико-механічних властивостей (анізотропність), залежних від напрямку волокон, зони стовбура, наявності вад, породи, вологості і т. ін.

Ще одним істотним недоліком деревини є її здатність змінювати розміри і форму під дією температури і вологості, що значно утруднює конструювання столярних виробів (всихання, набухання, внутрішні напруження).

Напруження, які виникають у деревині внаслідок всихання, набухання і жолоблення, можуть перевищувати міцність самої деревини. Отже, складність конструювання столярного виробу полягає в тому, що в експлуатаційних умовах він має залишатися стабільним за формою і міцністю, незважаючи на те, що окремі його частини зазнають неминучих змін розмірів та форми.

Звідси випливають правила, котрі сформулював професор В.Н.Михайлов і які потрібно рекомендувати як обов’язкові під час конструювання [7].

П

Рис.2.1. Переріз тахльової конструкції

Дверей: 1 – тахля; 2 – обв’язка

ерше правило: вироби із деревини потрібно конструювати так, щоб неминучі деформації окремих частин відбувалися вільно, але без порушення форми і міцності самого виробу. Для прикладу, наведемо поперечний переріз рамкової конструкції з дощатою тахлею (рис. 2.1). Тахля вставлена в пази обв’язки, може вільно розширятися у разі набухання. Для розширення тахлі в обв’язці потрібно передбачити достатні запаси глибини пазів (а). Тахлю потрібно вставляти в пази настільки глибоко, щоб у разі всихання і зменшування ширини вона не виходила із пазів. Така конструкція запобігає жолобленню тахлі (щита), тому що товста обв’язка не дозволить тахлі вигинатися і збереже розміри всього вузла чи виробу.

Друге правило: деталі і вироби із деревини потрібно конструювати так, щоб неминучі зміни розмірів і форми (жолоблення) були найменшими. Цього можна досягнути шляхом виготовлення деталей не із одного куска деревини, а із декількох частин, підібраних за напрямком річних шарів і з’єднаних за допомогою клею. Тоді куски склеєної деревини (деталі) взаємно зрівноважують один одного при зміні розмірів і форми.

Третє правило: для міцності виробів із деревини необхідно їх конструювати так, щоб напрямок волокон в окремих деталях збігався з напрямком дії стискаючих або розтягуючих зовнішніх сил або був перпендикулярний напрямку згинаючих.

Четверте правило: конструкції виробів повинні бути технологічними. Щоб всі деталі, вузли і з’єднання можна було виконати на верстатах. Крім того, варто створювати таку конструкцію, яка за високої якості виробу потребувала би найменших витрат основних матеріалів і найменших трудових витрат.

П’яте правило: конструювати вироби необхідно так, щоб вони відповідали своєму призначенню, естетичним і санітарно-гігієнічним вимогам. Це правило містить питання нормалізації, взаємозамінності деталей і стандартизації.

2.2. Основні види столярних з’єднань

Столярні вироби складаються з різних деталей, з’єднаних між собою здебільшого нерухомо. Деталі з’єднують між собою за допомогою столярної в’язки, клею або металевих з’єднань [40, 41].

Згідно з державним стандартом, розрізняють такі групи з’єднань:

а) за довжиною; б) за шириною; в) кутові кінцеві;

г) кутові серединні; д) кутові ящикові.

2.2.1. З’єднання брусків за довжиною

У зв’язку з тим, що столярні деталі мають здебільшого невелику довжину, зрощування і нарощування у столярних роботах застосовують для виготовлення таких столярно-будівельних виробів, як поручні, карнизи, плінтуси, віконні та дверні блоки, а також у разі використання низькосортних пиломатеріалів і короткомірних заготовок для отримання довших деталей і більш раціонального і комплексного використання деревини.

Найчастіше застосовують такі з’єднання брусків за довжиною: на вус; впівдерева; на шип з прямим стиком; на зубчастий шип; на клиновий замок; на подвійний замок; на круглих вставних шипах у торець.

2.2.2. З’єднання за шириною

З’єднання за шириною застосовують під час формування щитових деталей з брусків за шириною. У виробництві столярних виробів найчастіше застосовують такі з’єднання: на гладку фугу; у чверть; у шпунт і гребінь; з металевими скобами; на круглих вставних шипах та ін.

2.2.3. З’єднання шипові кутові кінцеві і серединні

Основними елементами з’єднань є шипи і провушини або гнізда. Залежно від призначення і товщини деталей, кутові кінцеві з’єднання можуть бути: на шип відкритий скрізний одинарний; на шип відкритий скрізний подвійний; на шип відкритий скрізний потрійний; на шип з потемком і напівпотемком скрізним і глухим; на шипи круглі вставні скрізні і нескрізні; на вус зі вставними круглими і плоскими шипами; на зубчастий шип.

Кутові серединні з’єднання: на шип одинарний нескрізний; на шип одинарний скрізний; на шип скрізний подвійний; у паз і гребінь нескрізний; на шипи круглі вставні; на шип “ластівчин хвіст”.