榫卯結構在機械領域會不會有所建樹?

其實挺期待古代工藝能在現代大放異彩的,那樣就不至於失傳,小小的想法。


如果榫卯用於傳遞轉矩,這不就是「鍵連接」嗎?如常見的平鍵、花鍵。榫卯等於是把「鍵槽」和「鍵」直接做到工件本體上,但萬一榫卯被做壞了,整個工件也廢了。現在我用標準的銑刀做出鍵槽,鍵也是標準件,隨時可以裝卸、互換。

如果榫卯用於承受剪力,不就相當於「銷連接」嗎?如定位銷。有的銷是圓柱有的帶錐度,定位牢靠。

追求強度的話,還有螺紋連接。

在不需要拆卸的地方還能焊接。

如果結合處需要密封,可以用密封圈,榫卯做不到只靠精密的配合來防滲漏。

工業標準化是有它的道理的。


之所以現代機械沒有古代的榫卯結構,主要是由於批量成產,加工,換裝成本導致的,而且榫卯結構本身存在大量應力集中的現象,不適用於目前工業機械,估計也就民用的金屬生活用品,可以考慮作為一個噱頭。尤其是現在工業機械領域,對於材料的拉伸,壓縮,疲勞抗震等需求較高,使用榫卯結構對於材質或者金屬加工工藝要求過高,所以才捨棄。

但也不是完全捨棄,比如齒輪銷,也是個標準的榫卯構件,它就被發揚光大了。此外由於加工精度和工藝的提升,產生了更高效的——譬如螺紋構件。螺紋也可以視為廣義上的榫卯構件,這個構件現在到處都是,礦泉水瓶口上都是一個標準的螺紋構件,但是對於古代手工業的加工精度來說,這實在是太複雜了。


傳統的這種木工結構再精妙,也是基於木頭本身而言。請想一想當把木頭換成鋼筋水泥的時候,整個造房子的土壤和考慮條件都變化了。這種精妙的結構也無依附之地。

被具有更高效率,更好成本的東西替代了,這也許才是傳統手工藝日趨小眾的原因。但是小眾也有好處,價格高呀!多少新中式傢具以這樣的噱頭賺了白花花的銀子。

因為,生活審美和效率無關。所以,當蘋果反其道而行,把一塊鋁板雕成個中框,製造出與眾不同的手機邊框質感時,才有了跟風的一塊鋁板的藝術之旅。


哎吆,這問題有點意思哈,問題慢慢捯飭,先寫一點

一,什麼是卯榫結構?

感覺問這個問題會遭鄙視啊,但是,好像業界並沒有一個範圍精確的概念,那麼我是不是可以理解為:「通過自身形狀進行連接構成單一構件的連接都是卯榫連接」?

關鍵詞:自身形狀 不依賴連接件 單一構件

如果是這樣的話,那就多了去了

1.型面連接

一些受力或者扭矩比較大的部件上,常採用型面連接,這樣的連接不會減小危險截面面積

2.卡扣連接

最常見的就是拆手機的時候,聽到的「咔、咔、咔」的聲音,都是卡扣連接

3.燕尾槽

有沒有感覺很眼熟,跟木工上的梯形卯榫結構是類似的,但機械上的有的是活動件(燕尾槽導軌),有的是固定件(空氣錘)

二、為什麼機械上的固定連接大多不採用傳統的木工連接結構?

很簡單

1、加工費貴還不結實

2、安上就甭指望拆下來了,零件失效了我怎麼換?


不看好,那種結構畫圖紙標尺寸公差各種東西太費事了。


有的,例如在3D列印時會用到。

在需要列印大型零件時往往會發現零件尺寸超出印表機,這時一個合理的解決方案就是使用榫卯結構重新設計零件,將大型零件拆解成小型零件。

這樣做在很多情況下會有非常不錯的效果。

當然這個方法也是有局限性的,僅提供一個思路。


榫卯結構的作用是保持各零件間的相互位置關係,實際承受的力量很小,不會傳遞很大的力量。

椅子能夠承受200斤的美女,靠的是椅子腿的支撐,榫卯結構的作用只是扶正椅子腿而已。這裡就像你扶著80歲的美女過馬路,你扶著美女不倒所用的力量比你抱著她的力量小多了。

榫卯結構中大多有內凹尖角,在傳遞力量的時候會產生很大的應力集中而撕裂榫卯結合處。

傢具建築中零件的受力情況與機器中的有很大的不同,沒有拉,彎,轉這些力,可以用榫卯連接,只是連接連接而已


有啊。高鐵上用到的螺栓採用傳統的彈墊緊固件的話,其在高鐵本身震動的動態中會鬆脫。這就需要自鎖式的螺栓,目前能滿足此要求的螺栓貌似只有日本一家企業能做,其原理就是隼卯越拉越緊的原理。

中國的高鐵取得了令世界刮目相看的成績,然而,小小的螺母卻不得不採用進口的,那就是只有45名員工的小企業日本哈德洛克(Hard Lock)工業株式會社的永不松的螺母。不少國產的螺絲螺母很松,經常崩牙斷裂。進口日本的螺絲能把國產扳手扳斷,卻依然完好!

高鐵運營時,高速行駛的列車和鐵軌不斷接觸,形成的震動非常大,一般的螺絲在這種震動中會被震松震飛。不想被震飛,那麼就需要螺絲和螺母絲絲入扣,永不鬆動才行。這個要求看起來很簡單,但是要滿足它並不容易。你想,世界上做螺絲螺母的企業可以說是多如牛毛,但是能生產這種永不鬆動的螺母的企業有幾家呢?只有一家。這就是哈德洛克工業株式會社。

其實,哈德洛克工業株式會社的社長若林克彥早在1961年就發明了不會迴轉的螺母U螺母。那是參加工作5年後,若林參觀了大阪的一次國際工業產品展會,他在從展會中拿回的一袋子資料和樣品中得到了靈感。就在這些資料樣品中有一種防迴旋的螺母吸引了若林的注意力。若林看到了這種螺母的市場潛力,但是這種螺母結構複雜,價格很高,就想用更簡單的結構來代替這種複雜的防迴旋螺母。最終功夫不負有心人,沒多長時間,若林就開發出了一種結構簡單的防迴旋螺母。

28歲的若林把這種防迴旋螺母命名為U螺母,並為此創立了一家公司來生產和銷售這種螺母。這是若林創立的第一家公司——富士精密製作所。若林開發出這種防迴旋螺母只用了1個多小時,但是把它推廣到市場上卻用了兩年多的時間。

隨著銷售額的增加,若林的信心也大為增加,打出「絕不鬆動的螺母」廣告。沒想到這句廣告詞給若林帶來了麻煩。裝配在挖掘機和打樁機上的U螺母因為震動太大而出現了鬆動的現象。一些客戶就來起訴。當時富士精密製作所每月銷售已經達到1億日元,出現鬆動的現象並不普遍,公司的很多人把那句「絕不鬆動的螺母」也僅僅當做一句廣告詞來看待,所以並沒有把這些起訴當回事。但是若林不這麼想。他說既然公開聲明這種螺母是絕不鬆動的螺母,那就應該做得在任何條件下都不會鬆動。可是這點能做到嗎?合作夥伴都持懷疑態度。

為了堅持自己的信念,若林不得已離開了自己創立的公司,帶走的只是U螺母的專利。1974年,若林為了生產絕不鬆動的螺母又開始白手起家創立了第二家企業——哈德洛克(HardLock)工業株式會社。

若林從古代木結構建築中的榫頭上得到靈感,發明了螺母中增加榫頭的永不鬆動的螺母。但是等待他的竟然是和第一次創業時一樣的漫長而痛苦的推廣之路。由於這種HardLock螺母的結構比一般螺母複雜,成本也高,所以銷售價格比普通的螺母要高30%左右。這成了這種螺母推廣的最大障礙。

在HardLock螺母沒有銷售額的時候,這家新公司除了靠U螺母的專利費之外,若林還不得不做一些其他工作來維持這家公司的運營。終於有一家鐵路公司採用了若林的產品,證明了這種絕不鬆動螺母的實力。鐵路公司非常需要耐震防松的螺母,而日本鐵路公司又非常多,這給若林的新公司帶來了發展機會,日本最大的鐵路公司JR公司最終也採用了HardLock螺母,並且全面用於日本新幹線。

HardLock螺母成了全世界唯一的絕不鬆動的螺母,不僅在日本得到廣泛使用,而且在世界各地的主要橋樑和建築物中也可以看到這種螺母的存在。當然,hardlock螺母的成功也會吸引很多的模仿者進行模仿。實際上hardlock螺母的原理結構都是比較簡單。雖然模仿者很多,但成功者幾乎沒有。這就是技術的關鍵。雖然你知道這種加榫頭的螺母的原理和結構,可是你就是生產不出絕不鬆動的螺母。這就是人家的拿手絕活。

從上面的介紹來看,好像這種螺母的發明並不困難,推廣倒是很困難的事。實際上這是一種錯覺。發明這樣結構的螺母的確不是很難,但是,真正地把這種發明變成實實在在的絕不鬆動的螺母,還是需要在使用中不斷地改進。從這家公司的設立到日本最大的鐵路公司的全面使用,若林用了近20年的時間。這個20年中的不斷技術改進,才使HardLock螺母成了世界上唯一的絕不鬆動的螺母。

哈德洛克公司在網頁上特地注了一筆:本公司常年積累的獨特的技術和訣竅(knowhow),對不同的尺寸和材質有不同的對應偏芯量,這是HardLock螺母無法被模仿的關鍵所在。看見了吧,人家把這種螺母的原理和結構都明白地告訴你了,但是實際的生產還需要特殊的經驗,這就是技術,這就是訣竅(knowhow)。沒有這種技術,你就是看懂了這種螺母的原理,也無法生產出來。日本的很多企業都有這種你怎樣學也不會的獨一無二的技術。(轉自搜狐社區/軍情觀察)

偏心干涉自鎖堆疊螺母。就是這種結構!重點是加工技術和各個參數的配合!

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他們做的介紹資料也很有日本特色!

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工作原理見附件

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這篇文章在中國機械社區貼出後,引起了社友們的熱烈討論,下面摘編幾條社友的回復:

日本人做事的認真和鑽研精神在可見的未來都值得我們中國人學習!

再小的東西都深入挖掘,這就是日本人和德國人。

做好一個小小的螺母,你也可以發家致富,好多人都說有資金找不到投資的項目,那是假的。總想著投機取巧的項目去賺大錢是行不通的,也不是長久之計。

現在的中國企業注重的只是賺錢,而不是做品牌和質量!等我們國家有一批人把塑造品牌和質量放在第一的位置,相信我們的產品在全世界得到極大認可的時候就到了!

今中國缺少這種鑽研精神,多的是浮躁和短視。


很多機床的都是卯榫結構。不是發揮作用,而是已經發揮了作用。


大多數榫卯都不適用於現代機械工程。

假設用榫卯結構來做機械結構設計,會遇到以下幾種類別,截圖來自榫卯app

1加工工藝性差不適合使用的

這類榫卯結構缺點在於不符合現代工藝原則,加工複雜,遠不如用螺紋連接或緊固件方便。

2可以借鑒使用的

這類結構在現在機械中比較常見,但是通常也會配合其他緊固件或結構使用。

3可拆分加工使用的

圖中的小楔塊如果需要精加工,可以做成獨立鑲件,把工作面磨好後再裝進去。

榫卯的類型不勝枚舉,現代的工程師可以從中借鑒的東西也很多。但為什麼沒有被廣泛用於現在機械設計中呢?

在沒有現代緊固件,僅靠銷、釘、膠等連接手段的古代,純手工製造的傳統榫卯既能起緊固連接作用,又能兼具美觀,不得不驚嘆於古人驚人的智慧。

自古以來只能靠師傅帶徒弟言傳身教式的傳授才能得以流傳下來,正是因其複雜的結構需要匠人的巧手來打磨,這一點與現在機床加工格格不入,所以榫卯一直還停留在純手工製造。

現在更適合用欣賞藝術品的眼光來欣賞這些匠人的心血。


呃,我是來找噴的。

有些東西,既然進步了,發展成新面貌了,舊的該捨棄就捨棄掉吧,中國人骨子裡面總有一種崇拜,神醫總在山區農村躲起來。古人工藝現在無法重現等等說法。

木工結構有它的優點,同質膨脹率一致結構不變。問題是工業機械設備裡面,結構連接的材料大多不是同質,車間各種惡劣的環境與操作方式,出來的問題千奇百怪。還不如上兩顆六角,點兩筆紅油漆來得有效率,起碼不用擔心差了那麼幾個C,要麼拆不出,要麼裝不上的問題。


榫卯是一種拼接方式而已,其實你也可以將螺絲理解為榫卯;


不會,榫卯結構很多都是過盈配合,簡單來說是互相擠一起的,如果金屬結構也這麼設計,我保證車間的人會打死你的,因為根本塞不進去的。

裝好之後也無法檢查是不是裝好了,特別是螺絲,裝好還可以用扭力扳手來檢查,榫卯結構除了看看還有別的什麼方法來檢查嗎。最後一點,無法拆卸,這樣的機器拿來什麼用呢……


螺絲難道不是嗎?


其實好多地方都在用,沒用的主要是是在不適合用在機械上。

槍械用的比較多,在分解92手槍和95步槍是會發現好多設計巧妙的榫接,這也是由於槍要經常分解擦拭的原因吧。槍的圖就不上了。你懂的。

另飛機的葉片根部那塊就是叫榫頭。類似於燕槽。以前實習時師傅讓對著葉片的加工圖看了好久…

推薦個APP,《榫卯》

這種結構在機械方面就不實用了,直接掰彎豈不更好。

還有這,焊接就好。


在機械中不用鉚釘的連接方式大多是榫卯,在建築上鋼筋水泥使用榫卯是上不可能了


不太好。僅僅靠自鎖來維持連接,在機械運動件連接上可靠性非常差。


槍械算不算?


因為木材延展性差,可塑性差,才發明了榫卯結構,你看古代的金屬器榫卯其實也是用的不多的。現在有用也多半是為了方便拆卸。不能為了發揚而發揚嘛


這種東西看看還行,不適用於大規模機械生產


很多非焊接部分是採用燕尾槽,滑槽,卡槽等結構,最早的木製機械對現代金屬機械是有原型意義的。也是卯榫的結構體現。具體到現代傢具,主要連接是打孔加圓卯結構。甚至採用金屬錨栓,更適用於板材符合材料。也能創造出富有藝術氣息的傢具。未來傢具的趨勢更傾向於私人定製,批量化會受到衝擊。因此手工是有市場的。這與國人逐步改善的審美及價值觀有關係。


傳統榫卯適用於靜態受力,機械結構是動態受力,並不是一個概念。


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