缓冲材料及设计资料

因此，由σ曲线可以
得出C和σm值，从而绘
出动态缓冲系数—最大
动应力曲线（C—σm曲
线
）
。
例：将密度为0.0353的某种缓冲材料制成10×10×10的试件， 在落锤冲击机上进行冲击试验，各次试验的跌落高度均为60， 各次试验的重锤质量及测得最大加速度列于下表，试绘制这种 材料的动态C—σm曲线。
解： mG m A Wm am104M Pa
解：一般我们用表格法来解题
ε(%)
σ()
e(3)
C
0
0
0
∞
0.1
0.06 0.003
20
0.2
0.13
0.12
10.4
0.3
0.17 0.027 6.18
0.4
0.2
0.043 4.65
┆
┆
┆
┆
顶点 0.93
0.95 0.235 4.03
根据上表数据，可以绘制出C—σm 曲线、C—ε曲线、C—e曲线。
2、动态缓冲系数
通过动态试验法得出的缓冲系数—最大动应力曲线。
①设冲击高度为H，缓冲 材料的厚度为h，面积为A， 试验重锤重量为W，可得到 缓冲材料的静应力为
st
W A
经过测试，不同的重锤重
量可测得不同的最大冲击加
速度值，由此可以绘制出缓冲材料的最大冲击加速度—静应力 曲线（—σ曲线）
②重复上述步骤，在冲击高度H和面积A不变的情况下 ，改变缓 冲材料的厚度h，这样每改变一次厚度h，都可以得到一条—σ曲线。 ③同样，在缓冲材料的厚度h和面积A不变的情况下 ，改变冲击高度 H ，也可以得到一族—σ曲线。
m G A W 1 0 4 1 0 0 2 3 0 0 0 0 1 0 4 0 .1 5 1 0 5 P a
查表知，当m0.15105Pa时，材料⑦（密度为0.012的泡
沫橡胶）有最小缓冲系数，且C = 3.5
故缓冲垫厚度为 hH GC3.536007cm
●利用动态—σ曲线 例：某产品重量为150N，脆值为55，允许的跌落高度为60， 产品为边长为25的正方体。拟采用下图所示缓冲材料，试求 衬垫应有的厚度。
CGH mh0.01667am
W（）
x m （2）
σm（）
C
1.0
656.5
0.066
11.17
1.3
588.0
0.076
10.00
2.0
441.0
0.088
7.50
3.0
323.4
0.097
5.50
5.0
245.0
0.123
4.17
┆
┆
┆
┆
30
441.0
1.323
7.50
根据上表就可绘制出C—σm曲线。
四、缓冲材料与缓冲防振包装设计
4.1缓冲材料力学与理化性质
一、线弹性材料
F
二、正切型弹性材料
o
x
F
F0
tan
k0 x F0
F 2k0db tan x
2db
三、双曲正切型弹性材料
F
F0
tan
k0 x F0
四、三次函数型弹性材料
Fk0xx3
特性 EPE
复原
缓
密
尘
腐
吸
含
防
耐
柔
成
粘
使
可
性
冲
度
埃
蚀
水
水
霉
候
曲线1：2.25 曲线2：4.5 曲线3：6.75 曲线4：9.0 曲线5：11.25 曲线6：13.5
当缓冲材料达到最大应变εm时，重锤W在高度H所具有 的势能等于缓冲材料的形变能，即
A hmdW H mdW H
0
0
A h
m
GmW A
动态缓冲系数 C m dGm AWW AH hGH mh 0
4.3 缓冲与防振设计
1、缓冲设计
设计的包装体系可以将产品和包装收 到的冲击的传递转变为长脉冲宽度和 低加速度幅值的响应； 包装和产品必须保证在运输过程中的 任何时候不高于设计的落下高度跌落； 同时，产品受到的冲击传递必须低于 产品的脆值风险值。
2、缓冲包装的形式
• 全面缓冲包装法 • 是指包装容器内所剩的空间全部用缓冲材料填空。 • 局部缓冲包装法 • 是对产品的拐角、棱及侧面进行衬垫缓冲的方法。 • 悬浮缓冲包装法 • 是用弹簧把产品悬吊在包装容器内。
F/A x/h
将力—形变曲线转变成应力—应变曲线，计算缓冲材料的形变能 E
E 0 xF d x0 A h d A h 0 d
设e
d
0
，e为单位体积缓冲材料的形变能，所以
EAhe
缓冲系数为
C1FEhAAhehe
例：已知密度为0.0123的缓冲材料由万能材料试验机测试出的 静态应力—应变曲线如图所示，试绘制这种材料的静态缓冲系数 曲线。
3、缓冲材料的选择与衬垫用量设计
●在静态C—σm曲线中找出相应的σm值。由
m
GmW[G]W得到面积 AA
A
G W
m
，厚度 h C H
[G ]
●在动态—σ曲线中找出相应的σ值。因此
mG m st G st
因此，在已知缓冲材料的静态C—σm曲线和动态— σ曲线中的任一条的情况下，再结合产品的重量、 脆值、等效跌落高度，就可以进行缓冲衬垫的计算。
软
型
合
用
燃
性
度
性
性
量
性
性
性
性
性
范
性
能
围
好
小
无
无
无
无
良
良
良
良
良
易
优
宽
燃
EPS
稍差
优
小
很
无
无
无
良
Fra Baidu bibliotek
良
稍
优
良
窄
易
小
差
燃
PU
好
优
小
无
无
无
微
良
良
优
优
良
宽
易
燃
EVA
好
优
小
有
无
无
无
良
良
优
良
良
宽
易
燃
XPE/IXP
好
优
小
无
无
无
无
良
良
优
良
良
宽
易
E
燃
瓦楞纸 板
差
稍
一
稍
无
大
有
不
良
不
不
优
宽
易
差
般
有
良
良
可
燃
纸浆模
一般
差
大
稍
无
大
有
设缓冲材料的原始厚度为 h，其
产生的变形能为
x
E 0 Fdx
每个单位厚度缓冲材料吸收的
能量为 E / h
定义缓冲效率为：单位厚度缓冲材料吸收的能量与作用力的
比值，用η表示
EF E
h
Fh
定义：缓冲效率的倒数就是缓冲系数，用C表示。
C 1 Fh E
1、静态缓冲系数
通过静态试验法得出的缓冲系数—静应力曲线。
●利用静态C—σm曲线 例：把一重力为100N，脆值为30的产品装入箱内， 用衬垫将它与包装箱隔开，包装箱内部每面面积为 20002，设定等效跌落高度为60，试选择适当的缓冲 材料进行全面缓冲 ，并计算其尺寸
最大静应力。单位为105
解：已知W = 100N，G = 30g，H = 60 ▲采用全面缓冲方式，有A = 20002，则
不
良
差
优
良
宽
易
有
良
燃
皱纹纸 垫
差
不
一
大
无
大
有
不
良
不
不
良
宽
易
良
般
量
良
良
可
燃
化纤丝
稍差
良
小
有
无
无
无
良
良
优
－
－
稍
易
窄
燃
金属弹 簧
无
不
大
无
无
无
无
良
良
差
不
不
宽
不
良
可
可
燃
橡胶
无
优
大
无
稍
大
有
不
不
优
良
良
窄
易
有
良
良
燃
薄膜气
稍差
良
最
无
无
无
无
良
良
优
不
良
宽
易
垫
小
良
燃
薄膜悬
稍差
优
极
无
无
无
无
良
良
优
良
良
宽
易
挂
小
燃
4.2 缓冲材料的缓冲系数
解：采用全面缓冲方式，有 A = 625 2，则静应力为
st W A 1 0 4 2 5 1 5 0 2 5 1 0 4 0 .0 2 4 1 0 5P a