运输包装设计

2.挠度校核
衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定厚度时， 衬垫容易挠曲或变弯，大大降低衬垫的负重能力， 如图所示。
为了避免挠曲，其中最小承载面积Amin与厚 度T之比应符合以下规定（克斯特那经验公 式）：
Am in (1.33T )2
1或Amin
(1.33T )2
F
式中：T——厚度，cm ； A——面积，cm2 。
2. 产品脆值的确定 （1）试验法
冲击试验机 跌落试验机
振动模型估算法
（2）估算法
冲击模型估算法
经验估算法
（3）类比法 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
3. 缓冲材料的缓冲特性
一般的选择原则
[G]<20g，选用弹簧（或多级缓冲）； 30g < [G]<250g，选用泡沫塑料、海绵； 400g < [G]<600g，选用橡胶、木材； [G]>1000g，不用缓冲材料。
衬垫尺寸变小，加剧内装产品的振动和摩擦擦伤，缓 冲衬垫的缓冲能力有所下降。
初步设计的衬垫尺寸应附加一个蠕变补偿值，称 为蠕变增量，其大小按下式计算：
Tc=T(1+Cr)
式中：Tc——修正后的厚度cm； T——原设计厚度cm； Cr——蠕变系数%。
5.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。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。
校正办法：
➢取B点对应的静应力，来确定角衬垫角跌落
有效面积，则：
Ae
W
stB
200104 0.05105
400cm2
Ae 3L2 400cm2
L2 400 231cm2 3
L 15.2cm
➢则面跌落时的承载面积和静应力为：
A 4L2 4 231 924cm2
st
W A
200104 924
产品的许用脆值、形状、尺寸、重量、体积、重心、数量； 流通过程中的环境条件，如运输区间、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； 包装材料的特性； 外包装容器的结构、形状、材质及强度； 封缄材料的特性； 包装的工艺性； 其他的包装方法，如防潮、防水、防锈、防尘等。
三、缓冲包装设计的一般步骤
对应的： st 0.04 105 Pa
A W
st
200 0.04 105
10 4
500 cm2
局部缓冲包装，采用角垫的形式时：
A角
1 4
A面
三、 缓冲衬垫的校核
1.产品强度校核
校核产品在载荷方向上与缓冲材料的接触部分的强度。 (应力集中)
m
式中： -产品许用应力；
m -冲击时最大应力。
运输包装设计
运输包装设计包括两方面设计： 一、缓冲设计 二、外箱设计
第一章 缓冲设计 第一节 缓冲包装设计的要求
一、一般要求
减小传递到产品上的冲击、振动等外力； 分散作用在产品上的应力； 保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； 保护其他防护包装的功能。
二、缓冲包装设计考虑因素
H=40cm T=1cm T=2cm T=3cm
局部缓冲包装
（1）根据Ｈ查相应的Gm~σst 曲线，找出许用脆值作水 平直线，与曲线有多个交点。 （2）取厚度较小的缓冲材料可省料，确定Ｔ。 （3）脆值与该厚度曲线有两个交点，取σst 值大者，
可省料。根据 A W 确定A。
st
H=40cm T=1cm T=2cm T=3cm
外面是一种增塑塑料膜袋，无色透明，将 产品放入膜袋中后，采用隐形的方式将产 品固定，然后密封充气，使产品悬空包装 在充气袋中，是高消费产品如化妆品、电 子产品等的理想外包装。
第三节 缓冲衬垫设计的基本方法
一、衬垫的初步设计
1. 等效跌落高度的确定
经验公式法
标准量值法 根据我国、日本、美国等一些国家的标准，以及一 些产品的行业标准来确定跌落高度值。 日本标准JISI0202 、美国军用标准MIL-P-116H、中 国标准GB4857.5-84 ，可根据产品重量、最大尺寸 范围、运输条件，由表格直接查到跌落高度值。
特点
一般采用泡沫塑料成型缓冲垫、充气塑料薄膜缓冲垫、 橡胶弹簧等作为缓冲体。对其受力部位或易损坏部位 进行缓冲，可节约材料，降低包装成本，缓冲效果好， 是目前应用最广的一种包装方法。
局部缓冲包装应用实例
蜂窝纸板局部包装 （上下结构）
纸板局部包装 （左右结构）
纸板局部包装 （前后结构）
角衬垫 棱衬垫
对于全面缓冲包装来说：
已经确定缓冲衬垫面积等于产品表面积A，只需确 定衬垫厚度T。具体求解过程如下：
（1）由公式
m
WG A
求出最大应力；
（2）找出缓冲系数 C —最大应力曲线 m中对应最大
应力值的缓冲系数 C；
（3）根据公式 T CH ，求出缓冲衬垫的厚度T。 G
确定缓冲材料后，设计步骤如下②：
解 ： 过 G=60 作 水 平 线 ， 与 曲线族相交，取厚度小的 曲线进行设计，T=4cm。 交于C、D两点,D点应力大， 省材料面积。
A W / stD 104
200 /(0.07 105 ) 104
285(cm2 )
最小加速度法：
对于曲线最低点对应的加速度值最小，缓冲效果 更好，产品的安全性更高。则取T=4cm曲线的最 低点E点作设计。
m
最省材料，即体积V最小，即求V极小值。
对V求导，W,H是常数，C是 m 的函数，
V对 m求导得
V
WH
(C m C) m2
0
C
C
m
假设在曲线上找到这一点
满足
C0 m0
C0
则曲线在
点的切线方程为（点斜式）：
C C0 C0 ( m m0 )
特性曲线
缓冲系数-最大应力曲线 最大加速度-静应力曲线
二、缓冲衬垫尺寸的确定
1. 缓冲系数 C ~最大应力曲线 m应用
常用设计方法 最小缓冲系数法 最省材料设计法——过原点切线法（局部缓冲）
常用公式
三类基本问题 对指定的材料计算尺寸； 选择最适当的材料并决定其尺寸； 比较不同材料的优劣。
确定缓冲材料后，设计步骤如下①：
100 1.33 52 44.2225
所以角衬垫不会发生弯曲变形，校核通过。
②角跌落时的等效跌落面积为（取K=1）：
Ae K 3L2 1 3 102 173cm2
此时的静应力为：
st
W Ae
200104 173
0.116105 Pa
在图中，此静应力值对应的加速度值超过了产品脆 值，所以校核不能通过。
全面缓冲包装应用实例
超轻型泡泡粒包装
气
可以迅速均匀地填满
垫
各种形状和大小物品 周围的全部空间。
包 装
发泡袋现场成形包装
纸 包
发泡袋自动充满产品与
装
包装箱之间的空隙形成
产品缓冲垫。
气泡衬垫全面包装
泡沫衬垫 全面包装
二、局部缓冲包装法
定义
指对被包装产品或内包装件的 拐角、棱及侧面进行衬垫缓冲 的方法。
stA 0.015 105 Pa、 stB 0.05 105 Pa
为节省材料，取B点进行设计，则：
W A
stB
200104 0.05105
400cm2
则每个衬垫的承载面积为：L2 Leabharlann Baidu400 / 4 100 cm2
L 10cm
①挠度校核。
利用克斯特那经验公式 Amin 1.33t2 ，得：
解：已知W=100N，G=30，H=60cm,全面缓包A=2000cm2
查图5-12，当
时，材料⑦（密度为0.12g/cm3
的发泡橡胶）有最小缓冲系数，且C=3.5
因此该设计采用密度为0.12g/cm3的发泡橡胶作缓冲衬垫， 每块衬垫面积为2000cm2，厚度为7cm。
（3）比较不同材料的优劣。
例：一重力为90N，脆值为50的产品欲装入一底面积为750 cm2 的 容 器 箱 内 ， 设 定等 效 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=50，H=60cm, 查 图 5-12 ， 密 度 为 0.075g/cm3 的 石 棉 材 料 是 曲 线 ④ 最小缓冲系数C=5.7，对应的
缓
流通环境确定
冲
产品特性分析
包
产品的重新设计
装
选择缓冲材料
设
包装设计
计
六
包装件的测试
步
法
第二节 缓冲包装的一般形式
一、全面缓冲包装法
定义
指包装容器内所剩余的空间，全 部用缓冲材料填充固定，对产品 周围进行全面保护的方法。
特点
一般采用丝状、薄片或粒状的材 料，对形状复杂的产品能良好地 填塞，适合小批量产品包装。
0.0216105 Pa
此静应力对应的加速度值小于产品的脆值。
③蠕变量校核。
Tc T 1 Cr 5110% 5.5cm
所以角衬垫的厚度T为5.5cm， 边长为L15.2cm。
四、最省材料的缓冲设计方法 -过原点切线法
设衬垫面积A、厚度T，则体积V=AT
A WG ， T CH
m
G
V WHC
对于局部缓冲包装来说：
（1）在缓冲系数 C ~最大应力曲线 m上作一条水平切
线，则切点对应最大应力和最小缓冲系（ m , Cm）in 。
（2）根据公式 T CH ，求出缓冲衬垫的厚度T。 G
（3）根据公式 A WG ，求出缓冲衬垫的面积A。
m
（1）对指定的缓冲包装材料计算尺寸
例：一重力为100N的产品，脆值为80，要保证从60cm的高处 跌落而不破损，规定用密度为0.031g/cm3的聚氯乙烯作衬垫， 试计算衬垫所需尺寸。
例：已知一产品重200N，脆值为85，产品为正方体,规 定的跌落高度不超过为90cm，采用下图所示特性的材 料作局部缓冲，试设计面跌落和角跌落时衬垫所需尺 寸（设蠕变量为10%）。
解：已知：W=200N，G=85g，H=90cm，Cr=10%， 局部缓冲采用角衬垫。
利用此种材料的最大加速度—静应力曲线，过G=85g 作一条水平直线与缓冲曲线相交，取厚度较小的缓冲材料， 即T=5cm。得两个交点A、B，对应的静应力分别为：
（1）采用最大加速度-静应力曲线进行全面缓冲包装
例：某产品重150N，脆值为55，允许的跌落高度为60cm，产 品为边长25cm的正立方体，拟采用如图所示聚乙烯（EPE） 泡沫作全面缓冲包装，试计算衬垫应有的厚度。
解：已知W=150N，G=55，H=60cm
先求静应力:
st W / A10 4 150 /(25 25) 104 0.024 105 Pa
因此，换材料，提高 ，若选聚氨酯，最小缓冲系数 C=3.3，对应的
2.最大加速度 Gm～静应力 st 曲线应用
全面缓冲包装
A已确定，只需求T。 （1）先求缓冲材料所受的静应力： （2）再根据等效跌落高度，查相应的 Gm~σst 曲线， 找出许用脆值与静应力的交点，若交点位于两条厚度曲 线之间，则用内插法确定出缓冲材料厚度T。
因为H=60cm，查图得,
st 0.024 105 Pa
与G=55交点在T=4cm与 T=5cm处，用内插法的衬 垫应有厚度：T=4.9cm。 衬垫面积： A=25☓25=625cm2。
H=60cm
g
55
T=4cm T=5cm
T=6cm
0.024
105 Pa
（2）采用最大加速度-静应力曲线进行局部缓冲包装 例：某产品重200N，脆值为60，产品底面积为2000cm2,预计 跌落高度为50cm，采用如图所示聚乙烯（EPE）泡沫作局部 缓冲包装，试计算衬垫尺寸。
A
T
3.跌落姿态改变时缓冲能力校核
不同方式跌落，面积校核公式
（1）全面缓冲包装角跌落等效面积
Ae
l2
3lbd b2
d2
, 产品为立方体时
Ae
3l 2
（2）局部缓冲包装角跌落等效面积
Ae K
L2l b d
l2 b2 d 2
, 产品为立方体时Ae
3L2
4.蠕变量的校核
缓冲材料在长期的静压力作用下，其塑性变形量会随 时间而增大。
解：已知W=100N，G=80，H=60cm 查图5-12，最小缓冲系数C=3.6， 对应的最大应力
（2）选择适当的缓冲包装材料计算尺寸
例：用纸箱做内包装，把一重力为100N，脆值为30的产品装 入箱内，用衬垫将它与外包装箱隔开，内装箱每面面积为 2000 cm2，设定等效跌落高度为60cm，试选择适当的缓冲材 料，并计算其尺寸。
三、悬浮式缓冲包装法
定义
指用弹簧把被包装物品悬挂在 外包装容器内，使包装件在遭 受外力作用时，产品在各个方 向都能得到缓冲保护。
特点
适用于精密、脆弱产品，如大型电子管、制导装置等。 外包装容器要坚固。
悬浮式缓冲包装应用实例
悬空包装
使用两层弹性极好且不 易滑动的薄膜将产品悬 空定位于包装箱。
新型充气包装（日本）