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1、授课知识点、缓冲包装设计的基本要求包装动力学 的振动与冲击 基本理论、缓 冲包装材料、_ 产品的脆值及厂 破损边界理论，. 为进行产品的 缓冲包装设计 提供了基础。、本章小结二、缓冲包装设计的步骤三、缓冲包装衬垫设计四、缓冲包装结构设计第一节缓冲包装设计的基本要求一、缓冲包装设计考虑的因素 _ 一在进行产品缓冲包装设计时，应考虑的因素很多，如被包装产 品本身的特性、流通环境条件、包装材料的特性、外包装容器和封 缄材料的特性、包装技术与方法以及包装产品的性价比等。被包装产品特性产品的主要特性包括：脆值、形状、尺寸、体积、重量与重心。2.流通环境因素产品在流通过程中，应考虑运输区间、运输方式、装卸
2、次数、等 效跌落高度、冲击方向、气候条件、贮存条件等对产品的影响。第一节缓冲包装设计的基本要求3 .缓冲包装材料缓冲性能4 .外包装容器结构、形状、材质及强度;5 .封缄材料的特性；6 .包装的工艺性；7 .其它包装技术：如防潮、防水、防锈、防尘等。二、缓冲包装设计的要求1 .保护性：减小传递到产品上的冲击、振动外力。分散作用在产品上的应力。呆护产品的表面及凸起部分。防止产品相互接触。防止产品在包装容器内移动。保护其它防护包装。2 .经济性：包装不足一高破损率，过分包装一高包装成本。3 .方便性：方便包装，方便使用，方便处理包装废弃物。4 .环保性符合包装与生态相容性及循环经济的要求。第二节缓
3、冲包装设计步骤缓冲包装设计的步骤1. 一般步骤：确定环境：运输区间、运输方式、装卸次数、等效跌落高度、冲击方向、 气候条件、贮存条件等。主要确定运输过程中的冲击和振动。 分析产品：产品脆值;产品固有频率;产品的形状、尺寸、体积、重量、重 心，数量等。缓冲衬垫的设计：对产品提供冲击和振动防护；综合考虑安全、实用、经济等各 方面的因素。要了解缓冲材料的力学特性，以及加工的工艺性能和 价格等。第二节缓冲包装设计步骤设计并制作包装件样品：除了缓冲衬垫外，还考虑包装结构、包装材料价格和特殊装 运要求等，并进行包装件样品的设计和制造。设计和制造出可以 代表最后包装件的样品，供试验用。对包装件样品进行试验设
4、计时进行了简化，只考虑了主要影响因素，忽略了很多次 要因素，譬如缓冲衬垫的形状的影响，侧垫的摩擦等等，因此， 所设计的缓冲包装在试验和实际中是否真正能获得预期的效果, 必须通过实测，才能确认。包括：跌落试验；定频与变频正弦振动试验；随机振动试验.第二节缓冲包装设计步骤2.美国Lansmorrt公司提出的缓冲包装设计六步法流通环境的确定 确定产品特性 产品的重新设计 选择缓冲材料 包装设计 包装件的试验第三节缓冲包装衬垫设计缓冲包装设计的主要任务是求取缓冲衬垫的面积和厚度，由于缓 冲材料的特性大多数呈非线性，应力应变关系往往十分复杂，常用 的数值积分法求解加速度时间函数因过于繁琐而不便应用。目前
5、国内外普遍采用:1.缓冲系数与最大应力曲线 c-b,”2.最大加速度与静应力曲线G,” 一任3 ,应力应变曲线 b 三种途径进行缓冲设计，有时需用振动传递率曲线来作防振包装 的校核。无论采用哪种方法，对求得的面积和厚度都应进行校核, 一般当求得的面积太小，厚度太大时，衬垫在产品冲击力作用下,会产生弯曲变形，因此要采用下列经验公式校核衬垫的稳定性:4nNL33T)2第三节缓冲包装衬垫设计一、缓冲系数与最大应力曲线法三种情况：设计缓冲材料的用量、优选缓冲包装材料、求出最大冲 击力和最大加速度1 .缓冲材料的用量计算 已知W、H、G,及某选定缓冲包装材料的 C b曲线，计算缓冲材料的合理用量。(1)
6、对缓冲面积的大小无特殊要求，设计过程为： 从C b,曲线上查出最低点的修 6值。A WG-A _ 求出缓冲面积：5t_CH求出缓冲材料的厚度/一万二例61 一重量为10kg的产品，脆值为80g,要保证从60cm的高处跌落而不被损，规定用密度为0.037g/cm3的聚氯乙烯(图4-35) 作衬垫,试计算衬垫所需尺寸。解：整理已知条件：W=10, Gm=80, H=60查图4-35,这种聚氯乙烯材料在.6 X105Pa时有最小 缓冲系数,c=3.8,故按式(6-2),承受跌落的负载面积：4 WGm 10x9.8x802、A =-=L = 490( cm-)1.6xl05T = C= 3.8x= 2
7、.85(cm) G. 80即本例所求的衬垫尺寸At=490X2.85(cm3)第三节缓冲包装衬垫设计一质量为9Kg的产品，脆值为50,装入底面积为 750cm2的箱内，设定的跌落高度为60cli1,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：整理已知条件，=9Kg,住50g ,房60cm由图4-35缓冲系数曲线知，最小缓冲系数R5.7,对应的应力值为bin =0. 17X105Pa,故有WGm 9x9.8x50 -2、A = = 2594( cm-)0.17xl05显然，此面积大于容器底面积，无法装入容器箱，说明本设计选料不当。若选用密度大一倍的聚氨酯泡沫，则
8、它的最小缓冲系数为C=3.3,对应的最大应力值为bm =0.7X105Pa,此时的承载面积为:WG 9x9.8x500.7 xlO5=630( cm2)衬垫厚度为:求出最大允许应力WGm =T = C= 3.3x = 3.96(cm)G 50校核：Anin R33T)2 =(1.33x3.96)2 = 27.74所以,缓冲垫的尺寸为A=630cm2； T=3e 96cmo第三节缓冲包装衬垫设计(2)缓冲面积已给定,在缓冲面积有特殊要求的情况下，可以按下列 过程进行包装设计：A 由C 6曲线查得b6对应的C；由缓冲材料厚度丁=a Gm求出厚度。某产品质量为15Kg,脆值6=60,包装箱底面积为4
9、0X40cm2,设 计的跌落高度居80cm,欲以图4-35所示的密度为0.031g/cm3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，即於1600cn）2。衬垫最大应力为:WG 15x9.8x60,八5ncym = 55125(Pa) 0.55x 10 Pa A 0.16如果规定用缓冲材料是图4-35中的曲线10,则在横轴上取6=0.55X105Pa的点，并向上作垂线与曲线10相交，该交点的纵坐标R9就是所要求的缓冲系数，故衬垫的厚度为：T = C=9.0x 60=12(cm)第三节缓冲包装衬垫设计缓冲垫的厚度已给定,则按下面过程进行缓冲包装设计:由式（
10、6-3）求出缓冲系数 丁CH在C-b,曲线图中，根据所求得的旗作一水平直线，这时可 能出现两种需况：（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）水平线与曲线有两个交点 5和6, 5在 5、6之间的取值都可以，一般取=b2以减少缓冲面积节省材料 求出缓冲面积bm被包装物质量於25Kg,易损度施=40,跌落高度居70cm,现有缓冲材料的 Cb”,曲线如图6-2所示，材料厚佗4cm,要求衬垫面积小于6000cm2,应如何进行缓冲包装设计:Gn(X 105Pa)图6-2缓冲材料曲线第三节缓冲包装衬垫设计解：这个题型是对缓冲面积有特殊要求的。先考虑用一
11、 层缓冲垫，则TGm 4x40 H 70求出缓冲系数 3TG 2x4x40C = 4.3 /70在图6-2中作合4. 57水平线，与曲线交于两点，取=0.12xl05(Pa)求出缓冲面积a40x25 qqqq 2 A AAA 2A = 8333cm 6000cm-(ym 0.12表明使用二层缓冲衬垫时，缓冲面积至少要求有8333cm2 ,超过允许值，不符合要求。需用三层衬垫：求出缓冲系数厂 31TG, 3x4x40H 70第三节缓冲包装衬垫设计在图6-2中作合6.9水平线，与曲线交于两点，取 5 =0.28x105 g)求出缓冲面积GmW 40x252 /Nnnc 2A = 3571cm G,
12、不安全。心7.5cm的曲凌最低点离G,“=缀远，若取伫7.5,则衬垫太厚，太不经济。因此设想有一条未知曲线，如图中虚线，其最低点的G,恰好等于65,计算所求的衬垫面积与厚度。(1)按T=5cm曲线最低点计算根据T=5cm曲线最低点的 G,与曲乘积为常量，即第三节缓冲包装衬垫设计(GD 最低点=73 x 5 = 365(cm)=365(cm)未知曲线最低点 Gm = 65 ,储定，且65U =(G,7)最低点故所求衬垫厚度为丁 365.、T = 5.62(cm)65根据T=5cm曲线最低点的有as的乘积为常量，即(GC)最低点=73x2.5 = 183(kPa)未知曲线最低点 G =65则故待定
13、的衬垫静应力区为: ms1 Qa5 =上=2.82(kPa) = 0.282(N/cm2)65因此衬垫面积为25x9.8= 869(cm2)(2)按7三7.5cm曲线最低点计算同理：7=7. 5cm,衬垫面积为J=881 (cm2)由此可见，按上下两条邻近曲线求得衬垫面积与厚度非常接近, 说明这种计算方法是合理的。第三节缓冲包装衬垫设计3.求解产品跌落冲击时的最大加速度对于已经完成缓冲设计的包装件，产品质量、跌落高度、缓冲 材料、衬垫面积与厚度都是已知量，运用该材料在设计跌落高度下m st包装件跌落冲击时的最大加速度。m=20kg的某产品采用 G, -曲线如图6-5所示的缓冲材 料，衬垫面积
14、A = 654cm厚度三45cm,包装件的跌落高度 H=60cm,试求产品跌落冲击时的最大加速度。解：衬垫的静应力为mg _ 20x9.8 654xl0-4=3(kPa)在图6-5上作 b、=3kPa垂直线，在伫4cm和75cm两条曲线间插值，得到病当于衬垫厚度之.5cm的 b对应点C, CA点的纵坐标gtn=55就是产品跌落冲击时的最大加速度。本例可见，用 G一b胸线预测确定缓冲设计方案包装件跌 落冲击时产品的最关加速最 方法十分简单。且因 g -am s曲线来自实验测定，求解结果更加可靠。三、振动传递率曲线的应用1.传递率曲线应用单自由度包装系统在受迫振动条件下的振动响应,可以用传 递率表示，即1 + (2 4)2。一万了+已久)22,衬垫材料的防振性能包装系统的防振性能,取决于该系统的固有频率3和衰减系数I o对于线性系统:对于任一既定的缓冲包装系统,其固有频率由被包装产品的重量W、允许的最大加速度Gm、跌落高度H来确定。由于对于非线性的缓冲包装系统,第四节缓冲包装结构设计1.全面缓冲包装的解释全面缓冲包装是用缓冲材料填满被包装物与外箱之间的空隙。 (图6-14)。这种方法适用于小批量、多品种、异形、零散的产 品的一次性包装。对于大中型产品用这种包装，耗料多，成本高， 而且缓冲效果也不一定好，一般不宜采用。3.全面缓冲包装典型方式(1)填充式包装(4)发泡包装