Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2010, 58(5), 321-328 | DOI: 10.11118/actaun201058050321

Numerická analýza ozubového spoje vyrobeného CNC technologií

Václav Sebera1, Milan Šimek2
1 Ústav nauky o dřevě, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika
2 Ústav nábytku, designu a bydlení, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika

Cílem práce je parametrizace a numerická analýza mechanických vlastností otevřeného ozubového nábytkového spoje, vyrobeného specifickým postupem pomocí tříosého CNC obráběcího stroje. Otevřený ozubový spoj je klasický nábytkový spoj, který se vyznačuje vynikajícími pevnostními vlastnostmi. Specifičnost konstrukce spoje, zajišťující samosvornost a následně výraznou pevnost, spočívá v náročnosti technologie výroby. Na tomto rohovém spoji byly provedeny simulace ohybového namáhání spoje v úhlové rovině - tlakem. Byly vyhodnoceny deformační pole, pole napětí, tuhost a ohybový moment spoje. V konečně-prvkovém systému ANSYS byly pro tento účel vytvořeny dva parametrické numerické modely daného spoje. První představuje dokonale tuhý spoj - oba díly spoje jsou slepeny dohromady. Druhý model zahrnuje navíc kontakt mezi díly spoje. Na tomto numerickém modelu byla sledována odezva tuhosti spoje na změnu statického součinitele smykového tření. Výsledky obou modelů byly porovnány jak mezi sebou navzájem, tak i s obdobnými analýzami z výzkumu demontovatelných nábytkových spojů. Uplatnění výsledků spočívá v možnosti komplexního navrhování složitějších nábytkových výrobků s vyššími požadavky na pevnostní charakteristiky, jako je tomu například u sedacího nábytku. Tento předpoklad je podmíněn korekcí sestavených parametrických modelů experimentálními zkouškami.

nábytek, ozubový spoj, numerická simulace, mechanické vlastnosti, CNC technologie

Finite element analysis of dovetail joint made with the use of CNC technology

The objective of the paper is the parametrization and the finite element analysis of mechanical properties of a through dovetail joint made with the use of a specific procedure by a 3-axis CNC machine. This corner joint was used for the simulation of the bending load of the joint in the angle plane - by compression, i.e. by pressing the joint together. The deformation fields, the stress distribution, the stiffness and the bending moment of the joints were evaluated. The finite element system ANSYS was used to create two parametric numerical models of the joint. The first one represents an ideally stiff joint - both joint parts have been glued together. The second model includes the contact between the joined parts. This numerical model was used to monitor the response of the joint stiffness to the change of the static friction coefficient. The results of both models were compared both with each other and with similar analyses conducted within the research into ready-to-assemble furniture joints. The results can be employed in the designing of more complex furniture products with higher demands concerning stiffness characteristics, such as furniture for sitting. However, this assumption depends on the correction of the created parametric models by experimental testing.

Keywords: furniture, dovetail joint, numerical simulation, mechanical properties, CNC technology
Grants and funding:

The research was supported by the Research Plan of Faculty of Forestry and Wood Technology (FFWT), Mendel University in Brno - ZA4501516 and the Internal Grant Agency of FFWT within project IG 490411.

Received: March 29, 2010; Published: August 6, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Sebera, V., & Šimek, M. (2010). Finite element analysis of dovetail joint made with the use of CNC technology. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 58(5), 321-328. doi: 10.11118/actaun201058050321
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. BEJO, L. et al, 2000: Friction coefficients of wood-based structural composites. Forest Products Journal. Vol. 50, No. 3. pp. 39-43.
    2. ČERNOK, A., JOŠČÁK P., LANG M., 2004: Výpočtový model kolíkového spoja. In: Nábytok 2004, Drevárska Fakulta, Technická Univerzita vo Zvolene, 12 pp.
    3. NUTSCH, W., 2003: Konstrukce nábytku, nábytek a zabudované skříně. Grada publishing Praha, 400 pp. ISBN 80-247-0220-7.
    4. HIGHETT, C. G., 1987: The equivalent orthotropic elastic properties of plywood. Wood Science and Technology 21: 335-348, Springer -Verlag. Go to original source...
    5. JOŠČÁK, P., 1999: Pevnostné navrhovanie nábytku. DF, TU vo Zvolene, 246 pp.
    6. KOTLÍK, B. et al., 2003: Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro SŠ a nižší ročníky víceletých gymnázií. Fragment. 288 pp. ISBN 978-80-7200-521-5.
    7. LANG, E. M., FODOR, T., 2002: Finite element analysis of cross-halved joints for structural composites. Wood and Fiber Science. 34 (2). pp. 251-265.
    8. MERIAM, J. L., 1978: Engineering mechanics volume 1 - statics. SI/English Version. John Wiley & Sons. New York. 398 pp.
    9. MIHAILESCU, T., 2003: Finite Element Analysis of mortise and tenon joint in parametric form. Transilvania University, Faculty of Wood Industry, Brasov, 145 pp.
    10. SEBERA, V., ŠIMEK, V., 2008: Kontaktní analýza a optimalizace CNC ozubového spoje v MKP řešiči Ansys. Nábytok 2008, DF, TU vo Zvolene, pp. 1-11.
    11. SUSNJARA, K., 2006: The New Furniture - How modern technology is changing the furniture and cabinet industry. Thermwood, Dale, Indiana, 210 pp.
    12. ŠIMEK, M., HAVIAROVÁ, E., ECKELMAN, C., 2010: The Effect of End Distance and Number of Ready-to-Assemble Furniture Fasteners on Bending moment Resistance of Corner Joints. Wood and Fiber Science Journal, vol. 42 (1), pp. 92-98.
    13. ŠIMEK, M., 2008: Mechanické vlastnosti nejpoužívanějších demontovatelných spojů korpusového nábytky. Doctoral thesis, MZLU v Brně, 139 s.
    14. VESELOVSKÝ, J., 1996: Nábytkové spoje z natívneho dreva. Sympózium Nábytok "96", DF, TU vo Zvolene, s. 49-58. Go to original source...
    15. ZHANG, J., ECKELMAN, C., 1993: The Bending Moment Resistance of Single-Dowel Corner Joints in Case Construction. Forest Product Journal, Vol. 43 (6), pp. 19-24.
    16. ZHANG, J., ECKELMAN, C., 1993: Rational Design of Multi-Dowel Corner Joints in Case Construction. Forest Product Journal, Vol. 43(11/12), pp. 52-58.
    17. Wood Handbook - Wood as an Engineering Material. Information on engineering with wood, properties of wood and designing with wood. September 28, 2002. Quoted on 15. 8. 2009. Available at: http://www.woodweb.com/knowledge_base/Wood_Handbook.html.

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content