缓冲衬垫设计

一、衬垫结构选型

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

o 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)`

--------h—跌落高度，cm

--------W—重量，Kg（大于16kg）

o 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）∙代表产品特性的脆值参数

o 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

o b.标准量值法-------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。

o 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。

∙代表材料性能的缓冲特性参数

o脆值大的产品，选弹性较小的缓冲材料

o脆值小的产品，选缓冲性能好的缓冲材料

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

2.最大加速度～静应力（G－σs）曲线—动态缓冲系数曲线

o全面缓冲法

▪（1）求静应力`σ_s=10^4W/A(Pa)`

▪（2）根据`H`、`G`、`σ_s`在G－σs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`。

o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

四、缓冲衬垫的校核

∙ 1.产品强度校核(产品支承面的应力校核)

`[σ]≥σ_m` `[σ]`------产品许用应力Pa；`σ_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∙ 2.挠度校核

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

线或变弯，大大降低衬垫的负重

能力

-----------------`A_(min)/(1

.33T)^2> 1` 或 `A_(min)>

(1.33T)^2`---------`T`,厚度

cm；`A`，面积cm

∙ 3.跌落姿态校核

o全面缓冲条件下不同姿态

的跌落试验

o全面缓冲时等效面积的确

定

o局部缓冲包装的等效面积确定

o棱跌落的等效面积确定

∙ 4.蠕变量校核

蠕变增量按下式计算：

-------Tc=T（1+Cr）-----Tc—修正后的厚度cm；Cr—蠕变系数%； T—

原设计厚度cm；

∙ 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；温度的升高或降低，还会引起衬垫尺寸的变化。因此，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。

五、最省材料的缓冲设计方法（`C～σ_m`曲线）

假设缓冲衬垫的面积为`A`，厚度为`T`，则体积为：`V=AT` 由于

`A=WG/σ_m`-----`T=CH/G`------`V=HWC/σ_m`，其中产品重量`W`和跌落高度`H`都为常数，`C`是`σ_m`的函数，对上式求导有

----------`V′=WH(C′σ_m -C)/(σ_m^2)`

要使上式有极值，令`V′=0`则`C′=C/σ_m`

在`C-σ_m`曲线上找一点`（C_0，σ_(m0)）`，使得该点的缓冲系数值`C_0`与最大应力值`σ_(m0)`的比值等于此点的导数值`C_0′`。

作图法（过原点切线法）

∙（1）过坐标原点`（0，0）`作`C～σ_m`曲线的切线

∙（2）切点`C_0～σ_(m0)`为极值点

∙（3）由极值点设计出的缓冲衬垫用料最省，有时不能完全满足要求

∙（4）在缓冲系数最小值点与过原点切线的点之间选择一个合适的点进行设计，即能满足设计要求，又可使材料较省

缓冲包装设计过程

∙了解产品形状和特性

∙了解产品的流通环境

∙选择适当的缓冲材料

∙基础的设计计算

∙由基础设计的参数决定缓冲包装方法（全面、局部和悬浮式缓冲包装）二、缓冲衬垫结构设计

∙确定受压面积

o已知：-------产品或内包装箱的尺寸

o目的：-------保证产品在不触底的情况下，应能吸收被压缩时的变形能量以减少产品所承受的加速度

o触底：-------包装件在承受冲击时，缓冲体的变形量达到或超过极限变形量时，内装物受到的冲击加速度急剧增大，这种现象称为

“触底”。当外容器没有足够的空隙容纳产品位移时，部分棱、角

或凸缘将与容器壁碰撞，或者在实际的跌落高度>设计的高度时，

都会发生触底

o方法：-------调整受力面积

▪重量大，体积小的产品，要求缓冲面积大于底面积，缓冲材

料和产品之间要用硬质材料胶合板或纤维板等隔开,使硬质

材料一侧承受总的冲击，再由缓冲材料对硬质材料进行缓

冲。

▪重量轻，体积大的产品，需要减小受压面积时，可将不接触

部分切去，缩小接触面积．以确保合适的缓冲面积