Основные принципы соединения древесины
Вы, наверное, уже слышали о деревянных домах, которые раньше строились в холмистой местности без единого гвоздя. Строительство таких домов требовало большого терпения и умения собирать детали. Пример тех домов показывает нам, что деревянные детали можно «подгонять» таким образом, чтобы они плотно прилегали друг к другу и в то же время прочно стояли. Мы также можем применить это в случае, когда соединения закреплены: гвоздями, шурупами, клеем, холодным клеем и т. д.
Клепка (рисунок 1, деталь 1) хорошо удерживает соединение только в том случае, когда оно выполняется двумя гвоздями. Это также относится к соединению, выполненному с помощью шурупов. Вокруг одного гвоздя или шурупа детали можно проворачивать, как вокруг булавки.
Деревянные соединения
Перекрытие и краевые соединения
Самый простой способ соединения древесины – это соединение внахлест, когда два материала складываются друг на друга, а соединение шпаклюется, закрепляется гвоздями или шурупами (рисунок 1, деталь 2a). Соединение будет более прочным, если с каждой детали снять по диагонали по одному слою так, чтобы получилось наклонное Z-соединение (рисунок 1, деталь 2b). Если на стык будет оказываться давление в направлении стыка, то лучше снять с каждой детали по стыку половину толщины и выполнить стыковку по рисунку 1, деталь 2c. Это соединение может надежно удерживать даже один винт, а скольжение соединения предотвращает порез.
Рисунок 1 — Клепочные и основные соединения внахлестку, кромку и паз-гребень.
Зубчатый клапан образует прочное растягивающееся соединение без использования винтов. Недостаток этого соединения в том, что соединить две детали можно только сбоку (рисунок 1, часть 2d).
Для более крупных деталей безопаснее соединять с помощью кромочного паза или шпунта и паза (рисунок 1, деталь 3). Для выполнения соединения на одной детали формируют шпунт, а на другой - паз (такие виды соединений встречаются с деревянными полами или паркетом). При таких соединениях подгонка должна быть точной, а детали должны быть точно обработаны с помощью долота, пилы и профильного рубанка. Таким образом крепится планка с твердым краем рядом с чертежной доской.
Легче соединение кромка-надрез, при котором обе детали имеют одинаковые надрезы. Там нужно сделать только кромочный надрез с помощью профильного рубанка.
Соединения с деревянными дюбелями
Соединение деревянными дюбелями (рисунок 2, деталь 1) выполняется деревянными дюбелями круглой или квадратной формы. Такие соединения можно увидеть на столах и стульях. У круглых заглушек, которые распиливаются или изготавливаются на токарном станке, во второй части соединения сверлятся отверстия. Можно просверлить отверстия в обеих частях стыка и сделать заглушки отдельно из твердой древесины. Важно, чтобы в соединении было не менее двух заглушек (вокруг одной заглушки есть возможность вращения материала, как вокруг какого-нибудь вала) и чтобы отверстия были глубже длины заглушек. В противном случае заглушка упирается в дно отверстия и затянуть соединение невозможно.
Заглушку, сделанную с помощью долота (рисунок 2, деталь 2), сделать сложнее, как и необходимое отверстие для нее, но для соединения с заглушкой, изготовленной таким способом, достаточно всего одной заглушки. Его изготавливают в тех случаях, когда деталь не должна вращаться вокруг своей оси. Следует позаботиться о том, чтобы вокруг отверстия была достаточная толщина, чтобы деталь не сломалась под нагрузкой.
Рисунок 2 — Соединения с деревянными дюбелями, типа «ласточкин хвост» и шпунт-паз.
Ласточкин хвост, перо и паз
Для соединения более длинных частей по бокам применяется трапециевидное соединение (соединение «ласточкин хвост») (рисунок 2, деталь 3). Изготовление этого соединения требует большого терпения и хорошего инструмента. Используется при соединении полок. Основным недостатком этого вида соединения является то, что соединение можно выполнить только сбоку. «Ласточкин хвост» должен войти в паз, поперечный направлению волокон, иначе произойдет надрыв, поломка соединяемой детали.
Более короткие детали соединяются с шпунтом и пазом (изображение 2, деталь 4). Более короткие стыки здесь сделаны так же, как и в пафосных досках, только здесь они короче. Модифицированной формой этого соединения для соединения более длинных деталей является зубчатое соединение (рис. 3, деталь 1).
Рисунок 3 — Зубчатое соединение, угловые соединения и штекерно-штифтовое соединение.
Угловые и разъемные соединения
Для угловых соединений применяется косая форма соединения шпунт-паз (рисунок 3, деталь 2) или треугольная заглушка с углублением в пазе или прикрепленная снаружи треугольная арматура (рисунок 3, деталь 3). В основном его используют для изготовления рамок для фотографий.
Соединения, которые можно без труда разобрать, выполнены с помощью заглушки и штифта (рисунок 3, деталь 4). Их можно затягивать и разбирать по желанию.
Если по какой-либо причине мы не можем выполнить соединение «заглушка-штифт», то прочное соединение можно добиться, вбив дюбель из твердой древесины под углом между 2 и 5° или металлический штифт в предварительно вставленную в отверстие заглушку (рисунок 4, деталь 1). Клин расширяет пробку и тем самым укрепляет соединение. Примером такого соединения является прикрепление головки молотка к рукоятке. Заглушка должна стоять лезвием перпендикулярно направлению волокон как в отверстии, так и в заглушке, иначе вместо крепления стык может треснуть.
Распределение нагрузки
Опора и передача усилий в балках
Наконец, мы покажем несколько примеров самонесущей конструкции. На рисунке 4, части 2, вы можете увидеть наклонную балку. Выдавленная таким образом балка не будет соскальзывать с колонн, а силы, возникающие в опорах, перпендикулярны продольной оси и не вызывают наклона колонн.
Рисунок 4 — Крепление заглушки клином и передача усилий в соединениях балок.
Изображение 4, деталь 3, показывает наклон наклонной балки на горизонтальную. При таком соединении косая сила делится на горизонтальную и вертикальную. Вертикальная сила действует на горизонтально расположенную балку, а горизонтальная сила действует на «нос» балки. Формируя соединение таким способом, мы должны следить за тем, чтобы «нос» горизонтальной балки был достаточно прочным, чтобы он не сломался от горизонтальной силы или даже не соскользнул и не обрушил всю конструкцию.
Самонесущая дверная конструкция
На рисунке 5 показана «нагрузочная» и «самонесущая» конструкция двери. (Самонесущая – это конструкция, которую не нужно укреплять, держать отдельно.)
Рисунок 5 — Деформация и усиление двери с помощью диагональной доски или стального троса.
На фото выше видно, что из-за веса двери петли деформируются (дверь опускается). Верхний кронштейн выдвигается, а нижний прижимается к стене.
На средней картинке показано, как можно сделать дверь самонесущей, нажав на нее. Вес двери принимает на себя усиленная диагональная планка Z, поэтому нам приходится соединить ее с верхней и нижней планками носовым выпуском, чтобы предотвратить скольжение. На рисунке ниже показана самонесущая конструкция при вытягивании стального троса.
Точное изготовление деревянных соединений
Важно изготовить стыковочные детали из дерева как можно точнее, т.е. чтобы заглушка точно входила в отверстие, зуб в отверстие для зуба и т. д. Чтобы этого добиться, надо либо точно измерить и разметить, либо воспользоваться специальным инструментом, либо изготовить шаблон или… и т. д. Однако самое простое решение — сначала изготовить одну деталь, а затем использовать ее в качестве шаблона для разметки другой детали. Таким образом, хотя первая изготовленная деталь не является самой точной, вторая деталь будет соответствующим образом скорректирована (изображение 6).
Изображение 6 — Перенос измерений с первой части соединения на вторую для точной подгонки.