CN114377412A - 一种板材拼接结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板材拼接结构，包括两块通过插头单元和插孔单元配合拼接的木板，再通过紧固螺钉锁紧，插头单元包括一对插头以及位于两个插头之间的预留槽；插孔单元包括与两个插头对应的插孔以及与预留槽对应的预留孔；紧固螺钉依次旋进预留孔和预留槽将拼接在一起的两块木板锁紧；木板厚度为THK，单位㎜，木板的U形抗拉强度为K，单位MPa，预留槽的槽深为L，单位㎜，紧固螺钉的长度为l，单位㎜，满足

本发明通过对拼接木板的厚度和U形抗拉强度、插头单元的预留槽槽深、插孔单元孔薄弱边厚度和孔长度以及紧固螺钉的长度等分别进行约束，使两块拼接在一起的木板具有良好的稳定性和可靠性。

Description

一种板材拼接结构及其应用

技术领域

本发明涉及一种板材拼接结构及其应用。

背景技术

木结构玩具是最近兴起的一种非常流行的手工DIY玩具，手工DIY玩具就是自己动手制作、拼接的玩具。由于木结构玩具的具有拼接特性，所以小朋友可以培养动手能力。但是拼接特性对于木结构来说也带来了一个问题，那就是拼接结构的稳定性较差，小朋友在玩的过程中难免会摔打磕碰到玩具，这样很容易造成结构损坏。

实际调查过程中也发现，对于同样的尺寸结构，拼接结构的稳定性却相差较大。经常批次性的出现，螺丝松动、结构散架或者板材开裂的情况。螺丝松动、结构散架表明结构的紧固性较差，而板材开裂说明紧固应力过大对板材造成了较大的应力。所以一个理想的拼接结构需要有足够的紧固力同时又不能对板材造成较大的结构应力，这样才能保证拼接结构的稳定性和可靠性。

经过反复的分析实验，发现主要的原因是，木板的种类很多，而且同样种类的木材，批次之间也存在较大的差异，尤其是机械特性上的差异尤为明显，因此同样的木结构的产品的结构稳定性都有可能存在较大的差异，对产品的可靠性带来很大的不确定性。本发明针对这个问题给出了一种考虑木材本身特性的拼接方式，大大提高拼接结构稳定性。

发明内容

针对现有手工DIY玩具拼接结构稳定和可靠性较差的问题，本发明提供一种板材拼接结构，包括通过插头单元和插孔单元配合拼接在一起的两块木板，两块木板通过紧固螺钉进行锁紧，其中：

所述插头单元包括一对插头以及位于两个插头之间的预留槽；

所述插孔单元包括与两个插头对应的插孔以及与预留槽对应的预留孔；

单个所述插孔为条形孔结构，所述预留孔为方孔或者圆孔，其内径小于所述紧固螺钉的外径分别大于预留槽的槽宽及预留孔的内径，所述紧固螺钉依次旋进预留孔和预留槽内将拼接在一起的两块木板锁紧；

两块木板的材质和厚度相同，木板的厚度为THK，单位㎜，木板的U形抗拉强度为K，单位MPa，所述预留槽的槽深为L，单位㎜，所述紧固螺钉的长度为l，单位㎜，满足：

进一步地，每个所述插孔与所在木板边缘形成的孔薄弱边厚度为h，单位为㎜，每个所述插孔的孔长度为lh，单位㎜，满足：

进一步地，所述预留槽和预留孔的内壁上均设有若干凸棱，凸棱的密度为T，单位为1/㎜，每个凸棱的平均高度为F，单位为㎜，满足：

0.1<T*F<7.2。

本发明还提供上述板材拼接结构的应用，具体应用于木结构手工DIY玩具。

进一步地，将本发明应用于一种黑白棋子自动分拣装置，所述黑白棋子自动分拣装置包括正面开口的箱体，所述箱体由底板、顶板、背板以及左右两侧的侧板采用本发明的拼接结构拼接而成，所述箱体中部设有水平的下隔板和上隔板，所述下隔板和上隔板分别采用本发明的拼接结构设置于箱体的中部。

进一步地，将本发明应用于一种投影盒玩具，所述投影盒玩具所有的拼接板材之间均采用本发明的板材拼接结构的连接形式进行连接和固定。

进一步地，将本发明应用于一种透射式几何全息玩具，所述透射式几何全息玩具所有的拼接板材之间均采用本发明的板材拼接结构的连接形式进行连接和固定。

进一步地，将本发明应用于一种反射式几何全息玩具，所述反射式几何全息玩具所有的拼接板材之间均采用本发明的板材拼接结构的连接形式进行连接和固定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过理论分析和试验证明，分别对拼接木板的厚度和U形抗拉强度、插头单元的预留槽的槽深、插孔单元的孔薄弱边厚度和孔长度以及紧固螺钉的长度进行合理约束，使得两块通过插头单元和插孔单元配合实现拼接并通过紧固螺钉锁紧的木板，拼接在一起的拼接结构具有良好的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明板材拼接结构的爆炸图，

图2为图1中插头单元1的结构示意图，

图3为图1中插孔单元2的结构示意图，

图4为测试木板U形抗拉强度K时采用的U型结构的结构和尺寸示意图，

图5为黑白棋子自动分拣装置的结构示意图，

图6是在图5的基础上，移除了顶板42、左边侧板44后的结构示意图，

图7是在图6的基础上，进一步移除了上隔板46后的结构示意图，

图8是在图7的基础上，进一步移除了扇形分拣板7和下隔板45后的结构示意图，

附图标记如下：

插头单元1，插头11，预留槽12，插孔单元2，插孔21，预留孔22，紧固螺钉3，箱体4，底板41，顶板42，背板43，侧板44，下隔板45，白棋出料孔451，黑棋出料孔452，上隔板46，下料孔461，舵机5，红外模块6，探头61，扇形分拣板7，棋子中转孔71，料管8，矩形安装座9。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1至图4，本发明提供一种板材拼接结构，包括通过插头单元1和插孔单元2配合拼接在一起的两块木板，两块木板通过紧固螺钉3进行锁紧；

如图2，插头单元1包括一对插头11以及位于两个插头11之间的预留槽12；

如图3，插孔单元2包括与两个插头11对应的插孔21以及与预留槽12对应的预留孔22；

单个插孔21为条形孔结构，预留孔22为方孔或者圆孔，紧固螺钉3的外径分别大于预留槽12的槽宽及预留孔22的内径，通过将紧固螺钉3依次旋进预留孔22和预留槽12内将拼接在一起的两块木板锁紧，设置预留槽12和预留孔22是为了方便安装紧固螺钉3(精确定位和省力)，如果紧固螺钉3的外径比预留槽12的槽宽及预留孔22的内径小的话，紧固螺钉3安装在预留孔22和预留槽12内会不够紧密，达不到锁紧两块木板的目的，但是紧固螺钉3的外径也不能比预留槽12的槽宽及预留孔22的内径大太多，不然在进行紧固螺钉3安装时，非常费力，而且结构会出现开裂，紧固螺钉3与预留槽12和预留孔22之间的尺寸差以0.5㎜到2㎜为宜；

两块木板的材质和厚度相同，木板的厚度为THK，单位㎜，木板的U形抗拉强度为K，单位MPa，预留槽12的槽深为L，单位㎜，紧固螺钉3的长度为l，单位㎜，满足：

对木板的U形抗拉强度K进行说明：

把厚度为THK㎜的木板裁剪为尺寸如图4所示的U形结构，U形结构包括两个分支，按照以下图4所示的位置关系(U形结构开口方向为水平，两个分支分别一上一下)，对处于上方的分支端部进行夹持，而位于下方的分支端部悬挂砝码，并不断增加砝码重量直至U形结构出现断裂，记录U形结构出现断裂时的砝码重量m，单位g，则该木板的U形抗拉强度可以计算为：

通常紧固螺钉3旋入木板结构，咬合深度大概在0.1㎜～0.5㎜之内，预留槽12宽度要比紧固螺钉3外径小，紧固螺钉3旋入预留槽12内时会对产生张应力，张应力过大，结构就容易开裂，但是过小的张应力结构稳定性又会比较差，而不同的木板之间应力极限是不同的，因此需要根据木板自身的应力极限来针对性的设计才能够保证结构既不容易散架，也不容易开裂。经过理论分析，当满足

时，就能够实现较好的连接效果。

以多个由6块木板按本发明拼接形式拼接的封闭式正方箱体作为实施例和对比例进行跌落测试，具体见表一：

表一

从表一可以看出，满足

的实施例1至实施例7跌落10次都仍完好，而对比例跌落10次内均出现了开裂或松动，证实了本设计原则的有效性。

作为一种优选的实施方式，每个插孔21与所在木板边缘形成的孔薄弱边厚度为h，单位为㎜，每个插孔21的孔长度为lh，单位㎜，满足：

本发明的插孔21为条形孔结构(即矩形孔)，存在一个薄弱边，孔越长的话，跌落过程中承受的应力也就越大，因此需要根据木板本身的强度来合理设计孔的尺寸结构，使其能够承受较大的冲击力而不易损坏。

还是以多个由6块木板按本发明拼接形式拼接的封闭式正方箱体作为实施例和对比例进行跌落测试，具体见表二：

表二

从表二可以看出，满足

的实施例8至实施例18跌落至少10次都仍完好，而对比例5跌落3次即出现了破损，证实了本设计原则的有效性。

另外，木制玩具使用的紧固螺钉3外径通常介于1㎜～3㎜之间，紧固螺钉3在拧入木板时，通常紧固螺钉3咬合深度0.5㎜～2㎜。由于木板本身承受张应力的能力差别较大，有时候咬合深度稍大时容易开裂，咬合深度稍小时有比较容易松动。为了解决这个问题，可以在孔上造一些凸棱，这样紧固螺钉3拧入的时候可以与这些凸棱之间形成咬合力，而凸棱又可以向旁边延展变形从而缓冲掉直接对木板的张应力，从而避免木板因为张应力开裂的情况。通过合理的凸棱密度和平均高度设计，就可以实现比较好的紧固效果，同时避免模板开裂。而且，引入凸棱也有利于安装紧固螺钉3时省力，使得小朋友也比较容易操作。

因此，本发明还在预留槽12和预留孔22的内壁上均设有若干凸棱，凸棱的密度为T，单位为1/㎜，每个凸棱的平均高度为F，单位为㎜，满足0.1<T*F<7.2时，可以保证好的紧固效果以及较小的安装难度，具体的还是以多个由6块木板按本发明拼接形式拼接的封闭式正方箱体作为实施例和对比例进行对比，具体见表三：表三

从表三可以看出，满足0.1<T*F<7.2的实施例19至实施例23拼接结构的紧固效果均较好，安装也较容易，而对比例6的紧固效果差，结构不稳定，对比例7紧固效果较好，但是安装却太过费力。

将本发明的板材拼接结构应用于木结构手工DIY玩具中，以下对本发明于木结构手工DIY玩具领域的应用进行举例说明：

如图5至图8，一种黑白棋子自动分拣装置包括箱体4、舵机5、红外模块6、扇形分拣板7、料管8以及配套的电源、控制器和开关，其中：

箱体4的正面开口，其由底板41、顶板42、背板43以及左右两侧的侧板44采用本发明的板材拼接结构拼接而成，箱体4中部设有水平的下隔板45和上隔板46，具体的，底板41和顶板42的左右两侧及后侧边缘以及侧板44后侧边缘分别设有多组插孔单元2，单个插孔单元2由两个插孔21以及位于两个插孔21之间的预留孔22组成；

背板43的上下左右四个端部以及侧板44的上下两端分别设有多组与插孔单元2对应的插头单元1，单个插头单元1由与两个插孔21对应的两个插头11以及与预留孔22对应的预留槽12组成；

插头单元1插装于插孔单元2内(两个插头11插装于两个插孔21内)并通过依次旋进预留孔22和预留槽12内的一个紧固螺钉进行锁紧，预留孔22为方孔或者圆孔，其内径应小于紧固螺钉的外径，锁紧时，将紧固螺钉拧入预留孔22后，需继续用力拧动紧固螺钉来将紧固螺钉的端部拧进插头单元1的预留槽12内，从而将插孔单元2和插头单元1所在的两块板材紧密地连接在一起；

背板43上下左右四个端部的插头单元1分别插装于底板41、顶板42以及两个侧板44后侧边缘的插孔单元2内；

两侧板44上端的插头单元1分别插装于顶板42左右两侧的插孔单元2内、下端的插头单元1分别插装于底板41左右两侧的插孔单元2内；

另外，在背板43、左右两侧板44的中部分别设有多个与插孔单元2结构相同的插孔21，在下隔板45和上隔板46的左右两端及后端分别设有多个插头单元1，下隔板45和上隔板46左右两端的插头单元1分别插装于左右两侧板44中部的插孔21内、后端的插头单元1分别插装于背板43中部的插孔21内；

底板41与下隔板45之间设有于箱体4宽度方向设置的矩形安装座9；

舵机5固定设置在矩形安装座9背面侧(远离箱体4开口的一侧)，舵机5的输出端竖直向上延伸至隔间内，在下隔板45上应设有供舵机5输出端穿过的通孔；

红外模块6固定设置在矩形安装座9正面侧(箱体4的开口侧)，红外模块6上设有用于识别黑白棋子颜色的探头61，探头61竖直向上贯穿下隔板45并与下隔板45上表面平齐，红外模块6采用红外感应识别棋子的颜色，属于常规的现有技术，不做赘述；

扇形分拣板7位于隔间内并同轴固定装配在舵机5输出端，优选的是，扇形分拣板7的中心角为30°～60°，如图7，在扇形分拣板7的中心线上、靠近外圈位置设有棋子中转孔71，下隔板45上、于矩形安装座9两侧分别设有与棋子中转孔71相配合的白棋出料孔451和黑棋出料孔452，上隔板46上、于探头61的正上方设有下料孔461，初始状态下的棋子中转孔71位于探头61和下料孔461之间，需注意，白棋出料孔451和黑棋出料孔452的内径不小于棋子中转孔71的内径，棋子中转孔71的内径不小于下料孔461的内径；

舵机5是能够正转和反转的执行机构，扇形分拣板7固定在舵机5的输出端，舵机5转动，则扇形分拣板7随动，通过舵机5正转和反转来实现棋子中转孔71与白棋出料孔451和黑棋出料孔452的配合，具体的，以附图7的结构进行说明，从上往下看，将顺时针转动定义为正转，初始状态下，舵机5处在平衡外置，棋子中转孔71位于探头61和下料孔461之间，伴随舵机5正转，棋子中转孔71以舵机5输出端为转轴正转一定角度，棋子中转孔71刚好处在白棋出料孔451的正上方，反之，舵机5反转，棋子中转孔71以舵机5输出端为转轴反转相同的角度，棋子中转孔71刚好处在黑棋出料孔452的正上方；

料管8底端与下料孔461相接，其竖直向上贯穿顶板42向外延伸，顶板42上设有与料管8对应的通孔，下料孔461的内径与料管8的内径大小相同，料管8的顶端作为进棋口，棋子从料管8的顶端进入，落至棋子中转孔71内进行分拣；

电源设置在背板43外侧；

控制器设置在上隔板46上；

控制器内设有控制模块，控制模块内设有控制程序，优选的是，控制模块采用型号为STM32的单片机；

开关设置在顶板42上；

舵机5、红外模块6、电源、控制器和开关电性连接形成控制电路，具体使用时，通过红外模块6的探头61识别位于棋子中转孔71内的棋子颜色，将探测信号发送给控制器，由控制器对信号进行处理后，再发送相应的执行指令给舵机5执行正转或反转，从而将棋子中转孔71内棋子转运至白棋出料孔451或黑棋出料孔452处进行出料，实现黑白棋子的自动分拣。

将本发明的板材拼接结构应用于一种投影盒玩具，该投影盒玩具所有的拼接板材之间均采用本发明的板材拼接结构的连接形式进行连接和固定，关于投影盒玩具具体结构，本发明只做简单介绍，包括壳体以及分别设置在壳体内的电源、光源、胶片、托板和投影镜头，光源发出的光作为投射光，投射光依次穿过胶片和投影镜头后，将胶片上的图案投影出去，需要通过一个投影屏来显示图案，其中的壳体以及其他的板材连接结构均是采用本发明板材拼接结构的连接方式。

将本发明应用于一种透射式几何全息玩具，该透射式几何全息玩具所有的拼接板材之间均采用本发明的板材拼接结构的连接形式进行连接和固定，关于透射式几何全息玩具的具体结构，本发明只做简单介绍，包括壳体以及设置于壳体内的显示元件、透射式几何全息屏、支持结构和控制器，显示元件投影画面信息，由透射式几何全息屏光学转化之后于全息屏另一侧(壳体外)形成共轭像供用户观看，通过支持结构的运动或变形来改变共轭像的位置，其中的壳体以及其他有关连接结构均是采用本发明板材拼接结构的连接方式。

将本发明应用于一种反射式几何全息玩具，该反射式几何全息玩具所有的拼接板材之间均采用本发明的板材拼接结构的连接形式进行连接和固定，关于反射式几何全息玩具的具体结构，本发明只做简单介绍，包括壳体以及设置于壳体内的投影器、辅助成像屏、反射式几何全息屏、支持结构和控制器，投影器投影画面信息，经过辅助成像屏的分光，部分光线投射至反射式几何全息屏上，经反射式几何全息屏的调制，使照射在反射式几何全息屏上的光线逆反射后原方向返回，逆反射的光线部分透过辅助成像屏后在壳体外形成离屏的投影画面供用户观看，通过支持结构的运动或变形来改变投影画面的位置，其中的壳体以及其他有关的连接结构均是采用本发明板材拼接结构的连接方式。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.板材拼接结构，包括通过插头单元(1)和插孔单元(2)配合拼接在一起的两块木板，两块木板通过紧固螺钉(3)进行锁紧，其特征在于：

所述插头单元(1)包括一对插头(11)以及位于两个插头(11)之间的预留槽(12)；

所述插孔单元(2)包括与两个插头(11)对应的插孔(21)以及与预留槽(12)对应的预留孔(22)；

单个所述插孔(21)为条形孔结构，所述预留孔(22)为方孔或者圆孔，其内径小于所述紧固螺钉(3)的外径分别大于预留槽(12)的槽宽及预留孔(22)的内径，所述紧固螺钉(3)依次旋进预留孔(22)和预留槽(12)内将拼接在一起的两块木板锁紧；

两块木板的材质和厚度相同，木板的厚度为THK，单位㎜，木板的U形抗拉强度为K，单位MPa，所述预留槽(12)的槽深为L，单位㎜，所述紧固螺钉(3)的长度为l，单位㎜，满足：

2.如权利要求1所述的板材拼接结构，其特征在于：每个所述插孔(21)与所在木板边缘形成的孔薄弱边厚度为h，单位为㎜，每个所述插孔(21)的孔长度为lh，单位㎜，满足：

3.如权利要求1所述的板材拼接结构，其特征在于：所述预留槽(12)和预留孔(22)的内壁上均设有若干凸棱，凸棱的密度为T，单位为1/㎜，每个凸棱的平均高度为F，单位为㎜，满足：

0.1<T*F<7.2。

4.如权利要求1至3任意一项所述的板材拼接结构的应用，其特征在于：应用于木结构手工DIY玩具。

5.如权利要求4所述的板材拼接结构的应用，其特征在于：应用于一种黑白棋子自动分拣装置，所述黑白棋子自动分拣装置包括正面开口的箱体(4)，所述箱体(4)由底板(41)、顶板(42)、背板(43)以及左右两侧的侧板(44)采用如权利要求1至3任意一项所述的拼接结构拼接而成，所述箱体(4)中部设有水平的下隔板(45)和上隔板(46)，所述下隔板(45)和上隔板(46)分别采用如权利要求1至3任意一项所述的拼接结构设置于箱体(4)的中部。

6.如权利要求4所述的板材拼接结构的应用，其特征在于：应用于一种投影盒玩具，所述投影盒玩具所有的拼接板材之间均采用如权利要求1至3任意一项所述板材拼接结构的连接形式进行连接和固定。

7.如权利要求4所述板材拼接结构的应用，其特征在于：应用于一种透射式几何全息玩具，所述透射式几何全息玩具所有的拼接板材之间均采用如权利要求1至3任意一项所述板材拼接结构的连接形式进行连接和固定。

8.如权利要求4所述板材拼接结构的应用，其特征在于：应用于一种反射式几何全息玩具，所述反射式几何全息玩具所有的拼接板材之间均采用如权利要求1至3任意一项所述板材拼接结构的连接形式进行连接和固定。

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