узел соединения элементов из дерева

Формула изобретения

Узел соединения элементов из дерева, предварительно напряженный, армированный стержнями или замком-звездочкой, в котором угол наклона волокон отдельных элементов к плоскостям среза при сопряжении составляет от 0 до 90°, при этом набор сопрягаемых элементов должен быть таким, чтобы суммарный угол сопряжения составлял 360°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мебели, в частности к опорным конструкциям различных изделий из дерева.

Известен табурет с опорной частью, состоящей из четырех ножек, соединенных шкантами и сориентированных перпендикулярно - опубликованная заявка Германии №1974568, кл. А 47 С 9/08, 1998.

Однако такая конструкция не обеспечивает достаточной надежности и долговечности изделия.

Также известна опорная конструкция, выполненная путем одновременного склеивания под давлением четырех ножек - патент РФ №2197163, кл. А 47 С 9/08, 27.01.2003. Древесина в такой конструкции работает в наиболее благоприятных условиях на сжатие, растяжение и изгиб.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности и долговечности.

Указанный технический результат достигается за счет того, что узел соединения элементов из дерева, предварительно напряженный, армированный стержнями или замком-звездочкой, в котором угол наклона волокон отдельных элементов к плоскостям среза при сопряжении составляет от 0 до 90°, при этом набор сопрягаемых элементов должен быть таким, чтобы суммарный угол сопряжения составлял 360°.

Сопряжение отдельных элементов, собранных в предварительно напряженный узел, происходит методом расклинивания.

На фиг.1 представлен возможный вариант формы ножки табурета, на фиг.2 - вид сверху опорной конструкции из 2-х одинаковых ножек, на фиг.3 - вид сверху опорной конструкции из 3-х одинаковых ножек, на фиг.4 - вид сверху опорной конструкции из 4-х одинаковых ножек, на фиг.5 - вид сверху опорной конструкции из 5-ти одинаковых ножек, на фиг.6 - вид сверху узла из 2-х разных отдельных элементов, на фиг.7 - вид сверху узла из 3-х разных отдельных элементов.

Сутью изобретения является то, что каждый из элементов в местах сопряжения срезан в двух плоскостях - клином под углом .

В случае, если сопрягаемые элементы узла имеют одинаковый угол сопряжения , то он рассчитывается по формуле =360°/N, где N - количество сопрягаемых элементов.

Так, в конструкции из 2-х одинаковых элементов =180°, фиг.2, в конструкции из 3-х одинаковых элементов =120°, фиг.3, в конструкции из 4-х одинаковых элементов =90°, фиг.4, в конструкции из 5-ти одинаковых элементов =72°, фиг.5 и т.д.

В случае, если элементы узла имеют разный угол сопряжения, то должно соблюдаться единое требование - набор сопрягаемых элементов должен быть таким, чтобы суммарный угол сопряжения равнялся 360°. Так, при сопряжении 2-х разных элементов один из элементов может иметь угол сопряжения 220°, тогда другой - 140°, фиг.6.

Точно также, если при сопряжении трех разных элементов, где два элемента имеют угол сопряжения по 100°, третий элемент должен иметь угол сопряжения 160°, фиг.7 и т.д.

Угол наклона волокон древесины отдельного сопрягаемого элемента к плоскостям среза должен обеспечивать работу древесины в наиболее благоприятных условиях - на сжатие и изгиб. Угол наклона волокон в каждом конкретном случае выбирается от 0 до 90°.

В качестве армирующих элементов используются или деревянные стержни из твердых пород для конструкций из 2-х одинаковых элементов - фиг.2, или стержень с изгибом - фиг.6, или замок-звездочка - фиг.3, 4, 5, 7.

Количество ветвей замка-звездочки соответствует количеству отдельных элементов в узле. Замок-звездочка выполняется из металлических стержней, поверхность которых не должна быть гладкой. Заглубление ветви замка в отдельный элемент составляет не менее 10 диаметров стержня. При таких условиях вклеенный стержень полностью защемляется в древесине.

Расчетная несущая способность такого стержня на выдергивание рассчитывается по формуле

T-R_ск ·П·d·L·K_c,

где R_ск - сопротивление скалыванию вдоль волокон, определяется по СниП 11.25,

П=3,14,

d - диаметр стержня,

L - заглубление стержня в элемент,

К_с - коэффициент неравномерности распределения напряжений, равный 1.

Рассмотрим частный случай, когда конструкция выполняется из сосны и используется в качестве опоры для табурета, где d=0,6 см, L=7 см, R_ск =21 кг/см². В этом случае расчетное Т=277 кг, т.е. каждая ветвь такого замка способна выдержать растягивающую нагрузку в 277 кг.

Склеивание узла конструкции производится в специальном кондукторе, где обеспечиваются необходимые сжимающие усилия P₁ с 2-х и более сторон для узлов с соответствующим количеством сопрягаемых элементов. Нагрузка P₁ - это сжимающие усилия до предела смятия древесины, которые могут достигать 30 и более кг/см². Для сосны оптимальная площадь F ₁ приложения нагрузки P₁ для узла с одним армирующим элементом составляет 10 см². Согласно расчетным характеристикам расчетное сопротивление на смятие сосны поперек волокон R_{см 90} составляет 18 кг/см². Усилие при сжиме на один элемент определяется по формуле

P ₁=R_{см 90}·F₁=180 кг.

Это усилие воспринимается всей плоскостью сопряжения элемента. На границе плоскостей сопряжения возникает равномерно распределенное сопротивление R₁, которое рассчитывается по формуле

R₁=P₁/F_сопр,

Р ₁ - усилие при сжиме на один элемент, 180 кг,

F _сопр - площадь плоскости сопряжения.

Таким образом, F_сопр=30 см², R₁=6 кг/см ².

Такое равномерно распределенное сопротивление возникает на границе плоскостей сопряжения при статической нагрузке во время склеивания узла и обеспечивает полное прилегание плоскостей. После высыхания клея статическая нагрузка P_i снимается. Сжатая древесина стремится приобрести прежние размеры. В дальнейшем вклеенные армирующие элементы испытывают постоянную растягивающую нагрузку Р_р, которая рассчитывается по формуле

Р_р=R₁·F_арм,

где R₁ - равномерно распределенное сопротивление на границе плоскостей сопряжения при статической нагрузке P₁, равно 6 кг/см²,

F_арм - площадь поперечного сечения армирующего элемента для стержня диаметром 0,6 см составляет 0,28 см².

Таким образом, Р_р=1, 68 кг.

Такую постоянно растягивающую нагрузку испытывает арматура в процессе дальнейшей работы узла. Это обеспечивает прочность и долговечность склеенного узла.

Созданный таким образом узел сопряжения является предварительно напряженным. Он способен надежно воспринимать бесконечно повторяющиеся рабочие нагрузки.