现代红木家具中直角榫榫卯配合尺寸关系分析

2023年4月24日发(作者：超大阳台装修效果图)

第３Ｏ卷第４期

木材工业

ＣＨＩＮＡ ＷＯＯＤ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｖｄ１．３Ｏ Ｎｏ．４

２０１６年７月

Ｊｕｌｙ ２０１６

溺

现代红木家具中直角榫榫卯配合尺寸关系分析

李敏 ２，吴智慧 ，张继雷２

（１，南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京２１００３７；２．密西西比州立大学，美国ＭＳ ３９７５９）

摘要：对红木家具生产中的直角榫榫卯配合尺寸进行测量，计算并发现直角榫榫卯三维结构的公差配合规律。实测

结果显示，红木家具构件直角榫公差配合关系中，榫眼宽与榫头厚为过盈配合，与ＱＢ／Ｔ ４４５２．２０１３ 木家具极限

与配合 要求略有差异，分析产生差异的原因，提出标准修改建议。

关键词：红木家具；直角；榫卯接合；公差配合

中图分类号：ＴＳ６６４．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１．８６５４（２０１６）０４．００２９．０４

Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ Ｆｉｔ ｏｆ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｍｏｒｔｉｓｅ ａｎｄ Ｔｅｎｏｎ

ｉｎ Ｍｏｄｅｒｎ Ｈｏｎｇｍｕ Ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ＬＩ Ｍｉｎ ～，ＷＵ Ｚｈｉ。ｈｕｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉ—ｌｅｉ

（１．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＦｉｎｉｓｈｉｎｇｓ ａｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｅｓｉｇｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３７，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ

２．Ｍｉｓｓｉｓｓｉｐｐｉ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙ，ＭＳ ３９７５９，Ｕｎｉｔｔｅｄ Ｓｔａｔｅ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｍｏｒｔｉｓｅ ａｎｄ ｔｅｎｏｎ

ｊｏｉｎｔｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｏｄｅｍ Ｈｏｎｇｒｎｕ ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ ｆｉｔ ｒｕｌｅ ｆｏｒ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｍｏｒｔｉｓｅ

ａｎｄ ｔｅｎｏｎ ｊｏｉｎｔｓ ｗａｓ ｔｈａｔ ｔｅｎｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｍｏｒｔｉｓｅ ｗｉｄｔｈ ｗｅｒｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ

ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＱＢ／Ｔ ４４５２—２０ １ ３ ｆｏｒ Ｗｏｏｄｅｎ ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ—Ｌｉｍｉｔ ａｎｄ ｆｉｔ．Ｒｅｖｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ

ｓｔａｎｄａｒｄ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｏｎｇｍｕ ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ；ｒｅｃｔａｎｇｌｅ；ｍｏｒｔｉｓｅ ａｎｄ ｔｅｎｏｎｊｏｉｎｔ；ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｎｄ ａｉｆｔ

在现代红木家具生产制造过程中，受机械化和

大规模生产趋势影响，零部件榫卯的加工正逐步由

传统手工制作，转变为半机械化加工Ｌ１】。由于红木家 合关系的技术要求，以方形榫头为例，榫卯公差配

具用材的特殊性和榫卯应用的多样性，榫卯配合关

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资助项目（ＰＡＰＤ）。

系不完全同于普通实木家具，生产加工还主要依赖 榫头厚、榫眼长与榫头宽的配合。

于工人的经验，尚未形成规范通用的标准。

以往关于榫卯的研究主要集中在结构强度、功

收稿日期：２０１５－ｌ１．１２：修改日期：２０１６．０６—０７

基金项目：国家自然科学基金项目“古典木家具及木制品的修复机

理与保护方法研究”（３０９７２３０８）；江苏省高校优势学科建设工程

作者简介：李敏（１９８７一），女，南京林业大学家居与工业设计学

院／美国密西西比州立大学博士研究生。

责任作者：吴智慧，男，南京林业大学家居与工业设计学院教授，

博士生导师。

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１材料与方法

能设计等方面［２ ］，针对榫卯尺寸的配合研究相对较

少。在《木制家具制造工艺学》［６１中，列出了榫卯配

合关系研究主要包括：榫眼深与榫头长、榫眼宽与

笔者以取自某工厂的不贯通红木直角榫为例，

通过测量其三维尺寸数据，分析总结其榫卯三维公

差配合关系，并与普通实木家具配合关系对比，分

析差异缘由，对相关标准的修订提出意见。

眼为椭圆形，且需涂胶装配。因为圆形钻头较方形

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红木家具生产中，多数榫头端面为方形，而榫

第３０卷第４期

木材工业 ２０１６年７月

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Ｊｕｌｙ ２０１６

钻头，更不易劈裂木材，且不易磨损，榫卯组装时

可避免应力集中，故现行生产工艺，椭圆榫眼己逐

步代替传统的直角榫眼。本研究以直角榫头和椭圆

榫眼配合为研究对象。

１．１试材

所选榫卯构件试件，均为常用榫卯尺寸，用材

为大果紫檀（Ｐｔｅｒｏｃａｒｐｕｓ ｍａｃａｒｏｃａｒｐｕｓ）。干燥后含

水率１２％～１４％。在生产过程中木料含水率变化微小，

可忽略木材干缩湿涨对其尺寸的影响。

１．２方法

榫卯三维尺寸测量和分析的步骤如下：

１）随机从４个工位抽取四种不贯通直角榫构件

（图１），每种构件选ｌ０个样件。设计尺寸范围：

榫头长（榫眼深）为ｌ７～３０ ｍｍ；榫头厚（榫眼

宽）为８～１０ ｍｍ；榫头宽（榫眼长）为ｌ６～２０ ｍｍ。

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图１不贯通直角榫构件

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Ｆｉｇ．１ Ｂｌｉｎｄ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｍｏｒｔｉｓｅ ａｎｄ ｔｅｎｏｎ

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２）测量榫眼和榫头的三维尺寸（ｍｍ），每一维

度在两端和中间共取三组数值（图２），记录数据。

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图２直角榫三维测量图

Ｆｉｇ．２ Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ

ｍｏｒｔｉｓｅ ａｎｄ ｔｅｎｏｎ

３）数据输入Ｅｘｃｅｌ，生成三维测量的平均值，

对比设计尺寸，求出偏差。

４）根据偏差数据，分析每种形式的配合关系。

·３０·

在孔轴代号 １的基础上，对配合关系分析中涉及

到公式和代号进行如下定义：

Ａ＝Ｔ．Ｍ （１）

△一 —Ｍｍｉｎ （２）

ｎ Ｔｍｉ 一Ｍ一 △ｍｉ（３）

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Ｄ：（△ｍｉｎ，Ａ ） （４）

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其中：Ｔ代表榫眼，Ｍ代表榫头；

△／△ ／△ 分别为：公差／最大公差／最小公差，

即榫头与榫眼上下极限尺寸之间的差值。

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Ｔ／Ｔ ｘ／Ｔ ｉ 分别为：榫眼某维度尺寸／最大值／

最小值；

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Ｍ／Ｍ ｉｎ／Ｍ 分别为：榫头对应的某维度尺寸／

最小值／最大值；

Ｄ为公差带［８】’即最小公差与最大公差之间的区

域。

配合关系为：

当Ａ ｉ ＞１－０时，间隙配合：

当Ａ ≤０时，过盈配合；

当Ａ ｉ ＜０且Ａ ＞０时，过渡配合。

在过渡配合关系中，当ｌ／２（△ｍｉｎ＋△ ）＞０时，

配合关系为平均间隙，反之为平均过盈［８】。

２结果与分析

２．１榫眼深与榫头长的配合

４种直角榫构件的榫眼深与榫头长的测量尺寸

及配合关系计算结果，列于表ｌ。

表１不贯通直角榫榫眼深与榫头长配合关系

Ｔａｂ．１ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｔｅｎｏｎ ｌｅｎｇｔｈ

ａｎｄ ｍｏｒｔｉｓｅ ｄｅｐｔｈ

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第３Ｏ卷第４期

木材工业 ２０１６年７月

ＣＨｌＮＡ ＷＯＯＤ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 、 ｌ－３Ｏ Ｎｏ．４

Ｊｕｌｙ ２０１６

ＱＢ／Ｔ ４４５２．２０１３《木家具极限与配合》中没有

列出相关要求。从表１数据得出，红木家具直角榫

的榫头长一般小于榫眼深，平均配合关系为间隙配

合，避免榫头干缩湿涨或加工不精确触及榫眼底部，

形成榫肩与榫眼构件的间隙；同时，组装时施胶加

以辅助固定，并填补榫眼底部的间隙空间。

２．２榫眼宽与榫头厚的配合

４种直角榫构件的榫眼宽与榫头厚的测量尺寸

及配合关系计算结果，列于表２。

表２直角榫榫眼宽与榫头厚配合关系

Ｔａｂ．２ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｔｅｎｏｎ

ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｍｏｒｔｉｓｅ ｗｉｄｔｈ

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从表２数据得出，红木家具直角榫的榫头厚一

般大于榫眼宽，平均配合关系为过盈配合，与ＱＢ／Ｔ

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４４５２．２０１３规定的实木制品榫卯配合的一般规律为过

渡配合不一致。

这是由于红木家具木材纹理的特殊性，很少出

现平行的竖直纹理，同时木材硬度大，当榫头厚略

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大于榫眼宽时，不仅不会造成榫眼长度方向的木纹

劈裂，还可利用木材的韧性，加强榫卯接合的牢固

性。但是过盈量需保证在榫头在进入榫眼过程中， 以过渡配合为主。

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不得使榫眼产生破坏为前提【９】。

２．３榫眼长与榫头宽的配合 是生产中榫头和榫眼的加工属于粗加工，受表面粗

４种直角榫构件的榫眼长与榫头宽的测量尺寸

及配合关系计算结果，列于表３。

从表３数据得出，红木家具直角榫榫眼长与榫

头宽的配合可能为间隙或者过盈，平均配合关系为 ３结论与建议

过渡配合，与ＱＢ／Ｔ ４４５２—２０１３对实木家具的要求一

致。由于木材密度越大，最佳过盈配合量越ｄ－，ｔｍ】，

同时榫眼顺纹方向为椭圆形，两端的弧面对过盈部

分也有一定的容纳空间，不会造成劈裂。

表３直角榫榫眼长与榫头宽配合关系

Ｔａｂ．３ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ

ｔｅｎｏｎ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｍｏｒｔｉｓｅ ｌｅｎｇｔｈ

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４种直角榫的榫卯配合三维关系，汇总于表４。

表４红木家具生产直角榫实际配合关系和配合公差

ａＴｂ．４ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ａｎｄ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ

ｍｏｒｔｉｓｅ ａｎｄ ｔｅｎｏｎ ｉｎ Ｈｏｎｇｍｕ ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

在实际生产中，红木家具直角榫三个维度的配

合各不同，其中榫眼深与榫头长以间隙配合为主，

榫眼宽与榫头厚以过盈配合为主，榫眼长与榫头宽

本试验中，配合公差带波动范围偏大，其原因

糙度影响，加工精度难以保证，使得测量数据的波

动性和误差加大。

１）以工厂实际生产加工的红木直角榫为例，其

三维配合关系为：榫眼深与榫头长以间隙配合，榫

眼宽与榫头厚以过盈配合，榫眼长与榫头宽以过渡

配合为主。

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