Физико-механические свойства древесины

При конструировании изделий из древесины необходимо учитывать физико-механические свойства древесины как исходного конструкцион- ного материала, ее анизотропию и гигроскопичность, а также условия современного производства.

Надлежащее качество изделия обеспечивается соблюдением эле- ментарных правил конструирования. Древесина является гигроскопич- ным материалом.

Изделие из нее эксплуатируется в условиях изменяющейся относи- тельной влажности воздуха. Отдельные детали изделия будут в процес- се эксплуатации изменять свою влажность, как показывают наблюде- ния, примерно на 4 – 8%. По этой причине детали изделия из древесины будут изменять свои размеры в зависимости от коэффициентов усушки и разбухания.

При разбухании и усушке древесина способна развить напряжения, превосходящие ее предел прочности на сжатие и растяжение поперек волокон.

Этой особенностью древесины пользовались еще в Древнем Египте для раскалывания скальных пород при сооружении пирамид. В скале долбили отверстия на определенном расстоянии друг от друга. В эти отверстия забивали клинья из высушенной древесины. На эти клинья поливали водой. Древесина впитывала воду, клинья разбухали и соз- давали внутреннее напряжение в скале выше ее предела прочности. Происходило разрушение скальной породы между сделанными в ней отверстиями. Если в изделии закрепить детали между собой таким об-

разом, что неизбежное при эксплуатации разбухание их и усушка будут ограничены этим закреплением, то непременно произойдет разрушение либо изделия в местах закрепления, либо самой детали.

Учитывая эту особенность древесины, необходимо конструировать изделие из нее таким образом, чтобы эти неизбежные изменения разме- ров и формы деталей в процессе их возможного увлажнения и усушки происходили свободно, без разрушения целостности изделия и измене- ния его формы.

Для того чтобы эта конструкция оставалась цельной, необходимо пазы в рамке делать с учетом возможного изменения размера щита. При этом склеивать такой щит в пазах рамки нельзя.

Для обеспечения прочности конструкции шип должен входить в эти пазы достаточно глубоко и относительно плотно.

При значительных размерах деталей из древесины поперек неиз- бежные изменения их размеров и формы при эксплуатации изделия бу- дут велики. В таком случае это правило при конструировании изделия практически будет трудно выполнить.

Кроме того, детали изделий из древесины следует конструировать так, чтобы неизбежные изменения их размеров и формы при эксплуа- тации были минимальными. Это условие достигается применением клееных древесных материалов, у которых значительно уменьшены анизотропия свойств и коэффициенты усушки и разбухания. Широкое использование в конструкции изделия плитных материалов, фанеры, гнуто-клееных деталей и пластмасс полностью соответствует требова- ниям этого правила.

Широкие детали следует склеивать из мелких заготовок с соответ- ствующим подбором расположения годичных слоев.

При этом следует помнить, что полная усушка древесины в танген- тальном направлении 6 – 12%, а в радиальном – только 3 – 5%. По этой причине при эксплуатации изделий форма детали будет изменяться из- за усушки или разбухания.

При склеивании заготовок необходимо, чтобы склеивались одно- именные поверхности по расположению годичных слоев, а смежные поверхности, образующие пласти заготовок после склеивания, были различными.

Исходя из требования этого правила, детали из цельной древесины размером сечения свыше 100 мм следует делать всегда склеенными из заготовок меньших сечений.

Максимально допустимый размер сечения брусков из цельной дре- весины у качественных изделий мебели менее 100 мм. При эксплуата-

ции некоторые изделия из древесины являются несущими и подверга- ются значительным нагрузкам (клееные несущие конструкции, лыжи, хоккейные клюшки и т. п.). Поскольку прочность древесины в различ- ных направлениях действия сил относительно ориентации волокон раз- лична, то при конструировании изделий необходимо это учитывать.

При сжатии и растяжении древесина имеет максимальные значения пределов прочности при действии силы вдоль волокон, а при изгибе

– перпендикулярно волокнам. Поэтому все детали изделия, восприни- мающие усилия растяжения и сжатия, должны иметь направление во- локон, совпадающее с действием этих сил.

Детали, воспринимающие изгибающие усилия, должны иметь на- правления волокон древесины перпендикулярно к действующей изги- бающей их силы.

Направление годичных слоев в сечении детали из хвойных пород относительно сжимающих усилий оказывает влияние на предел проч- ности древесины.

Если угол наклона годичных слоев равен 45°, предел прочности дре- весины хвойных пород на сжатие составляет только 75% предела проч- ности при перпендикулярном или параллельном направлении силы сжа- тия к направлению годичных слоев.

Это правило согласования действия сил и направления волокон со- блюдается при конструировании изделия из древесины тем, что длина детали и направление волокон в ней должны почти всегда совпадать.

Изделие должно быть технологичным для существующих условий производства. Это значит, что проектируемое изделие при изготовлении потребует минимальных материальных и трудовых затрат, может быть легко освоено действующим производством без коренной ломки техно- логии и необходимости приобретения дополнительного дорогого обо- рудования и оснастки.

При изготовлении изделия не потребуются дефицитные материалы и опасные приемы работ.

Гарантируется планируемый рост производительности труда и рен- табельность производства.

При конструировании необходимо предусмотреть и обеспечить вза- имозаменяемость деталей и сборочных единиц в пределах минимальной точности их изготовления. Количество соединений, требующих высо- кой степени точности обработки, должно быть минимальным. Следует широко использовать унифицированные и стандартные элементы, из- бегать оригинальных крепежных деталей, сложных профилей и трудно- осуществимых сопряжений.

Целесообразно использовать в новых изделиях детали и узлы, кото- рые уже освоены производством. При конструировании необходимо по- стоянно учитывать функциональные и эстетические требования. У мно- гих изделий из древесины функциональные требования основываются на данных антропометрии, физиологии, инженерной психологии и гигиены. Функциональные размеры изделий мебели, музыкальных инстру- ментов и спортивного инвентаря должны быть увязаны с размерами тела

человека, его физиологическими и психологическими особенностями. Эстетические требования обусловливаются необходимостью гармо-

нического сочетания нового изделия с окружающей средой. Функци- ональные размеры изделий мебели, например, определены государ- ственными стандартами.

Исходя из этих положений, проектируемое изделие должно отвечать своему назначению в соответствии с требованиями стандартов и норм по всем показателям качества и техническому уровню. Оно должно пользоваться спросом, обладать патентной чистотой и быть конкуренто- способным на внешнем рынке.

Для соблюдения этих условий конструируемое изделие согласуется с художественным советом министерства, где оно тщательно анализи- руется на соответствие современным требованиям.

Составляется карта технического уровня, в которой дается оценка но- вому изделию по всем основным характеристикам качества, и решается вопрос о целесообразности освоения выпуска изделия производством.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: