Шиповые соединения

Простейшее столярное соединение можно представить как соединение шипа в гнездо или в проушину (рис. 1). Шип — это выступ на торце бруска (рис. 2), гнездо — отверстие, в которое заходит шип. Шиповые соединения делятся на угловые концевые, угловые серединные и угловые ящичные.

В практике столяров-любителей очень часто встречаются угловые концевые соединения. Для расчета элементов таких соединений служат рис. 3 и таблица.

Предположим,  необходимо рассчитать соединение на «ус» со вставным сквозным плоским шипом (УК-11). Толщина соединяемого бруска известна (пусть s0 = 25 мм). Тогда, взяв этот размер за основу, определяем размер s1. Согласно таблице, s1 = 0,4 мм, s0 = 10 мм.

Возьмем соединение УК-8. Пусть диаметр нагеля будет 6 мм, тогда l (выбираем среднее значение — 4d) составляет 24 мм, а l1 = 27 мм. Соединения нагелями делают симметрично друг к другу и по отношению к плоскости детали, поэтому, согласно рис. 3 з, расстояние от центра отверстия под нижний нагель до центра отверстия под верхний нагель будет не менее 2d, или 12 мм; такое же расстояние и от центра отверстия нагеля до конца соединяемой детали.

На рис. 4 показаны схемы угловых серединных (тавровых) соединений, для которых при расчете необходимо соблюдать следующие основные размеры шипов и других элементов: в соединениях УС-1 и УС-2 допускается применение двойного шипа, при этом s1 = 0,2s0, l1 = (0,3…0,8) B, l2 = (0,2…0,3) В1; в соединении УС-3 s1 = 0,4s0, s2 = 0,5 (s0 — s1); в соединении УС-4 s1 = s3 = 0,2s0, s2 = 0,5 Х [ s0 — (2s1 + s3)]; в соединении УС-5 s1 = (0,4…0,5)s0, l = (0,3… 0,8)s0, s2 = 0,5 (s0—s1), b ? 2 мм; в соединении УС-6 l = (0,3… 0,5)s0, b ? 1 мм; в соединении УС-7 d = 0,4 при l1 > l на 2… 3 мм; в соединении УС-8 l = (0,3…0,5) B1, s1 = 0,85s0.

Размеры шипов и других элементов угловых концевых соединений

Примечание. Размеры s0, B и B1, известны в каждом конкретном случае.

Рис. 1. Простейшие шиповые соединения: а — в гнездо; б — в проушину; 1 — шип; 2 — гнездо, проушина.

В угловых ящичных соединениях шипы повторяются многократно. В основном применяются три вида таких соединений: на шип прямой открытый (см. рис. 3, а); на шип открытый «ласточкин хвост» (см. рис. 2, д); на открытый круглый вставной шип — нагель (см. рис. 3, з).

Рис. 2. Виды шипов: а — одинарный; б — двойной; в — многократный; г — круглый; д — «ласточкин хвост»; е — односторонний «ласточкин хвост»; ж, з — зубчатые.

Часто пользуются способом соединения в шкант (нагель). Шкант — это цилиндрическая палочка из березы, дуба и т. д. Она ровно выточена и забивается в заранее просверленные отверстия — каналы, предварительно смазанные клеем. Отверстия под шканты делают в обеих деталях сразу. Шкант должен входить в отверстие туго, при помощи ударов киянки. Сверло для подготовки отверстий должно соответствовать размерам шканта. Для уменьшения диаметра шканта применяют шлифование наждачной бумагой или драчёвым напильником (риски делают не поперек, а вдоль шканта).

При выборе соединения необходимо учитывать прежде всего характер и величину нагрузки, а также то, как соединение будет сопротивляться нагрузке. Например, при соединении полки шкафа впритык со стенкой вся нагрузка будет ложиться на шурупы или шканты. Сила, с которой изделие   (полка)   давит   на   них,   заставляет   их   сопротивляться поперечному срезу и излому. Следовательно, нагрузку здесь делают небольшую. Целесообразнее в этом случае под полочку установить деревянную рейку, плотно привинтив ее к стенке шкафа. Нагрузка увеличится, но увеличится и сопротивление ей за счет не только шурупов, но и трения между рейкой и стенкой шкафа. Значительно большую нагрузку можно допустить, если полку врезать хотя бы на небольшую глубину в массив стенки; при этом нагрузку будет воспринимать сама мебельная стенка.

Рис. 3. Угловые концевые соединения: а — на шип открытый сквозной одинарный — УК-1; б — на шип открытый сквозной двойной — УК-2; в — на шип открытый сквозной тройной — УК-3; г — на шип с полупотемком несквозной — УК-4; д — на шип с полупотемком сквозной УК-5; е — на шип с потёмком несквозной — УК-6; ж — на шип с потёмком сквозной — УК-7; з — на шипы круглые вставные, несквозные и сквозные — УК-8; и — на «ус» со вставным несквозным круглым шипом — УК-9; к — на «ус» со вставным несквозным плоским шипом — УК-10; л — на «ус» со вставным сквозным  плоским шипом — УК-11.

Рис. 4. Угловые серединные соединения: а — на шип одинарный несквозной — УС-1; б — на шил одинарный несквозной в паз — УС-2; в — на шип одинарный сквозной — УС-3; г — на шип двойной сквозной — УС-4; д — в паз и гребень несквозной — УС-5; в — в паз несквозной — УС-6; ж — на шипы круглые вставные несквозные — УС-7; з — на шип «ласточкин хвост» несквозной — УС-8.

Из сравнения сопротивлений двух соединений (в полдерева с шурупом и в «ласточкин хвост») видно, что соединение в «ласточкин хвост» выдерживает нагрузку в три раза большую, чем соединение в полдерева с шурупом. Исходя из этого и ряда других примеров, можно сделать следующие выводы о целесообразности применения тех или иных соединений: столярная вязка должна быть выбрана в соответствии с величиной и направлением нагрузки на соединение; нагрузка должна восприниматься непосредственно самой конструкцией изделия (дополнительными креплениями могут быть шуруп, металлический угольник, шкант и т. д.); вязка с зазорами не допускается.

Склеивание следует производить только подготовленными поверхностями: чем шероховатее, например, поверхность шканта, тем надежнее он склеится с массивом.