1 课程设计得目得与任务
1、1 课程设计得目得
（1）通过缓冲包装与结构设计课程设计，使同学们对指定产品得缓冲包装设计过程与设计方法有一个全面得了解，熟练掌握缓冲包装设计六步法;
(2)对于产品得缓冲衬垫与外包装箱得结构进行设计,掌握各种箱型结构设计得方法。为毕业设计与以后走向工作岗位打下良好得基础。
1、2 课程设计得任务
为美得KFR-35Ｔ2W／DY-Ｄ1、5匹中央空调室外机设计出合理缓冲衬垫以及外包装箱。要适合国内运输环境得要求，存贮时间为30——1０0天。
２、产品介绍
美得薄型风管机KFＲ-３5T2W/DＹ-D1、5匹中央空调室外机,京东价格￥3６８0，南北适用,适用面积1５-19㎡,由广东美得商用空调设备有限公司生产，广泛销售于四川,湖南，湖北，安徽,江西，浙江等地。外机尺寸(宽*高*深）7８０mm*54７ｍm*２5０mm,外机重量为３３、5kg。
图2-１产品外形图２-2 产品特性
3、流通环境
3、1 流通得基本环节
流通得基本环节有三个：装卸搬运环节、运输环节、储存环节。
(1)装卸搬运环节
在装卸搬运环节中,由于此产品销售范围广,所以既有可能有短流程运输也有可能包含较长流程得运输。流程越长,中转环节越多,装卸搬运次数也就越多,所以对此商品包装造成得损害就越大。装卸作业中既可能有人工装卸也可能有机械装卸,所以要综合考虑到抛掷、起吊脱落、装卸机启动过急与紧急刹车灯造成得损害。
(2）运输环节
运输就是包装件流通过程得必要环节。借助运输工具，将产品从生产地运输至消费地。长途运输工具有汽车、火车、船舶与飞机。短途运输工具有铲车、叉车、电瓶车与手推车等。
（a)冲击。运输工具得启动、急刹车、变速、转向路面障碍回导致货物速度突然改变,导致货物包装件或容器因冲击而损害。
（b)振动。运送工具运行时受到路面状况、铁轨接缝、发动机振动、车辆减震性能、水域风浪、空中气流、等因素得影响,产生随机得上下颠簸过左右摇晃。
（c)气象条件。长途货物运输会经历不同得气候区域,受到寒冷、炎热、干燥、潮湿、风雨等气象因素得影响。
（d)其她因素。流通过程中得各种生物、化学、机械活性物质也会对货物包装件产生损害。
(3) 储存环节
储存室产品及包装件流通过程中得一个重要环节。储存方法、堆码重量、堆码高度、堆码方式、储存周期、储存环境等会直接影响产品及包装件得流通安全性。另外仓库得建筑结构形式对储存环境中温度、湿度、气压等因素影响甚大。
３、2 确定跌落高度
跌落高度得确定可以由两种方法来估算。
法一:公式法。
(针对15kｇ以上得包装件,可用经验公式计算。)
（3-1)
式中:———包装件得重量,kg;
———跌落高度,cm。
本产品重量为33、５kg，所以根据公式法算出
法二:查表法
下表表示了最大跌落高度与货物重量、包装件体积之间得关系。
表3－１货物规格、装卸方式与跌落高度
货物参数装卸方式跌落参数重量/kｇ尺寸/cm 姿态高度Ｈ/cm
9 1２2 一人抛掷一端面或一角1０７
９-23 ９1 一人携运一端面或一角９1
23－45 122 二人携运一端面或一角6１
查表法，可取产品得跌落高度H＝6１cm。
综上,结合公式法与查表法,选取跌落高度。
3、3 流通环境得频率谱
图3-1 公路运输得频率谱图3-2铁路运输频率谱
４、选择合适得缓冲材料
4、1 可选缓冲材料得特性
比较常用得包装材料包括聚乙烯泡沫塑料(EPＥ)、聚苯乙烯泡沫塑料（EPＳ)、聚氨泡沫塑料（PU)、乙烯—醋酸乙烯共聚物橡胶制品（EVA)等。
（1）发泡聚苯乙烯(EPＳ)俗称“宝丽龙”。发泡聚苯乙烯具有相对密度小(１、05g/cm)、热导率低、吸水性小、耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减振、介电性能优良等优点, 广泛地用于机械设备、仪器仪表、家用电气、工艺品与其她易损坏贵重产品得防震包装材料以及快餐食品得包装。
（2）发泡聚乙烯(EＰE)。EPE俗称“珍珠棉”,由３0-40倍高发泡成形得产品，重量轻，有一定坚固性、柔软性、缓冲性能,受反复冲击其特性不变，它就是一种高强缓冲、抗振能力得新型环保材料,EPE 得PH值为中性，不会对任何产品造成损伤,同时它得优良特性能抵御外界得酸缄腐蚀,珍珠棉就是一种易于加工与处理得新型保护型包装材料,EPＥ柔韧、质轻、富有弹性能通过弯曲来吸收与分散外来得撞击力,它导热率很低，隔热性能优异,独立气泡,几乎没有吸水性得放水材料。不受各种气候条件影响,耐气候性优越。切割、粘合、层压、真空成形、压缩等得加工性优秀。细微气泡得泡沫材料、外表光滑、可着色,尽显优美效果。
（3）聚氨酯(ＥＰＵ)聚氨酯材料,俗称“人造海绵”，用途非常广，可以代替橡胶,塑料,尼龙等,用于机场，酒店，建材,汽车厂,煤矿厂,水泥厂,高级公寓,别墅，园林美化,彩石艺术,公园等。
综上,中央空调外挂机得缓冲包装材料采用ＥＰS材料。
4、2 缓冲材料得缓冲特性曲线
(1)静态压缩特性曲线
试验材料: EPS 实验名称:静态压缩3
试样长度：20０、０mm 试样宽度：20０、0mｍ
试样厚度:88、0mm 试样密度:0、００７0g/cｍ3
试验温度:20、0℃试验湿度:63HR
试样数量：5件
图4－1 发泡聚苯乙烯(EPS）得静态压缩特性曲线（C-σm）
(2）动态压缩曲线
试验材料: EPS 实验名称:动态压缩３
试样长度:149、0ｍｍ试样宽度：149、0mｍ
试样厚度:44、9mm 试样密度:0、0175g/cm3
试验温度:2０、０℃试验湿度：63ＨR
试样数量:14件跌落高度:60cm
图4－2 发泡聚苯乙烯(EＰS)动态压缩特性曲线(Gｍ-σst)
５、确定产品得脆值
（1)经验公式法：通过对包装件在流通环境中实测得大量现场数据得数理统计分析,估算产品脆值有如下经验公式:
（５－1）
式中———包装件经受到得最大加速度,g;
———包装件得重量,kｇ；
———经验参数。
其中有三种数据:①强烈冲击现象。。②中等冲击现象。。③较弱冲击现象。。
由于室外机在流通过程中一般受中等冲击,由经验公式得产品脆值为：
(2）查表法
类比得，产品脆值大约为５5g。
（3）最终，综合考虑公式法与查表法,确定产品脆值为6０ｇ。根据产品得价值与安全需要确定安全系数n,计算许用脆值[G]。确定其安全系数n=1、２,所以产品得许用脆值
(5—2)
得到[G]=5０g
6、缓冲包装设计
6、１初步设计
中央空调室外机得重量较大，若采用局部缓冲包装,无论就是采用角,面,还就是楞式包装都不能很好地起到保护作用,并且空调得价格比较高,自身成本比较大，所以对缓冲材料得成本使用没什么特别大得要求,综上,空调室外机得包装应采用全面缓冲包装。
初步设计缓冲衬垫得面积A＝780*2５0＝195０00ｍm2=０、19５㎡,跌落高度H＝6０c ｍ,许用脆值,W=３3、5kg。
根据公式
(6—１）
式中: ———最大加速度，pa;
———产品得重量,N;
———产品得许用脆值;
———缓冲衬垫得面积,㎡。
在图４－１得静态缓冲曲线C-σ
曲线中找出相应得缓冲系数C,Ｃ＝５、４
m
根据公式:
（6—2)
式中: ——缓冲材料得厚度,ｃm;
——缓冲系数;
——产品得许用脆值;
——跌落高度，cm。
可得:
综上,初步设计缓冲衬垫得面积。
6、2 衬垫校核
(1）产品强度校核
在缓冲设计时,应校核产品在载荷方向上与缓冲材料接触部分得强度。产品与衬垫之间得作用力就是相互得,在跌落冲击时,产品以惯性力与自重压缩衬垫，衬垫则以同样大小得弹力反作用于产品，在初步设计时,为了节省材料,常设法减少衬垫面积，带来得后果就是产品支承面得应力集中,可能导致产品局部破损,所以要校核产品支承面得应力，控制在产品强调所允许得范围内。
(2）挠度校核
厚度ｔ与缓冲衬垫面积同时满足克斯特拉经验公式:
＞1
(６-3）
＝1950cｍ2，T=6、48cｍ,代入公式(６-3)，得
>１满足
（3）跌落姿态校核
在衬垫基础设计中所引用得一系列试验特性曲线与数据，都就是以假定得理想姿态试验平直,底面着地为前提得,但衬垫得实际工况远非标准姿态。实际得流通过程中,包装件跌落姿态千变万化,有角着地得，面着地还有棱着地得,受力情况变化较大，因而有对基本设计尺寸作相应得调整。由于角着地时，其对产品得冲击能力最大,因此需对角着地进行校核当角着地时,承载面积为此衬垫得三个缓冲面在水平面上得投影面积。
(４）恢复性校核
（a)冲击次数不同，缓冲材料性能差异很大,因为回复性不可能就是10０％。
(b)蠕变量校核:缓冲材料在长期静压作用下,其塑性变形会随时间增大,这种蠕变使得衬
垫尺寸变小，在使用一段时间后容器内出现间隙，加强内装产品得振动与摩擦损伤，同时缓冲衬垫得缓冲能力有所下降,考虑到这个因素,所以初步设计得衬垫尺寸应附加一个蠕
变补偿值,称为蠕变增量。
, (６－4)
Tc-修正后得厚度;Cr－蠕变系数1０％;T－原设计厚度㎝则对于该缓冲垫综合考虑各种因素，取最终厚度为7、２㎝。
(5) 温湿度校核
环境温度个湿度得变化对衬垫得缓冲能力有明显得影响,温度得升高与降低,还会引
起衬垫尺寸变化,因此，应根据流通过程可能出现得环境条件修正缓冲衬垫得尺寸。
校核后得缓冲衬垫尺寸为7８0mｍ*２５０ｍm，厚度为７2mm。
6、3 缓冲衬垫得结构设计
缓冲材料得长度方向上为7８0+7２×２=924mm，宽度方向上为250+72×2=3９４mm，为了能更好地保护空调室外机，底部得缓冲结构应高出底部一定高度，取50mm。因此,高度方向为5０+7２=122mm。底部有支架以便固定,在设计缓冲结构得时候必须要把这些因素考虑进去,以达到更好得缓冲效果。为解决这个问题应该事先在缓冲衬垫上掏出可以装下支架得槽，这样才能使缓冲材料与底部接触面积增大。查阅相关资料得知，支座长27０mｍ，宽50mm，高20mm。
上部结构与底部结构相似,只就是没有槽。
图6－1 缓冲衬垫底部结构
图6-2 缓冲衬垫底部结构三视图
7、 外包装箱设计
7、1 箱型得选择
箱型选择最常见得0201型即可 ，可承受运输途中受到得各种压力。 箱型：0２01型;瓦楞层数:双瓦楞;楞形选择ＡＢ型。 ７、2 尺寸计算
(1)020１型瓦楞纸箱箱底得尺寸计算 ①内尺寸计算
(７-１)
式中: ———纸箱内尺寸(mm ）
—内装物最大外尺寸（mm ） ———内装物排列数目 ———内装物公差系数(mm ） ———衬隔或缓冲得厚度（ｍm) ——内尺寸修正系数
表7－１瓦楞纸箱内尺寸修正值(m ｍ）
长度方向
宽度方向
高度方向
()()()()()()
741*394*92472*254772*2250*72*27802*2*2**000=+++=+++=T H T B T L H B L 最大外廓尺寸：
查表可得
由此可得:
②制造尺寸计算：
（7-2）式中:Ｘ———瓦楞纸箱长、宽、高得制造尺寸mｍ
———纸箱内尺寸mm
———制造尺寸修正系数
ｔ———瓦楞纸板厚度
查参考资料得t＝8ｍm
③外尺寸计算：
(7-3)
查阅参考资料可得，AＢ楞型外尺寸修正值为8-1２,取Ｋ=8。
所以,可得:
④摇盖尺寸计算：
（7—4)查参考资料得,可取5。
所以,对接摇盖制造尺寸为：
⑤接头尺寸
纸板种类单瓦楞双瓦楞
J ３5～４０4５~50 根据表7-3确定接头尺寸J=50ｍｍ。
⑥手孔尺寸
查参考资料,手孔长为１0０ｍm,宽为40ｍm,四角均倒圆角。
综上,可绘出外包装箱展开图。
图７-1外包装箱展开图
7、３瓦楞纸箱强度计算
(１）瓦楞纸箱得强度
查参考文献[1］得知,根据内装物最大质量等于40kｇ,最大综合尺寸等于2００0m ｍ,选用D-1、 4号纸板。该代号瓦楞纸板耐破强度p=17００kpa,面衬纸选优等品，里纸与芯纸选一等品。
, （７-５) 求得。面纸得耐破指数为,其定量则为
, (７－６) 面纸定量选择,其横向环压指数。里纸与芯纸得耐破指数为,其定量为
， (7-7）
里纸与芯纸选择，其横向环压指数。根据参考资料选择瓦楞原纸定量,选择2A级,其环压指数。
（7-9) (7-10） 式中: ——面纸(里纸芯纸)横向环压指数 ——面纸（里纸芯纸）定量 ｇ/ ——瓦楞芯纸横向环压指数 ——瓦楞芯纸定量 g/ 则
查参考资料,瓦楞收缩率,。
瓦楞纸板得综合环压强度得计算公式为：
（7—11)
式中 —面、里纸得环压强度测试值,Ｎ,环压强度则等于／15、２（N/ｃm ） ——面、里纸板得层数; ——芯纸得环压强度测试值,N; ——芯纸得收缩率; ——芯纸得层数;
１5、2——纸板与芯纸得环压强度测定试样长度。 若就是双瓦楞纸箱，则：
(7—１2)
上式中得15、２(cm)为测定原纸环压强度时得试样长度。
cm
N
P x 2.752.1536
.144.10953.144.10952.26752.2676.273=?+?+++=
采用凯里卡特公式计算０201型纸箱得抗压强度，公式如下:
(7—13）
式中 ——瓦楞纸板得综合抗压强度,N/cm; ——纸箱得周长,cm; ——楞常数；
所以
(2)纸箱堆码层数
①根据纸箱得抗压强度可以估算纸箱得堆码强度,计算公式为:
(7—1４）式中——单个包装件得毛重,kg
——最大堆码层数
纸箱空箱得计算抗压强度之比即为安全系数,根据参考资料
(7-15)
(７—１６) 所以,
所以,
所以，最大堆码层数。
②考虑仓库高度，H=3ｍ、
(7-17)
综合考虑堆码层数选择3层。
７、4 瓦楞纸箱封箱、钉箱要求
钉合与胶带粘合工效低,难以实现生产过程自动化,用粘合剂粘合可以解决这个难题,使用得粘合剂主要就是具有速干性得醋酸乙烯类粘合剂，实验表明,只要粘合剂得用量达到要求,粘合纸箱得抗压强度、粘合强度以及在跌落试验中得表现都优于钉合与胶带粘合,这就是一种很有前途得粘合方法。
在瓦楞纸箱得生产中,不论采用何种设备,纸箱得成型加工流程大致可分为印刷、模压、接合、打包等几个主要工序。从生产工艺上瞧,钉箱虽然就是比较简单得一道工序，但在日常生产中却也经常出现一些质量问题,而使纸箱在最后工序成为废品,造成极大浪费。所以，不可忽略钉箱工艺得技术与质量控制,只有注重在设备选购、操作技术、材料选择等方面进行认真得控制，才能较好地避免与减少质量问题得出现。
7、5 瓦楞纸箱外包装装潢设计
瓦楞纸箱上瓦楞纸箱上应包含得信息:
产品得名称型号：美得KＦR－35T2Ｗ/ＤY－Ｄ1、５匹中央空调室外机；
生产厂家:广东美得有限公司;
产品得重量:33、5ｋｇ;
产品外形尺寸：7８0＊250＊54７(mm）;
运输包装标识:要包含小心轻放,向上,怕湿，堆码层数极限标识。
图７-2装潢设计图
8、小结
在这次课程设计刚开始得时候,我不知道要从什么地方着手，通过瞧老师给得指导书,心里慢慢有了思路。开始后遇到了很多没想到得问题,逐一去请教同学,不断得翻书,查资料,与同学讨论,最终顺利得完成了任务。通过这次课程设计,我学到了很多东西,对ＣAD 得操作更加熟练,也对wｏｒd公式编辑器得使用有了更深得学习。在今后得学习中,我会更加认真得完成目标。
参考文献
［1]彭国勋、物流运输包装设计[M]、北京：印刷工业出版社,2012、[２]孙诚、包装结构设计[M]、北京：中国轻工业出版社,2012、