缓冲包装设计(1)解析

第六章缓冲包装设计(Ⅱ)第一节缓冲包装设计的要求第二节缓冲包装的一般形式第三节缓冲衬垫设计的基本方法第四节防振包装设计第五节缓冲衬垫结构设计第四节防振包装设计一、概述1.防振包装的必要性①在共振情况下，产品的响应加速度可能会超过其脆值导致破损。②长期振动会使产品产生疲劳损坏和内装物同容器间的摩擦损伤。2.防振包装设计的基本原则缓冲材料具有阻尼，因而缓冲衬垫具有隔振或防振的作用。通常，衬垫总是先按缓冲要求进行设计，然后校核其防振能力.3.防振设计的目的:调节包装件的固有频率，并且通过选择恰当的阻尼材料，把包装系统(外包装--衬垫--内装产品)，对振动的传递率控制在预定的范围内。二、传递率曲线及其应用1.传递率式中:Tr--传递率;f--激振频率;fn--包装系统固有频率，--阻尼比。=1即f=fn,共振.包装的防振性能主要取决于该系统的固有频率和阻尼。而系统内部，作为内装产品与外包装箱之间的介质衬垫材料，它的刚度及阻尼，对系统又起着决定性的作用。2222)2()1()2(1aBTr2.固有频率⑴对于线性系统有:k为缓冲材料弹性系数,m为产品的质量⑵对于非线性缓冲包装系统:其固有频率应按照衬垫材料的应力~应变曲线来计算.E为弹性率,A为衬垫的承载面积，T为衬垫的厚度.stngmkTEgWTEAggAWTddstn//非线性包装系统的固有频率，主要取决于三个因素，即弹性率，静应力和材料厚度,其中弹性率因材料而异.3.阻尼系数阻尼通常是通过试验测定;常见缓冲材料阻尼比见表.4.确定包装件对振动的传递率在实际工作中，传递率是通过用特定的包装模型进行试验来确定的。通过大量试验，可积累大批的传递率曲线，为防振包装设计提供依据，给设计工作者带来方便。三、振动防护设计方法1.计算缓冲材料的静应力值:=W/A2.找出静应力值所对应的缓冲材料振动传递率~频率特性(Tr~f)曲线，并找出该曲线峰值处的传递率Tr及频率fn(即共振频率)。3.确定在流通过程中包装件在频率为fn时的最大振动加速度as。4.计算产品在共振时的最大响应加速度:ap=Tr·as.5.产品上的最大响应加速度应小于产品的许用脆值。如果不满足这一条件缓冲衬垫应重新进行设计。6.当产品的最大加速度接近产品的许用脆值时，由于振动的反复作用可能导致产品疲劳损坏或降低缓冲材料的性能时，应重新进行缓冲包装设计。[例6-8]产品重力为36N，底面尺寸为25×25cm2，许用脆值为30g。冲击防护设计采用了全面缓冲方法，选用的缓冲衬垫厚度为5cm。产品在运输中受到的振动输入如图6-16所示。求包装件的共振频率和产品的最大响应加速度。解:=W/A=36/(25×25)×10-4=0·576(kPa)根据静应力及材料厚度T，查出材料的振动传递率~频率特性曲线如图6-17所示。由图6-17得，曲线的峰值对应的频率为fn=46Hz，传递率Tr=6。由图6-16可知，46Hz时的加速度为1.7g，即包装件在共振时受到的振动输入为as=1.7g，则产品的最大响应加速度为:ap=Tr·as=6×1.7=10.2(g)所以，包装件的共振频率为46Hz，产品的最大响应加速度为10.2g，小于产品的许用脆值30g。[例6-9]产品的重力为300N，底面尺寸为30×30cm2，产品上的脆弱部件具有25Hz的固有频率，0.02的阻尼比，可承受的最大冲击加速度为45g.产品的冲击防护设计采用了全面缓冲方法，选用的缓冲材料厚度为10cm，产品在运输过程中，受到的振动输入如图6-18(a)所示，忽略疲劳作用，确定这样的衬垫能否提供足够的振动防护。解:(1)确定包装件共振时,脆弱部件的响应加速度:=W/A=300/(30X30)×10-4=3.33(kPa)根据静应力及材料厚度T，查出材料的振动传递率~频率特性(Tr,-f)曲线如图6-18中(b)所示。由图6-18(b)得曲线的峰值对应的频率为7Hz，传递率为2.5。由图6-18(a)可知，7Hz时振动输入加速度为1g，则产品的最大加速度响应为:ap=Tr·as=2·5×1=2.5(g);则脆弱部件的响应为:ggaTGTprrn45)(6.25.204.104.1)28.002.02()28.01()28.002.02(1)2()1()2(102.0;28.025/7/22222222(2)确定脆弱部件共振时的响应加速度:由图6-18(a)、(b)得，在频率25Hz时的振动输入加速度为0.55g，缓冲材料的振动传递率为0.25，则产品的最大加速度响应为:ap=Tr·as==0.25×0.55=0.14(g)脆弱部件共振时有:则脆弱部件的最大响应加速度为:G=Tr·ap=25×0.14=3.5g所以，由冲击防护选定的衬垫可以提供足够的振动防护。2502.02121rT第五节缓冲衬垫结构设计一、形状规则产品缓冲衬垫最常见的结构形式平垫、角垫和棱垫，如图所示。二、形状不规则的产品缓冲衬垫结构设计1.受压面积的调查⑴对于重量大，体积小的产品:要求缓冲面积比底面积大，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。调整其受压面积，如图6-20(a)所示.⑵对于重量小，体积大的产品:在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，如图6-20(b)所示。2.形状不规则物品的缓冲包装有突起物产品的缓冲结构如图。要求:T＞d+ETT：缓冲材料厚度；E：变形量%；d：突起物高度。应当认真地选择缓冲材料的厚度，防止发生冲击时造成突起物接触箱底的情况。由于缓冲衬垫各部位厚度不同，变形量也不同，突起部分要先受力，为避免这种情况必须留出缓冲材料的变形量。如图6-22、6-23所示.3.可动机件缓冲结构设计的要求要用硬质材料,将其固定住，使其全体来承受冲击。4.防止产品从缓冲材料上移落的缓冲结构产品底面的四棱如果只有很窄的受压面积，运输装卸过程中产品容易从缓冲材料上移落，严重时会从受压面跌落。因此缓冲结构最好做作成长的凸筋,产品即使发生一些位移，也不会影响受压面积(如图6-25所示)。5.凸筋的设计缓冲材料的凸筋可以位于产品的一侧，从缓冲效果来看，以位于外侧好(图6-26)6.大跨度产品缓冲结构设计对于缓冲跨度较大的产品，不要只在两端安放缓冲材料。由于弯曲会发生不良后果，因此要在跨度的中部设置受压的缓冲块,或使两端缓冲块往中央方向至少延伸1/4以上，才会有较好的缓冲效果(如图6-27所示)。7.重心偏移产品的缓冲结构设计对于重心偏向一侧的产品，要从前后、左右、上下各个方向分别测定其重心位置。可用图6-28所示的方法简便地测定重心。其受压面积要根据重心位置按比例地进行分配。8.有突出部分的产品缓冲结构设计有突出部分的产品，缓冲材料的厚度应以该部分的最外侧到外包装容器的内侧的尺寸为准(如图6-29所示)。9.不规则形状产品的缓冲结构设计•不规则形状的产品可以用模制的衬垫进行缓冲。也可以将产品固定或支承在内包装容器中，再用缓冲材料加以保护。10.大型产品缓冲包装•大型产品，如果其中某些部件较为脆弱而又可以拆卸，可将该部分拆下另行包装;为了防止在运输中产品的表面被擦伤,可使用缓冲材料对表面加以保护;对体积、重量较大的产品进行缓冲时，可将其连接在一个缓冲基础上。11.缓冲包装的方向性考虑•当运输中产品的各方向受到的载荷不同时，或产品各方向的脆值不同时，各方向可以采用不同程度的缓冲包装。本章内容结束