运输包装包装缓冲与防振包装设计学生自学.pptx

缓冲包装的定义：以缓和冲击为目的的包装缓冲包装的定义：以缓和冲击为目的的包装常见形式：用有弹性的材料或弹性元件作缓冲衬垫，吸收冲击常见形式：用有弹性的材料或弹性元件作缓冲衬垫，吸收冲击 能量，延长内装产品承受冲击脉冲作用的时间。能量，延长内装产品承受冲击脉冲作用的时间。缓冲包装的分类：缓冲包装的分类：全面缓冲包装全面缓冲包装 局部缓冲包装局部缓冲包装 悬浮式缓冲包装悬浮式缓冲包装一一.全面缓冲包装全面缓冲包装 特点：特点：1.1.对产品进行全面缓冲防护；对产品进行全面缓冲防护；2.2.减小材料厚度和包装件体积；减小材料厚度和包装件体积；3.3.适合小批量产品包装；适合小批量产品包装；4.4.丝状、薄片状或粒状材料或现场发泡。丝状、薄片状或粒状材料或现场发泡。第第3 3节节 缓冲包装的形式缓冲包装的形式特点：特点：1.1.在受力部位或易损部位进行缓冲；在受力部位或易损部位进行缓冲；2.2.厚度可变；厚度可变；3.3.节省包装材料；节省包装材料；4.4.适于大批量形状不规则产品的包装适于大批量形状不规则产品的包装,应用最广。应用最广。二二.局部缓冲包装局部缓冲包装常见局部缓冲包装的其它形式常见局部缓冲包装的其它形式角滚式角滚式 整体浇注式整体浇注式支撑式支撑式三三.悬浮式缓冲包装悬浮式缓冲包装特点：特点：1.1.用弹簧悬吊包装物；用弹簧悬吊包装物；2.2.适用于精密、脆弱产品，如大型电子适用于精密、脆弱产品，如大型电子管，大型计算机，制导装置等；管，大型计算机，制导装置等；3.3.外包装必须使用坚固的外包装容器。外包装必须使用坚固的外包装容器。（一）（一）.衬垫结构选型衬垫结构选型四四.缓冲衬垫的设计缓冲衬垫的设计贴片衬垫 角衬垫 孔型衬垫产品重量、结构形状和尺寸；产品重量、结构形状和尺寸；代表流通环境条件的等效跌落高度；代表流通环境条件的等效跌落高度；a.a.经验公式法经验公式法 人工装卸中，包装件的跌落高度与重量的关系式：人工装卸中，包装件的跌落高度与重量的关系式：h=300Wh=300W-1/2-1/2 h h跌落高度，跌落高度，cmcm W W重量，重量，KgKg（16kg16kg）b.b.标准量值法（根据产品重量、最大尺寸范围及运输条件直标准量值法（根据产品重量、最大尺寸范围及运输条件直接查表）接查表）国标国标GB4857.5GB4857.584 84 跌落试验高度跌落试验高度 日本日本JISI0202 JISI0202 自由跌落试验条件自由跌落试验条件 美国军用标准美国军用标准MILMILP P116H 116H 自由跌落试验条件自由跌落试验条件（二）（二）.确定设计的基本参数确定设计的基本参数 代表产品特性的脆值参数代表产品特性的脆值参数a.a.试验法：通过脆值试验，再根据价值大小、强度偏差、重要试验法：通过脆值试验，再根据价值大小、强度偏差、重要程度，考虑运输中破损的风险度，确定许用脆值。程度，考虑运输中破损的风险度，确定许用脆值。b.b.标准量值法标准量值法 美国军用标准美国军用标准 MILHDBK304MILHDBK304 美国美国MTSMTS标准标准 日本防卫厅规格日本防卫厅规格 NDSNDS 英国综合防护手册英国综合防护手册 根据产品属性、价值大小、重要程度，综合各国标准确定一根据产品属性、价值大小、重要程度，综合各国标准确定一个合理的许用脆值。个合理的许用脆值。c.c.理论估算法：根据产品结构、尺寸、材料特性，用力学模型理论估算法：根据产品结构、尺寸、材料特性，用力学模型计算推导出产品的脆值。计算推导出产品的脆值。选材原则：选材原则：脆值大的产品，选弹性较小的缓冲材料；脆值大的产品，选弹性较小的缓冲材料；脆值小的产品，选缓冲性能好的缓冲材料；脆值小的产品，选缓冲性能好的缓冲材料；G20gG20g，弹簧，弹簧 30gG250g30gG250g，泡沫塑料、海绵，泡沫塑料、海绵 400gG600g400gG1000gG1000g，不用缓冲材料，不用缓冲材料选定材料后，找相应的曲线：选定材料后，找相应的曲线：缓冲系数最大应力（缓冲系数最大应力（C Cm m）曲线）曲线 静态缓冲系数静态缓冲系数 缓冲系数静应力（缓冲系数静应力（C Cs s）曲线）曲线 动态缓冲系数动态缓冲系数 缓冲系数应变率缓冲系数应变率 （C C）曲线曲线 应变率应变率 缓冲系数变形能缓冲系数变形能 （C CE E）曲线曲线 变形能变形能 振动传递率频率特性振动传递率频率特性(r rf)f)曲线曲线 传递率传递率代表材料性能的缓冲特性参数代表材料性能的缓冲特性参数 对指定材料计算尺寸；对指定材料计算尺寸；选择最合适的材料并选择最合适的材料并 决定尺寸；决定尺寸；比较不同材料的优劣；比较不同材料的优劣；（三）、选取特性曲线确定衬垫基本尺寸（三）、选取特性曲线确定衬垫基本尺寸T:T:衬垫厚度衬垫厚度 ，cm cm W:W:产品重量产品重量 ,N ,N A:A:衬垫有效面积衬垫有效面积 ,cm,cm2 2 G:G:产品脆值产品脆值 H:H:等效跌落高度等效跌落高度,cm,cm1.1.缓冲系数最大应力（缓冲系数最大应力（C Cm m）曲线的应用）曲线的应用确定材料确定材料 选定曲线选定曲线 选定包装形式（全面缓冲包装和局部缓冲包装）选定包装形式（全面缓冲包装和局部缓冲包装）设计计算（面积、厚度等）设计计算（面积、厚度等）全面缓冲包装全面缓冲包装 求求A A，A=A=产品表面积；产品表面积；求求T T，利用利用 曲线查出曲线查出C C值值 （定义）（定义）局部缓冲包装局部缓冲包装 最省材料法最省材料法 最小缓冲系数法最小缓冲系数法（1 1）作切线得）作切线得 ；（2 2）（3 3）常用的设计步骤常用的设计步骤C Cm m例例1 1 一重为一重为100N100N的产品，脆值为的产品，脆值为80g80g，要保证从，要保证从60cm60cm的高处跌落的高处跌落而不破损，规定用密度而不破损，规定用密度0.031g/cm0.031g/cm3 3的聚氯乙烯作衬垫，计算衬垫的聚氯乙烯作衬垫，计算衬垫尺寸。尺寸。解：已知解：已知 W=100NW=100N，G=80gG=80g，H=60cmH=60cm 查查缓冲系数缓冲系数最大应力曲线图最大应力曲线图 在在m=3.6 m=3.6 10 105 5PaPa时对应最小缓冲系数时对应最小缓冲系数C=3.6C=3.6 故故 T=CH/G=3.6 60/80=2.7 cmT=CH/G=3.6 60/80=2.7 cm A=WG 10 A=WG 104 4/m m =100 80 10 =100 80 104 4/(3.6 10/(3.6 105 5)=222 cm)=222 cm2 2 对指定的材料计算尺寸对指定的材料计算尺寸例例2 2 用纸箱作内包装，把一重为用纸箱作内包装，把一重为100N100N，脆值为，脆值为30g30g的产品装入的产品装入箱内，用衬垫把它与外包装箱隔开，箱底面积箱内，用衬垫把它与外包装箱隔开，箱底面积2000cm2000cm2 2，设定跌，设定跌高为高为60cm60cm，试选择适当的缓冲材料，计算其尺寸。，试选择适当的缓冲材料，计算其尺寸。解：已知解：已知 W=100NW=100N，G=30gG=30g，H=60cmH=60cm 采用全面缓冲包装则采用全面缓冲包装则 A=2000 cmA=2000 cm2 2 m=WG/A 10m=WG/A 104 4=100 30/200010=100 30/2000104 4=0.1510=0.15105 5 Pa Pa 查查缓冲系数缓冲系数最大应力曲线图最大应力曲线图 当当m=0.1510m=0.15105 5PaPa时，密度为时，密度为0.080.08的发泡聚氯乙稀有最的发泡聚氯乙稀有最小缓冲系数，小缓冲系数，C=3.5C=3.5 故故 T=CH/G=3.560/30=7 cmT=CH/G=3.560/30=7 cm 该设计采用密度为该设计采用密度为0.080.08的发泡聚氯乙稀作缓冲垫，尺寸为的发泡聚氯乙稀作缓冲垫，尺寸为AT=20007 (cmAT=20007 (cm3 3)选择最适当的材料计算尺寸选择最适当的材料计算尺寸 例例3:3:一重力为一重力为90N90N，脆值为，脆值为50g50g的产品，欲装入一底面积为的产品，欲装入一底面积为750cm750cm2 2的容器箱内，设定的跌落高度为的容器箱内，设定的跌落高度为60cm60cm，如果采用密度为，如果采用密度为0.075g/cm0.075g/cm3 3的石棉作衬垫，试检验该设计的合理性。的石棉作衬垫，试检验该设计的合理性。解：已知解：已知W=90NW=90N，G=50gG=50g，H=60cm,H=60cm,查缓冲系数查缓冲系数最大应力曲线图最大应力曲线图 该石棉材料，最小缓冲系数该石棉材料，最小缓冲系数C=5.7C=5.7，对应的应力值为，对应的应力值为 m m=0.17=0.1710105 5 Pa Pa A=WG10 A=WG104 4/m=905010m=9050104 4/(0.1710/(0.17105 5)=2648 cm)=2648 cm2 2若选用密度大一倍的聚氨酯泡沫，则最小缓冲系数为若选用密度大一倍的聚氨酯泡沫，则最小缓冲系数为C=3.3C=3.3，对，对应的最大应力值为应的最大应力值为m m=0.710=0.7105 5 PaPa，此时的承载面积为：，此时的承载面积为：A=WG10A=WG104 4/m m =905010 =9050104 4/(0.710/(0.7105 5)643 cm643 cm2 2 垫的厚度垫的厚度 T=CH/G=3.360/50=3.96 cmT=CH/G=3.360/50=3.96 cm 此面积大于容器底面积，无法装入，说明本设计不合理。此面积大于容器底面积，无法装入，说明本设计不合理。比较不同材料的优劣比较不同材料的优劣2.2.最大加速度静应力（最大加速度静应力（G Gs s）曲线）曲线 动态动态缓冲系数曲线缓冲系数曲线 全面缓冲法：全面缓冲法：已知面积，求已知面积，求T T （1 1）求静应力；）求静应力；（2 2）根据）根据H H、G G、在在G Gs s曲线上找交点，若此交点位于两曲线上找交点，若此交点位于两条厚度曲线之间，可用比例插入法确定出缓冲材料厚度条厚度曲线之间，可用比例插入法确定出缓冲材料厚度T T。局部缓冲法：局部缓冲法：（1 1）根据）根据H H找对应曲线；找对应曲线；（2 2）在对应的许用脆值处作一条水平线，它与缓冲曲线有很多）在对应的许用脆值处作一条水平线，它与缓冲曲线有很多交点。交点。（3 3）取与之相交的厚度较小的缓冲材料进行设计，得到）取与之相交的厚度较小的缓冲材料进行设计，得到T T。（4 4）选最右边的交点（静应力较大的交点），用料面积最省。）选最右边的交点（静应力较大的交点），用料面积最省。（G Gs s）曲线的应用）曲线的应用例：例：一重为一重为200N200N的产品，脆值为的产品，脆值为60g60g，产品底面积为，产品底面积为50cmx40cm,50cmx40cm,预计跌落度为预计跌落度为50cm50cm，规定用图，规定用图6-66-6中的聚氯乙烯作衬垫，计算衬垫尺寸。中的聚氯乙烯作衬垫，计算衬垫尺寸。解：已知解：已知 W=200NW=200N，G=60gG=60g，H=50cmH=50cm（1 1）求静应力）求静应力 查最大加速度查最大加速度静压力曲线（静压力曲线（b b）,与与Gm=60gGm=60g的交点为图上的交点为图上B B点点 B B点在曲线族左边，说明静应力太小，没必要用全面缓冲，可改为局部缓冲！点在曲线族左边，说明静应力太小，没必要用全面缓冲，可改为局部缓冲！(2)(2)设计局部缓冲衬垫设计局部缓冲衬垫 在在Gm=60gGm=60g处作一条水平线，取厚度较小的缓冲曲线进行设计；处作一条水平线，取厚度较小的缓冲曲线进行设计；则则T=4cmT=4cm，它的两个交点为，它的两个交点为C C和和D D，取交点，取交点D D进行设计最省料。进行设计最省料。D D点对应静应力为点对应静应力为 ，所需承载面积：，所需承载面积：图中图中E E对应的加速度值最小，缓冲性能最好，产品的安全率最高，对应的加速度值最小，缓冲性能最好，产品的安全率最高，若用若用E E点设计有：点设计有：故该设计取故该设计取T=4cmT=4cm的聚苯乙烯泡沫垫，承载面积可作两种选择，的聚苯乙烯泡沫垫，承载面积可作两种选择，节约用料取节约用料取A=285CmA=285Cm2 2，提高产品安全率取，提高产品安全率取A=500cmA=500cm2 2。由于局部缓冲，通常都采用角垫形式，那么每块角垫的承载面积由于局部缓冲，通常都采用角垫形式，那么每块角垫的承载面积为为A A角角=1/4A=1/4A面面。（四）（四）.缓冲衬垫的校核缓冲衬垫的校核1.1.产品强度校核产品强度校核(产品支承面的应力校核产品支承面的应力校核)产品许用应力；产品许用应力；PaPa；冲击时最大应力；冲击时最大应力；PaPa。应力过大：应力过大：扩大承载面积；扩大承载面积；改用较软的衬垫；改用较软的衬垫；采用软硬不同的材料做成组合衬垫，使支承面的应采用软硬不同的材料做成组合衬垫，使支承面的应 力与其他各部位的强度相适应等。力与其他各部位的强度相适应等。2.2.挠度校核挠度校核衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定比值时，衬垫容易挠曲线衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定比值时，衬垫容易挠曲线或变弯，大大降低衬垫的负重能力或变弯，大大降低衬垫的负重能力 Amin/Amin/（1.33T1.33T）2 21 1 或或AminAmin（1.33T1.33T）2 2T T厚度，厚度，cmcm；A A面积，面积，cmcm2 2。3.3.跌落姿态校核（自学）跌落姿态校核（自学）和和 都是以理想姿态为前提（试样平直，底面着地）。都是以理想姿态为前提（试样平直，底面着地）。实际跌落姿态：角跌落实际跌落姿态：角跌落 受力情况变化较大受力情况变化较大对基本设计尺寸作对基本设计尺寸作 棱跌落棱跌落 校核和调整校核和调整 面跌落面跌落结论：角跌落或棱跌落时，产品承受的加速度比面跌落时小。结论：角跌落或棱跌落时，产品承受的加速度比面跌落时小。原因：原因：角跌落或棱跌落时，外包装容器的变形大，吸收了较多的冲击能量，角跌落或棱跌落时，外包装容器的变形大，吸收了较多的冲击能量，产品所受的冲击减少。（容器相当于一个缓冲器）产品所受的冲击减少。（容器相当于一个缓冲器）角跌落或棱跌落时，衬垫的负载面积比面跌落时增大了。角跌落或棱跌落时，衬垫的负载面积比面跌落时增大了。（1 1）全面缓冲条件下不同姿态的跌落试验）全面缓冲条件下不同姿态的跌落试验（2 2）全面缓冲时等效面积的确定）全面缓冲时等效面积的确定l l、d d、b b分别表示产品的长、宽、高分别表示产品的长、宽、高 三个缓冲面在水平面的投影面积为：三个缓冲面在水平面的投影面积为：Ae=3lbd/Ae=3lbd/若产品为立方体，即若产品为立方体，即l=b=dl=b=d则则 Ae=3lAe=3l2 2/=l/=l2 2计算结果表明计算结果表明:全面缓冲条件时，全面缓冲条件时，角跌落与面跌落相比，角跌落的等角跌落与面跌落相比，角跌落的等效负荷面积大，相当于面跌落的效负荷面积大，相当于面跌落的1.731.73倍。倍。（3 3）局部缓冲包装的等效面积确定）局部缓冲包装的等效面积确定采用角衬垫时，角衬垫由三个面积为采用角衬垫时，角衬垫由三个面积为 的的面衬垫组成，角冲击的等效面积为构成此角面衬垫组成，角冲击的等效面积为构成此角三个侧面在水平面上的投影面积。三个侧面在水平面上的投影面积。Ae=LAe=L2 2(l+b+d)/(l+b+d)/若产品为立方体：若产品为立方体：Ae=LAe=L2 2在在角角冲冲击击时时不不仅仅跌跌落落角角的的衬衬垫垫参参与与缓缓冲冲，该该角角三三个个侧侧面面上上的的其其他他衬衬垫垫也也参参与与缓冲，相当于缓冲，相当于4 4个角衬垫，故：个角衬垫，故：Ae=4LAe=4L2 2(l+b+d)/(l+b+d)/实际包装件的外包装容器不是刚体，在冲击过程中产生变形，传递到各个衬实际包装件的外包装容器不是刚体，在冲击过程中产生变形，传递到各个衬垫上的作用力不相同。应根据外包装容器的性能，通过测试，在垫上的作用力不相同。应根据外包装容器的性能，通过测试，在1 14 4之间选择之间选择一个合适的系数一个合适的系数K K。Ae=KLAe=KL2 2(l+b+d)/(l+b+d)/（4 4）棱跌落的等效面积确定）棱跌落的等效面积确定 当当产产品品为为立立方方体体时时，全全面面缓缓冲冲包包装装 Ae=Ae=L L2 2，它它介介于于面面跌跌落落面面积积L L2 2与角跌落等效面积与角跌落等效面积 L L2 2之间。之间。对对局局部部缓缓冲冲包包装装，若若角角衬衬垫垫面面积积为为L L2 2，产产品品为为立立方方体体，假假设设外外包包装装容容器器为为刚刚体体，棱棱冲冲击击的的等等效效投投影影面面积积Ae=4 Ae=4 L L2 2，同同样样它它介介于面跌落面积于面跌落面积4L4L2 2与角跌落等效面积与角跌落等效面积4 L4 L2 2之间。之间。角衬垫校核通过，满足棱冲击的要求。角衬垫校核通过，满足棱冲击的要求。4.4.蠕变量校核蠕变量校核蠕变增量按下式计算：蠕变增量按下式计算：Tc=TTc=T（1+Cr1+Cr）式中：式中：TcTc修正后的厚度修正后的厚度cmcm；CrCr蠕变系数蠕变系数%；T T原设计厚度原设计厚度cmcm；5.5.温湿度校核温湿度校核 环境温度和湿度的变化对衬垫的缓冲能力有明显的影响；环境温度和湿度的变化对衬垫的缓冲能力有明显的影响；温度的升高或降低，还会引起衬垫尺寸的变化。因此，应根据温度的升高或降低，还会引起衬垫尺寸的变化。因此，应根据流通过程中可能出现的环境条件修正缓冲衬垫的尺寸。流通过程中可能出现的环境条件修正缓冲衬垫的尺寸。例例 已知一产品已知一产品W=200NW=200N，G=85gG=85g，产品为正立方体，规定的跌落高度不超过，产品为正立方体，规定的跌落高度不超过90cm90cm，并指定采用如图所示特性的材料作局部缓冲，试设计面跌落和角跌，并指定采用如图所示特性的材料作局部缓冲，试设计面跌落和角跌落时衬垫所需尺寸（设蠕变系数为落时衬垫所需尺寸（设蠕变系数为10%10%）。）。解解：（1 1）采用角衬垫；）采用角衬垫；（2 2）T=5cmT=5cm，两个交点为，两个交点为A A、B B，对应的静应力分别为，对应的静应力分别为0.015100.015105 5PaPa和和0.05100.05105 5PaPa，为节省材料，取，为节省材料，取B B点进行设计；点进行设计；（3 3）角衬垫尺寸为（）角衬垫尺寸为（4 4个角衬垫）：个角衬垫）：L L2 2=A/4=400/4=100=A/4=400/4=100（cmcm2 2）（4 4）挠度校核：）挠度校核：AminAmin（1.33T1.33T）2 2 ，L L2 2=100=100（1.33T1.33T）2 2=44=44，满足要求，满足要求角跌落时的有效受力面积为（若取角跌落时的有效受力面积为（若取K=1K=1）Ae=K LAe=K L2 2=173(cm=173(cm2 2););此时静应力为：此时静应力为：s=W/Ae10s=W/Ae104 4=200/17310=200/173104 4=0.11610=0.116105 5(Pa)(Pa)该静应力对应的加速度超过产品脆值，所以校核通不过该静应力对应的加速度超过产品脆值，所以校核通不过校正的办法是取校正的办法是取B B点对应的静应力来确定角衬垫角跌落有效面积，有点对应的静应力来确定角衬垫角跌落有效面积，有Ae=W/s10Ae=W/s104 4=200/(0.0510=200/(0.05105 5)10)104 4=400(cm=400(cm2 2)L L2 2=400,L=400,L2 2=400/=231.3(cm=400/=231.3(cm2 2)L=15.2cm L=15.2cm则面跌落时的受力面积和静应力为：则面跌落时的受力面积和静应力为：A=4LA=4L2 2=4231.3=925=4231.3=925（cmcm2 2）s=W/A10s=W/A104 4=200/92510=200/925104 4=0.021610=0.0216105 5（PaPa）此静应力对应的加速度值小于产品的许用脆值。此静应力对应的加速度值小于产品的许用脆值。（6 6）蠕变量校核：）蠕变量校核：Tc=TTc=T（1+Cr1+Cr）=5=5（1+10%1+10%）=5.5=5.5（cmcm）所以，角衬垫的厚度为所以，角衬垫的厚度为5.5cm5.5cm，边长为，边长为15.2cm15.2cm。（5 5）产品强度校核：）产品强度校核：（五）（五）.最省材料的缓冲设计方法（最省材料的缓冲设计方法（C C 曲线）曲线）假设缓冲衬垫的面积为假设缓冲衬垫的面积为A A，厚度为，厚度为T T，则体积为：，则体积为：V=ATV=AT由于由于A=WG/T=CH/G V=HWC/A=WG/T=CH/G V=HWC/其中产品重量其中产品重量W W和跌落高度和跌落高度H H都为常数，都为常数，C C是是 的函数，对上式求导有的函数，对上式求导有 V=WHV=WH（C -CC -C）/2 2要使上式有极值，令要使上式有极值，令V=0V=0则则C=C/C=C/在在C-C-曲线上找一点（曲线上找一点（C C0 0，），使得该点的），使得该点的缓冲系数值缓冲系数值C C0 0与最大应力值与最大应力值 的比值等于此点的比值等于此点的导数值的导数值C C0 0。作图法（过原点切线法）作图法（过原点切线法）（1 1）过坐标原点（）过坐标原点（0 0，0 0）作）作C C 曲线的切线；曲线的切线；（2 2）切点（）切点（C C0 0，）为极值点；）为极值点；（3 3）由极值点设计出的缓冲衬垫用料最省，有）由极值点设计出的缓冲衬垫用料最省，有时不能完全满足要求；时不能完全满足要求；（4 4）在缓冲系数最小值点与过原点切线的点之）在缓冲系数最小值点与过原点切线的点之间选择一个合适的点进行设计，即能满足设计要间选择一个合适的点进行设计，即能满足设计要求，又可使材料较省。求，又可使材料较省。产品的重力为产品的重力为50N50N，选用的缓冲材料的特性曲线如图所示，等效跌落高度为，选用的缓冲材料的特性曲线如图所示，等效跌落高度为50cm50cm，产品的许用脆值为，产品的许用脆值为40g40g，试确定缓冲衬垫的尺寸。，试确定缓冲衬垫的尺寸。解：（解：（1 1）最小缓冲系数法：）最小缓冲系数法：在在C C 曲线中最小缓冲系数为曲线中最小缓冲系数为C=2.4,C=2.4,对应的对应的最大应力值为最大应力值为10KPa10KPa，那么缓冲衬垫面积为：，那么缓冲衬垫面积为：A=WG/=5040/A=WG/=5040/（101010103 3）10104 4=2000=2000（cmcm2 2）材料厚度：材料厚度：T=CH/G=2.450/40=3(cm)T=CH/G=2.450/40=3(cm)体积为：体积为：V=AT=20003=6000(cmV=AT=20003=6000(cm3 3)（2 2）过原点切线法：切点坐标值为：）过原点切线法：切点坐标值为：C C0 02.62.6 11.5KP11.5KP。则缓冲衬垫面积为：。则缓冲衬垫面积为：A=WG/10A=WG/104 4=5040/1150010=5040/11500104 4=1739.1(cm=1739.1(cm2 2)厚度为：厚度为：T=CH/G=2.650/40=3.25(cm)T=CH/G=2.650/40=3.25(cm)体积为：体积为：V VAT=1739.13.25=5652(cmAT=1739.13.25=5652(cm2 2)过原点切线法设计出的缓冲衬垫比最小缓冲系数过原点切线法设计出的缓冲衬垫比最小缓冲系数法设计出的缓冲衬垫用料要省。法设计出的缓冲衬垫用料要省。校核！校核！第第4 4节节 防振包装设计防振包装设计一一.振动对产品的主要破坏形式振动对产品的主要破坏形式（1 1）共振时，产品的共振加速度）共振时，产品的共振加速度 许用值许用值,发生类似冲击的破损效应；发生类似冲击的破损效应；（2 2）非共振条件下，长时间的循环交变载荷导致材料的疲劳老化；）非共振条件下，长时间的循环交变载荷导致材料的疲劳老化；（3 3）振动导致产品与缓冲介质（各种包装膜、衬垫、填料）之间的摩擦，使）振动导致产品与缓冲介质（各种包装膜、衬垫、填料）之间的摩擦，使产品表面产生摩痕，擦伤；诱发某些产品锈蚀或剥落；产品表面产生摩痕，擦伤；诱发某些产品锈蚀或剥落；（4 4）特定条件下，振动会改变某些产品的结构状态，如：螺纹连接松，仪表）特定条件下，振动会改变某些产品的结构状态，如：螺纹连接松，仪表失灵，某些粘稠物品变稀失灵，某些粘稠物品变稀影响产品性质和价值。影响产品性质和价值。防振包装防振包装伴随运输全过程伴随运输全过程无法避免；无法避免；缓冲包装缓冲包装突发性冲击（跌落，野蛮装卸）突发性冲击（跌落，野蛮装卸）采取措施，可避免。采取措施，可避免。结构上结构上 防振包装防振包装 形式上形式上 有弹性的阻尼有弹性的阻尼 目的目的 避免共振避免共振 缓冲包装缓冲包装 一致一致 材料作衬垫材料作衬垫 不同不同 吸收冲击能量吸收冲击能量二二.衬垫设计衬垫设计按缓冲要求进行设计；按缓冲要求进行设计；校核其防振能力。校核其防振能力。三三.防振包装设计解决的基本问题防振包装设计解决的基本问题（1 1）按照传递特性，选择防振衬垫；）按照传递特性，选择防振衬垫；（2 2）对缓冲衬垫作防振校核；）对缓冲衬垫作防振校核；（3 3）评价现有包装的防振能力，改进防振结构。）评价现有包装的防振能力，改进防振结构。设计的基本参数：设计的基本参数：振动环境的激励特性；振动环境的激励特性；包装件的固有频率；包装件的固有频率；足够的可供选择的防振材料传递率数据；足够的可供选择的防振材料传递率数据；防振介质的阻尼特性。防振介质的阻尼特性。四四.传递率曲线及其应用传递率曲线及其应用防振性能防振性能系统的系统的固有频率固有频率和和阻尼阻尼。内装产品与外包装箱之间的介质衬内装产品与外包装箱之间的介质衬垫材料，它的刚度及阻尼，对系统起决垫材料，它的刚度及阻尼，对系统起决定性的作用。定性的作用。1.1.确定固有频率确定固有频率(1)(1)线性系统线性系统振动理论振动理论实际包装件实际包装件对非线性缓冲包装系统，其固有频率按衬对非线性缓冲包装系统，其固有频率按衬垫材料的应力应变垫材料的应力应变()曲线来计算。曲线来计算。（2 2）非线性系统）非线性系统是是曲线在静平衡位置的斜率曲线在静平衡位置的斜率(又称为弹性率又称为弹性率)，记为，记为E E；A A 为衬垫的承载面积，为衬垫的承载面积，T T 为衬垫的厚度。为衬垫的厚度。非线性包装系统的固有频率非线性包装系统的固有频率取决于取决于弹性率弹性率，静应力静应力和和材料厚度材料厚度。绘制固有频率绘制固有频率静应力静应力(fn(fn)曲线。曲线。静应力静应力固有频率曲线固有频率曲线2.2.阻尼系数阻尼系数试验测定试验测定 3.3.包装件对振动的传递率包装件对振动的传递率(在实际工作中，传递率是通过用特定的包装模在实际工作中，传递率是通过用特定的包装模型进行试验来确定的型进行试验来确定的)传递率曲线。传递率曲线。影响因素：影响因素：材料品种材料品种，材料密度材料密度，衬垫的形状和衬垫的形状和尺寸尺寸，负载（应力）负载（应力）状况。状况。改变任何一个因改变任何一个因素，传递率都变化。素，传递率都变化。缓冲材料名称缓冲材料名称 阻尼比阻尼比聚乙烯或聚苯乙烯泡沫塑料聚乙烯或聚苯乙烯泡沫塑料 0.08-0.200.08-0.20聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料 0.10-0.500.10-0.50橡胶橡胶 0.02-0.160.02-0.16硅橡胶硅橡胶 0.11-0.230.11-0.23钢质螺旋弹簧钢质螺旋弹簧 0.008-0.0160.008-0.016 五五.振动防护设计方法振动防护设计方法(1)(1)计算缓冲材料的静应力值：计算缓冲材料的静应力值：W WAl0Al04 4(Pa)(Pa)(2)(2)找出该静应力值对应的缓冲材料振动传递率频率特性（找出该静应力值对应的缓冲材料振动传递率频率特性（)曲线，并找出峰值处的传递率曲线，并找出峰值处的传递率 及频率及频率 ；(3)(3)确定在流通过程中包装件在频率为确定在流通过程中包装件在频率为 时的最大振动加速度；时的最大振动加速度；(4)(4)计算产品在共振时的最大响应加速度计算产品在共振时的最大响应加速度 。其中。其中 为产品的最大响应速度，为产品的最大响应速度，为包装件在频率为包装件在频率 时的最大加速时的最大加速 度，度，为频率为频率 时的振动传递率；时的振动传递率；(5)(5)不满足不满足,重新设计；重新设计；(6)(6)，由于振动加速度反复作用，由于振动加速度反复作用产品疲劳损坏产品疲劳损坏重新设计。重新设计。例：产品的重力为例：产品的重力为300N300N，底面尺寸为，底面尺寸为303030cm30cm2 2，产品上的脆弱部件具有，产品上的脆弱部件具有25Hz25Hz的固有频率，的固有频率，0 00202的阻尼比，可承受的最大冲击加速度为的阻尼比，可承受的最大冲击加速度为45g45g。产品的冲击防。产品的冲击防护设计采用了全面缓冲方法，选用的缓冲材料厚度为护设计采用了全面缓冲方法，选用的缓冲材料厚度为10cm10cm，产品在运输过程中，产品在运输过程中，受到的振动输入如图所示，忽略疲劳作用，确定这样的衬垫能否提供足够的振受到的振动输入如图所示，忽略疲劳作用，确定这样的衬垫能否提供足够的振动防护。动防护。解：解：(1)(1)确定包装件共振时脆弱部件的响应加速度：确定包装件共振时脆弱部件的响应加速度：W/A10W/A104 4=300/(3030)10=300/(3030)104 4=3.33(kPa)=3.33(kPa)根据静应力根据静应力及材料厚度及材料厚度T T查材料的振动传递率频率特性查材料的振动传递率频率特性(Tr(Trf)f)曲线曲线得曲线的峰值对应的频率为得曲线的峰值对应的频率为7Hz7Hz，传递率为，传递率为2.52.5。而。而7Hz7Hz时振动输入加速度为时振动输入加速度为1g1g，则产品的最大加速度为：，则产品的最大加速度为：2.5l2.5l2.5(g)2.5(g)则脆弱部件响应为：则脆弱部件响应为：该值小于其可承受的最大冲击加速度该值小于其可承受的最大冲击加速度45g45g，部件不会损坏，部件不会损坏。(2)(2)确定脆弱部件共振时的响应加速度确定脆弱部件共振时的响应加速度。由图可得，在频率。由图可得，在频率25Hz25Hz时的振动输入加时的振动输入加速度为速度为0.55g0.55g，缓冲材料的振动传递率为，缓冲材料的振动传递率为0.250.25，则产品的最大加速度响应为：，则产品的最大加速度响应为：=0.250.55=0.14(g)=0.250.55=0.14(g)脆弱部件共振时有：脆弱部件共振时有：则脆弱部件的最大响应加速度为：则脆弱部件的最大响应加速度为：故由冲击防护选定的衬垫可以提供足够的振动防护。故由冲击防护选定的衬垫可以提供足够的振动防护。Tr=1.04Tr=1.04Tr Tr =25 =25 第第6 6节节 缓冲衬垫的结构设计缓冲衬垫的结构设计一一.缓冲包装设计过程缓冲包装设计过程（1 1）了解产品形状和特性；）了解产品形状和特性；（2 2）了解产品的流通环境；）了解产品的流通环境；（3 3）选择适当的缓冲材料；）选择适当的缓冲材料；（4 4）基础的设计计算；）基础的设计计算；（5 5）由基础设计的参数决定缓冲包装方法（全面、局部和悬浮式缓冲包装）。）由基础设计的参数决定缓冲包装方法（全面、局部和悬浮式缓冲包装）。二二.缓冲衬垫结构设计缓冲衬垫结构设计适用于规则形状产品适用于规则形状产品1.1.确定受压面积确定受压面积已知：产品或内包装箱的尺寸已知：产品或内包装箱的尺寸目的：保证产品在不目的：保证产品在不触底触底的情况下，的情况下，应能吸收被压缩时的变形能量应能吸收被压缩时的变形能量 以减少产品所承受的加速度。以减少产品所承受的加速度。触底：触底：包装件在承受冲击时，缓冲体的变形量达到或超过极限变形量时，内包装件在承受冲击时，缓冲体的变形量达到或超过极限变形量时，内装物受到的冲击加速度急剧增大，这种现象称为装物受到的冲击加速度急剧增大，这种现象称为“触底触底”。当外容器没有。当外容器没有足够的空隙容纳产品位移时，部分棱、角或凸缘将与容器壁碰撞，或者在足够的空隙容纳产品位移时，部分棱、角或凸缘将与容器壁碰撞，或者在实际的跌落高度实际的跌落高度 设计的高度时，都会发生触底。设计的高度时，都会发生触底。方法：调整受力面积。方法：调整受力面积。重重量量大大，体体积积小小的的产产品品，要要求求缓缓冲冲面面积积 底底面面积积，缓缓冲冲材材料料和和产产品品之之间间要要用用硬硬质质材材料料胶胶合合板板或或纤纤维维板板等等隔隔开开,使使硬硬质质材材料料一一侧侧承承受受总总的的冲冲击击，再再由由缓缓冲材料对硬质材料进行缓冲。冲材料对硬质材料进行缓冲。重重量量轻轻，体体积积大大的的产产品品，需需要要减减小小受受压压面面积积时时，可可将将不不接接触触部部分分切切去去，缩缩小接触面积以确保合适的缓冲面积。小接触面积以确保合适的缓冲面积。2.2.形状不规则物品的缓冲包装形状不规则物品的缓冲包装有突起物的基本缓冲结构。有突起物的基本缓冲结构。TdTd(1(1一一E)E)式中：式中：T-T-缓冲材料厚度，缓冲材料厚度，E-E-变形量，变形量，d-d-突起物高度。突起物高度。认认真真选选择择缓缓冲冲材材料料的的厚厚度度，防防止止发发生生冲冲击击时时造造成成突突起起物接触箱底的情况。物接触箱底的情况。带突起物的缓冲结构带突起物的缓冲结构带突台包装件的缓冲结构带突台包装件的缓冲结构3.3.缓冲结构的其它要求缓冲结构的其它要求(1)(1)对对于于有有可可动动机机件件的的机机器器，机机器器的的表表面面不不能能承承受受冲冲击击时时,要要用用硬硬质质材材料料，将将其他部分固定住，使其全体来承受冲击。其他部分固定住，使其全体来承受冲击。(2)(2)产产品品底底面面的的四四棱棱如如果果只只有有很很窄窄的的受受匝匝面面积积，运运输输装装卸卸过过程程中中产产品品在在缓缓冲冲材材料料之之间间就就会会发发生生移移动动，严严重重时时会会从从受受压压面面跌跌落落。因因此此最最好好做做成成长长的的凸凸筋筋，产品即使发生一些位移，也不会影响受压面积。产品即使发生一些位移，也不会影响受压面积。产品固定法产品固定法产品防移法产品防移法(3)(3)缓冲材料的凸筋可位于产品一侧，以位于外侧的凸筋缓冲效果更好。缓冲材料的凸筋可位于产品一侧，以位于外侧的凸筋缓冲效果更好。(4)(4)对于跨度较大的产品，要在跨度的中部设置受压的缓冲块，或使两端缓冲对于跨度较大的产品，要在跨度的中部设置受压的缓冲块，或使两端缓冲块往中央方向至少延伸块往中央方向至少延伸1 14 4以上。以上。(5)(5)对对于于重重心心偏偏向向一一侧侧的的产产品品，从从前前后后、左左右右、上上下下各各个个方方向向分分别别测测定定其其重心位置。根据重心位置按比例地进行分配受压面积。重心位置。根据重心位置按比例地进行分配受压面积。(6)(6)不不规规则则形形状状的的产产品品可可以以用用模模制制的的衬衬垫垫进进行行缓缓冲冲，也也可可以以将将产产品品固固定定或或支承在内包装容器中，再用缓冲材料加以保护。支承在内包装容器中，再用缓冲材料加以保护。(7)(7)大大型型产产品品，如如有有较较为为脆脆弱