工作台指南
木螺钉与导孔
导孔大小、木材密度和纹理方向共同决定握螺钉力。结合 Wood Handbook 的原则和算例,理解这些因素的影响。
光杆、螺纹小径与导孔
木螺钉由光杆部分和螺纹部分组成,螺纹根部的芯部直径称为小径。Wood Handbook 指出,多数木螺钉的小径平均约为光杆直径的三分之二;其抗拔力公式假定导孔直径在针叶材中约为小径的 70%,在阔叶材中约为小径的 90%。
下表使用 Wood Handbook 表 8-9 的光杆直径,将上述比例应用于常见美制螺钉号数。实际螺钉因厂家和牙型而异,配合要求较高时,应测量所用螺钉的小径。端部带钻头形状的自钻螺钉,设计上无需预钻孔。
| 螺钉号数 | 光杆直径 | 螺纹小径(约) | 针叶材导孔(70%) | 阔叶材导孔(90%) |
|---|---|---|---|---|
| #4 | 2.8 mm | 1.9 mm | 1.3 mm | 1.7 mm |
| #6 | 3.5 mm | 2.3 mm | 1.6 mm | 2.1 mm |
| #8 | 4.2 mm | 2.8 mm | 1.9 mm | 2.5 mm |
| #10 | 4.8 mm | 3.2 mm | 2.3 mm | 2.9 mm |
密度与握持力
木螺钉从顺纹侧面拔出的阻力,与相对密度的平方成正比。Wood Handbook 的试验公式为 p = 108.25 × G² × D × L,结果单位为牛顿;D 是光杆直径,L 是螺纹旋入深度,均以毫米计。密度增加到两倍时,握持力约增至四倍,因此在轻质松木中导致木材滑牙的螺钉,在橡木中可能牢固咬合。
这些是短时间试验测得的极限荷载,并非设计值。在高密度阔叶材中,过长的螺钉提升有限,因为螺钉自身会先被拉断。旋入端面的螺钉,平均只能承受顺纹侧面承载力的 75%,且试验结果更不稳定。
刨花板
刨花板中常见的失效是板内形成的螺纹被破坏而滑牙。Wood Handbook 给出 8 号螺钉旋入 15.9 mm 时的最大扭矩为 3.16 + 0.0096 × 密度,单位 N·m:密度 600 kg/m³ 时约为 8.9 N·m,800 kg/m³ 时约为 10.8 N·m。导孔直径为螺钉小径的 50% 至 90% 时,抗拔力没有显著差异。
适度拧紧能兼顾抗拔力和避免木材滑牙:安装扭矩从最大扭矩的 60% 提高到 90%,抗拔荷载只增加约 3%。
实际操作提示
手册指出,用肥皂润滑螺钉,可更容易地将其拧入高密度木材,对抗拔力的影响很小。预钻孔也可减少劈裂:对钉子而言,约为钉径 90% 的导孔可略微增加抗拔力,并防止或减少劈裂,对高密度树种尤其有用。
一枚 #8 螺钉(光杆直径 4.17 mm),在火炬松中旋入 25 mm 螺纹(G = 0.51):108.25 × 0.51² × 4.17 × 25 ≈ 2,935 N。在白橡木中(G = 0.68)约为 5,218 N,即约 1.8 倍。