运输包装

缓冲衬垫的设计
运输 包装
2.最大加速度～静应力（G－σst）曲线— 动态缓冲系数曲线
•
•
全面缓冲
缓冲衬垫的设计
（G－σst）曲线的应用
全面缓冲法：已知面积，求T
运输 包装
（1）求静应力；
st
104W st ( Pa) A
（2）根据H、G在G－σst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T。 局部缓冲法： （1）根据H找对应曲线； （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交点。 （3）取与之相交的厚度较小的缓冲材料进行设计，得到T。 （4）选最右边的交点（静应力较大的交点），用料面积最省。
例5: 一重力为90N，脆值为50g的产品，欲装入一底面积为750cm2的容器箱 内，设定的跌落高度为60cm，如果采用密度为0.075g/cm3的石棉作衬垫，试 检验该设计的合理性。 解：已知W=90N，G=50g，H=60cm,查缓冲系数—最大应力曲线图 该石棉材料，最小缓冲系数C=5.7，对应的应力值为 σm=0.17×105 Pa A=WG×104/σm =90×50×104/(0.17×105 ) =2648 cm2
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H W T C m G G A
T:衬垫厚度 ，cm W:产品重量 , N A:衬垫有效面积 , cm2 G:产品脆值 H:等效跌落高度, cm
缓冲衬垫的设计
常用的设计步骤
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确定材料 — 选定曲线 — 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）
• 全面缓冲包装 求A，A=产品表面积； 求 T，
例1 一重为100N的产品，脆值为80g，要保证从60cm的高处跌落而不破损， 规定用密度0.031g/cm3的聚氯乙烯作衬垫，计算衬垫尺寸。 解：已知 W=100N，G=80g，H=60cm
查缓冲系数—最大应力曲线图 在σm =3.6 × 105Pa时对应最小缓冲系数C=3.6
故
T=CH/ G=3.6 × 60/80=2.7 cm
此面积大于容器底面积，无法装入，说明本设计不合理。 若选用密度大一倍的聚氨酯泡沫，则最小缓冲系数为 C=3.3，对应的最大应力 值为σm=0.7×105 Pa，此时的承载面积为： A=WG×104/σm =90×50×104/(0.7×105)＝643 cm2
垫的厚度 T=CH/G=3.3×60/50=3.96 cm
查最大加速度——静压力曲线, 与Gm=60g的交点为图上B点
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！
•
缓冲衬垫的设计
(2)设计局部缓冲衬垫 在Gm=60g处作一条水平线，取厚度较小的缓冲曲线进行设计； 则T=4cm，它的两个交点为C和D，取交点D进行设计最省料。
5 D点对应静应力为 sd 0.07 10 ( Pa)，所需承载面积：
两种情况： （a）水平线与曲线无交点，说明这种缓冲垫厚度T不合要 求，可以更换或用多层缓冲垫以增加厚度； （b）水平线与 C－σm 曲线有两个交点，一般取应力较大 的点，以减少缓冲面积，节省材料。
WG
GT 求出缓冲系数 H
③ 求出缓冲面积
A
m
例4: 被包装物质量25kg，脆值为40g，跌落高度为0.7m，缓 冲材料已定，曲线如图，材料厚度0.04m，要求衬垫面积小于 0.6m2,应如何进行缓冲包装设计？ 解： GT 40 0.04
•
•
•
例7： 一重为200N的产品，脆值为 60g，产品底面积为50cmx40cm, 预计跌落度为50cm，规定用图中 的聚氯乙烯作衬垫，计算衬垫尺 寸。
解：已知 W=200N，G=60g，H=50cm （1）求静应力
104W 104 200 st 0.01105 ( Pa) A 50 40
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m
—冲击时最大应力；Pa。
应力过大：●扩大承载面积； ●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 力与其他各部位的强度相适应等。
缓冲衬垫的校核 2.挠度校核
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衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定比值时，衬垫容易挠 曲或变弯，大大降低衬垫的负重能力 Amin/（1.33T）2>1 T—厚度，cm； A—面积，cm2。 或Amin>（1.33T）2
运 输 包 装
机电学院 潘运平
第六章 运输包装缓冲包装设计
1
运输 包装
缓冲与防振包装设计的六步法
缓冲包装设计
2
3 4
防振包装设计 缓冲包装系统的最新发展
缓冲与防振包装设计的六步法
六步法
运输 包装
1、根据第四章推荐的数据确定环境条件； 2、根据第五章介绍的办法确定产品脆值； 3、如果发现产品脆值偏低，应考虑重新设计产品中的关键件 结构，提高其脆值； 4、根据产品脆值和缓冲材料特性，设计缓冲材料的结构和确 定其最佳尺寸； 5、设计并制作原型包装结构； 6、按国家标准规定的或客户要求的条件，试验评价原型包 装。如果试验结果与设计的预期结果不一致，重复上述步骤， 直到满意为止。
运输 包装
A
104 W
sd
104 200 2 285 ( cm ) 5 0.07 10
图中E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 E点设 计有： 0.04105 ( Pa)
A
104 W
se
se
104 200 2 500 ( cm ) 5 0.04 10
缓冲包装设计
二.局部缓冲包装
特点： 1.在受力部位或易损部位进行缓冲； 2.厚度可变； 3.节省包装材料； 4.适于大批量形状不规则产品的包装,应用最广。
运输 包装
运输 包装
缓冲包装设计
运输 包装
常见局部缓冲包装的其它形式
角滚式
整体浇注式
支撑式
缓冲包装设计
三.悬浮式缓冲包装
特点： 1.用弹簧悬吊包装物； 2.适用于精密、脆弱产品，如大型电子管，大 型计算机，制导装臵等； 3.外包装必须使用坚固的外包装容器。
A=WG × 104/ σm =100 × 80 × 104/(3.6 × 105)=222 cm2
缓冲衬垫的设计
运输 包装
（2）缓冲面积已定，设计包装应按照：
① 求出最大允许应力
② 由C－σm 曲线查σm 得对应的C
③
由缓冲材料厚度 T
CH G
求出厚度
例2 用纸箱作内包装，把一重为100N，脆值为30g的产品装入箱内，用衬垫 把它与外包装箱隔开，箱底面积2000cm2，设定跌高为60cm，试选择适当的 缓冲材料，计算其尺寸。 解：已知 W=100N，G=30g，H=60cm 采用全面缓冲包装则 A=2000 cm2 σm=WG/A × 104=100 × 30/2000×104 =0.15×105 Pa 查缓冲系数—最大应力曲线图 当σm =0.15×105Pa时，密度为0.08的发泡聚氯乙稀有最小缓冲系数 ，C=3.5 故 T=CH/G=3.5×60/30=7 cm 该设计采用密度为0.08的发泡聚氯乙稀作缓冲垫，尺寸为 A×T=2000×7 (cm3)
缓冲包装设计
缓冲包装的定义：以缓和冲击为目的的包装
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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。
缓冲包装的分类： 全面缓冲包装 局部缓冲包装 悬浮式缓冲包装 一.全面缓冲包装 特点： 1.对产品进行全面缓冲防护； 2.减小材料厚度和包装件体积； 3.适合小批量产品包装； 4.丝状、薄片状或粒状材料或现场发泡。
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一.衬垫结构选型
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贴片衬垫
角衬垫
孔型衬垫
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二.确定设计的基本参数
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； a. 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： h=300×W-1/2
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h—跌落高度，cm
W—重量，Kg（>16kg） b. 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） 国标GB4857.5—84 日本JISI0202 美国军用标准MIL—P—116H 跌落试验高度 自由跌落试验条件 自由跌落试验条件
C H 0.7 2.29
查缓冲系数—最大应力曲线图，与曲线无交点，厚度不够。 改为两层
2TG 2 0.04 40 C 4.57 H 0.7
与曲线有两个交点，取σm = 0.12×105 Pa
A WG
m
40 25 9.8 2 2 0 . 8167 m 0 . 6 m 面积过大 5 0.1210
m
CH W 利用 C－σ m 曲线查出C值—— T （定义） G G A
最小缓冲系数法
• 局部缓冲包装 最省材料法
（1）作切线得C
min
, m ；
CH T （ 2） G
（3）A WG
m
1 缓冲材料的用量计算 缓冲衬垫的设计
（1）缓冲面积的大小无特殊要求，可采用全面缓冲、部分缓 冲或其他方法。
改为三层衬垫：
C 3TG 3 0.04 40 6.86 H 0.7
与曲线有两个交点，取σm = 0.28×105 Pa
A
WG
m
40 25 9.8 2 2 0 . 35 m 0 . 6 m 0.28105
使用三层缓冲衬垫可满足缓冲包装要求。
2 选择缓冲包装材料
查缓冲系数—最大应力曲线图 该材料在σm=0.55×105 Pa 的点，并向上作垂线与曲线相交，交 点对应C=9.2 衬垫的厚度
CH 0.8 T 9.2 0.12 (m) G 60
缓冲衬垫的设计
（3）缓冲衬垫的厚度已定，设计包装应按照：
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①由
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C
② 在C－σm 曲线，根据求得的C作一水平直线，可能出现
缓冲衬垫的校核 3.跌落姿态校核
C m
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都是以理想姿态为前提（试样平直，底面着 实际跌落姿态：角跌落 棱跌落 面跌落
受力情况变化较大——对基本设计尺寸作校核和调整
G和 m s
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（1）全面缓冲条件下不同姿态的跌落试验
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：• 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） • 角跌落或棱跌落时，衬垫的负载面积比面跌落时增大了。
c.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。
缓冲衬垫的设计
代表材料性能的缓冲特性参数
选材原则：● 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； [G]<20g，弹簧 30g<[G]<250g，泡沫塑料、海绵 400g<[G]<600g，橡胶，木材 [G]>1000g，不用缓冲材料
故该设计取T=4cm的聚苯乙烯泡沫垫，承载面积可作两种选择，节约用料取 A=285Cm2，提高产品安全率取A=500cm2。
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A角=1/4A面。
缓冲衬垫的校核 1.产品强度校核(产品支承面的应力校核)
[ ] m
[ ] —产品许用应力；Pa；
例3: 某产品质量15kg，脆值为60g，欲装入一底面积为0.16m2的 容器箱内，设定的跌落高度为80cm，如果采用密度为31kg/m3的聚 氯乙烯泡沫作全面缓冲，试求该衬垫厚度。 解：作全面缓冲时，衬垫面积等于产品面积，A=0.16m2 衬垫最大应力为：
σm=WG/A =15×9.8×60/0.16 ≈0.55×105 Pa
缓冲衬垫的设计
代表产品特性的脆值参数
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a.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。
b.标准量值法 美国军用标准 MILHDBK304 美国MTS标准 日本防卫厅规格 NDS 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个合理的许 用脆值。
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选定材料后，找相应的曲线： 缓冲系数～最大应力（C－σm）曲线 最大加速度～静应力（Gm－σst）曲线 缓冲系数～应变率 （C－ε） 曲线 缓冲系数～变形能 （C－e） 曲线 振动传递率～频率特性(Τr－f)曲线
缓冲衬垫的设计
三、选取特性曲线确定衬垫基本尺寸 1.缓冲系数～最大应力（C－σm）曲线的应用