中小学创客与社团科技创新制作活动辅导训练系列资料二十四
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1、中学社团科技创新制作活动辅导训练系列资料二十四主编：他山语轻质木承重结构的设计与制作通过前面文章，大家对承重结构的设计制作已有了不少感性认识，轻质木承重结构的设计制作与A4纸承重结构有很多类似相通的地方。大家需要做的主要也是进行柱、梁以及拉杆这些构件的大小形状、相互间的组合形状，以及相互间的连接方式的设计与制作工作。目前，轻质木承重结构的设计制作比赛分为两种情况，一种是要求现场完成结构的设计、制作及测试；另一种则要求场外提前设计制作好结构，现场只做承重测试及其他方面的表演展示比赛。对于前一种比赛，时间短，对结构的设计要求相对简单，制作通常只能凭借现场提供的基本工具与胶水来完成；对于后一种比赛，活动时间长达数月时间，结构的设计要求则较为复杂，除了承重要求以外，还另外有可折叠、翻滚、两次承压、释放玻璃球等方面的技术设计要求，胶结通常需要借助模具来辅助完成。本文就后一种轻质木承重结构的承重设计与制作方面的相关内容作一些介绍。 轻质木承重结构的设计 与A4纸承重结构一样，轻质木承重结构的柱不能设计的太细，根据柱主要承受轴向压力的特点，选取木条时，还应注意木条的纹理走向。木材的内部纤维组织在不同
2、的方向具有不同的力学性能，当受力方向与木纹方向相同时，它的强度极限要比受力方向与木纹垂直时大数倍。梁主要承受由载荷压力引起的弯曲应力作用，长细比越大，越容易弯曲，因此，梁不能设计的太长太细。拉杆可适当设计的细一些。构件的组合形状设计应根据赛题的要求进行设计，与A4纸承重结构一样，结构应多搭建三角形的造型来加强结构的强度、刚度与稳定性，柱可以采用1根、4根、8根的组合形式胶接起来，另外不要设计太多的节点，节点是受力最复杂的地方，也是最容易破坏的地方，节点越多，越不好控制。节点连接采用榫接与胶结方式。轻质木承重结构的物化制作 在赛场上，一个十几克重的轻质木承重结构，要能承载高达数百公斤的砝码重量，除了需要重视轻质木材料与胶水的选取，结构设计的新颖、合理、科学以外，严格按照程序步骤进行物化制作，也是非常必要的。轻质木承重结构的物化制作通常是按照选料、制模、构件制作、胶接、修正、检测等步骤流程来进行的。（1）选料选材时，大家需要考虑木条的比重、湿度、纹理等因素，上好木条的木纹通常直而细密，无斜纹、曲纹和疤结。顺木纹的木条适合做承压杆柱。（2）制模设计方案定下来后，应先画出图纸，然后根据结构中心开放区的尺寸，用ABS塑料板，制作胶接组合模具，以达到结构的对称与垂直要求。（3）构件制作选好桐木条后，先用直尺量取所需尺寸，用铅笔做好标记，再截取杆件，制作胶接接头。胶接接头的设计制作原则是增大胶接面积，提高接头抗冲击与抗剥离的能力。做好接头后，还应对胶接面进行打磨，因为材料的胶接表面状况会直接影响到胶接的质量，表面粗糙度过高或过低都会降低胶接的强度。（4）胶接根据比赛要求选取胶接胶水，胶接时应先胶接立柱，再胶接拉杆，最后组合梁所在的顶面。另外，轻质木承重结构的的胶接主要用于木条的拼接及榫头和榫孔的胶合，在操作时，除了需要掌握好涂胶量、晾置和陈放、压紧、操作温度、粘接层的厚度这五个方面以外，还需要做好胶接表面的处理，以及杆件间相互平行与垂直的把握等基础性工作。（5）修正胶水固化后，才可以对结构进行修正。修正尺寸可用刀和砂纸等在钳工平台或平整的玻璃板上进行。（6）检测对结构的承重检测可参照竞赛形式进行，做好数据记录。测试结束后，对测试结果及作品损坏情况进行科学分析，查找原因，总结经验教训，以便下次提高成绩。4
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