GB8166-1987缓冲包装设计方法.pdf

U DC 6 7 8A 8 30 7 6 :6 5 8 . 7 8 8中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准G B 8 1 6 6 一 8 7缓 冲 包 装 设 计 方 法P a c k a g e c u s h i o n i n g d e s i g n me t h o d1 9 8 7 一 0 8 一 2 4 发布1 9 8 9 一 0 3 一 0 1 实施国家才 示 准局发布中华 人 民 共 和 国 国 家 标 准U DC 6 7 8 . 5 . 0 7 6 1 6 5 8 . 7 8 8缓冲包 装设计方 法G B 81 66一 87P a c k a g e c u s h i o n i n g d e s ig n me t h o d本标准规定丫在流通过程中为保护尔品IN 实施的缓冲包装设计的方法。本标准主要适用于使用非拨性弹性打料的缓冲包装厅法， 不适用于弹簧吊装形式的包装方法.，术语 1 . 1 重力加速度的倍数 ( G) i ip 速度 : f q 单位的亚 F i 加速) ff 的比值。 以符号 “友示。在缓冲包装设计中. 加速度表示为。 二G 夕 ， 其中 1 为加速度。 ，为重力加速度。 1 . 2 脆值( “ ， ) 产品不发生物理担伤或功能失效所能承受的最大加速度值， 以 ， 表示 13 许用脆佰 曰川恨据产.钻的脆流.号 虑到产品的价值、 强度偏差、重要程度等而规定的产品的许用最大加速度值， 以 表示。 1 . 4 等效跌落高度( 11 ) 为了比较流通凌界中产生的冲击强度. 将冲击速度视为自由落体的碰撞速f k由 此 而 推 算 的自 由 跌 落 高 度， 以11表示 1 . 5 最大应力(、) 单位面积缓冲材料所受到的外力的最大值， 以o m 表示。 1 . 6 缓冲系数 ( C) 作用于缓冲材料上的应力与该应力下单位体积缓冲材料所吸收的冲击能量之比， 以C表示。 1 . 7 缓冲包装成本 ( C . ) 缓冲包装相关的费用( 如缓冲材料的成本、 缓冲材料的加工及包装件的运输等费用) 的总和， 以C . 表示。要求 2 1 一般要求 缓冲包装的目的是在运输、 装卸过程中发生振动、 冲击等外力时， 保护被包装产品的性能和形态。缓冲包装设计应符合下列要求。 a . 减小传递到产品上的冲击、 振动等外力。 b . 分散作用在产品上的应力。 c . 保护产品的表面及凸起部分。 d . 防止产品的相互接触。 e防止产品在包装容器内移动。 t . 保护其它防护包装的功能。 2 . 2 缓冲包装设计考虑因素 2 . 2 . 1 产品的许用脆值、 形状、 尺寸、 重量、 体积、 重心、 数量及产品的其它特性。 2 . 2 . 2 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、 贮存条件等。 2 . 2 . 3 包装材料的特性。 2 . 2 . 4 外包装容 器的 结构、 形状、 材质及强度。 2 . 2 . 5 封 缄材 料的 特性。国家标准局 1 9 8 7 一 0 8 一 2 4 批准1 9 8 9 一 0 3 一 0 1 实施GB 8 1 6 6 一 87 2 . 2 . 6 包装的T - 艺性。 2 . 2 . 7 其它的包装方法 如防潮、 防水、 防锈、 防尘等。 2 . 2 . 8 缓冲包装的经济效果 23 缓冲材料的选择 2 . 3 . 1 缓冲材料的性能应符合有关标准的规定. 2 . 3 . 2 考虑下列有关因素 根据使用的目的选择缓冲材料。 二材料的冲击、 振动隔离性能好. 能够有效地减小传递到产品上的冲击与振动; b . 压缩蠕变小; c . 永久变形小; d . 夸 冲 击和 振 动作 用 下， 不 易 发 生 破 碎 ; e . 可耐受较强烈的折曲; f . 在运输过程中的振动作用下， 与产品直接接触的材料不应擦伤产品的表面; 咎材 料的使用温湿度范围宽; h . 材料的p H值为6 . 0 - 8 . 0 ， 在较湿的环境中与产品直 接接触， 不发生 腐蚀现象; i . 长期在高湿环境中存放， 材料不生霉; 1 . 材料不因吸湿、 吸水而使缓冲性能发生变化， 且不使产品生锈、 腐蚀; k . 材料不与产品的涂覆层、 表面处理层等发生化学反应; 1材料不易产生静电; m . 材料不因与油脂类接触而发生变质; n . 材料容易制造、 加工及进行包装作业: 。 . 材料的价格低廉; p . 其它有关性能。 2 . 4 缓冲包装的考核 根据本标准规定的方法设计的缓冲包装件， 应按照第 4 章的规定进行试验， 出现下述情况之一时为不合格。: :试验后产品发生了物理损伤或功能失效， 或缓冲材料已不能保护产品。试验中作用在产品上的加速度超过产品的许用脆值。缓冲设计方法 3 . 1 设计程序 3 . 1 . 1 根据第2 章的 要求、 按照第3 章的 方法选择 缓冲 材料、 进行缓冲包装设计并计算出缓冲包装的成本， 、从中求出最佳的方案。 7 i缓冲包装成本的汁算方法可参考附录A C 参考件) 3 . 1 . 2 根据缓冲包装设计的结果， 按照第2 . 4条的要求进行考核， 必要时予以修正。 3 . 2 冲击防护设计方法 冲击防护设计， 应首先确定下列条件: 产品的重量、 尺寸、 外观及结构特征等; 卜 . 产品的许用脆值; c . 包装件在流通过程中的等效跌落高度。 冲击防护设计有第3 . 2 . 1 款和第3 . 2 . 2 款两种方法可供选择， 优先选用第 3 . 2 . 2 款的方法。 3 . 2 . 1 缓冲系数一最大应力曲线的应用 利用缓冲系数一最大应力曲线设计缓冲包装时的计算程序如下。 3 . 2 . 1 . 1 计算缓冲材料所受到的最大应力。GU 81 66一8 7。 nl 二 ( ( ;) 牛 : 。式中: a .” 一一最大应力. P a ; 一一产品的许用脆值;产品的重 尔 N ;一 一缓冲材料的受力面积, c m , 3 . 2 . 1 . 2 在缓冲系数一最大应力曲线_ 二 找出对应的最大应力值的点如果在该胜附近选抒4 ; ;中系数最小的材料. 则所需要的材料厚度为最小。 3 . 2 . 1 . 3 若要求使缓冲材料的厚度为最小 则在曲线上求出缓冲系数为最小伙Ii I I 1 z 大应) I - 山此确定缓冲材料的受力面积。调整受力而积的方法参考第 3 . 3条 3 . 2 . 1 . 4 计算缓冲材料的厚度。上叫 -一式中: T厚度， c m; 缓 冲系数; I f 等效跌落高度， c m, 3 . 2 . 2 最大加速度一静应力曲线的应用 利用最大加速度一静应力曲线设计缓冲包装时的计势程序如下。 弓 . 2 . 21 计算缓冲材料所受到的睁应力、t 一 1r-r ! 。式 #3.2o静应力， P a ,2 . 2 采用全面缓冲包装方法时， 根据等效跌落高度. 在曲线上找出许用脆流与朴应力的交点. 山此确定缓冲材 料的厚度 。 32 . 2 . 3 采用部分缓冲包装方法时， 根据等效跌落高度， 在曲线上找出对应的许用脆仇. I l l I ( , 到1 l 线的交点求出静应力， 并确定缓冲材料的厚度。 当它和同一条曲 线有两个交点时. 若e t i f i l ll 应力 较火 的点， 则所需的缓冲材料较少。 3 . 2 - 2 . 4 当许用脆值与静应力的交点位于不同厚度的两个曲线中间时.则用内插去确定甘料的叹度 3 . 2 ， 3 修正计算 按第3 . 2 . 1 款或第 3 . 2 . 2 款的方法计算后. 还应考虑到下列情况. 对计$ ? 结果 I L A 1 i i 1 3 . 2 . 3 . 1 在缓冲设计计算时， 应校核产品在载荷方向上 与缓冲材料的接触部分的强度。如果该部位不能承受( l ) 式中的最大应力， 则应重新计算尺寸. 3 . 2 . 3 . 2 缓冲材料的受力面积与厚度的关系不满足( 4 ) 式时， 会使缓冲材料发含山 I ( 如图 所示) .应二 卜 以修正。Ua 51 66 - - 8冬 ;1 : , 1i 材料胜弯曲一1 n , 3 , 3 t报 卜矛力山 j F r., c mS . 2%i1 ( (1 可能, z; 3 0 I 角方向的冲击时 应按 F 列方法进行修正。5 )闪一r ; i 4 而缓冲包装方浮时 t 一巡十 洲 + tr 1 欢至力Ift l .; - !. . m品m长沙 训飞八 忆 )艾 ， 口 .is 舫rlj度 e ll )I I 2 角冲. ( 的有效载荷面积f( 小f : l 11 缓冲! ii 垫包装 Y i h Jc8 81 66一 87C ( I + 6 十 d ) 丫 + 6 + d 式中: L 角垫的长度， c m .图 3角垫3 . 2 . 3 . 4 如果已知缓冲材料的蠕变特性， 则按( 7 ) 式修正厚度。T . = T日 十 ， )式中: T . 修正厚度， C M ; C , -蠕变系数. % . 3 . 2 . 3 . 5 由于不同的温湿度条件下缓冲材料的缓冲性能存在着差异， 应根据流通过程中可能出现的环境条件修正计算缓冲材料的尺寸。 3 . 3 振动防护设计方法 缓冲包装， 一般首先考虑冲击防护。设计完毕的冲击防护包装， 还应按下述方法进行振动防护没计。 3 . 3 . 1 按公式( 3 ) 计算缓冲材料的静应力值。 3 . 3 . 2 找出静应力值所对应的缓冲材料振动传递率一频率特性曲线， 并求出该曲线的峰值所对应的传递率，及叔率( 即共振频率) f . . 3 . 3 . 3 确定在流通过程中包装件在频率 f . 时受到的最大振动加速度. 3 . 3 . 4 计算产品在共振时的最大响应加速度。 a , 令， 口 、. . . ” . ” . 。 。 。 。 一(8 )式中; a , 产品的最大响应加速度; a 。 包装件在 频率几时受 到的 最大加速度; ， 缓冲材料在频率 f . 时的振动传递率。 3 . 3 . 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， 应按第3 . 2条、 第3 . 3 条的方法重新进行设计。 3 . 3 . 6 产品上的最大响应加速度满足第 3 . 3 . 5 款中的条件， 但当该加速度接i d ), i i i IY 1 许I fl 脆仇、 - k sGB 81 68- 87山十 振动加速度的反v作% I 1 I f 能拌致产品疲劳损坏或降低缓冲材料的性能时， 应按第3 . 2条、 第 3 . 3条的方法:R新进行设计。 以减小产品的振动啊应 ， 注 如19 能w q m 1 产.甘 : ! _ 的9 !e 弱; I; 汁及I I 振J : 特性. 亦. 习 按卞条的程序进行隔振设计，51 1 见附录c ( 专k - 件) 的例7 3 ， 4 缓冲结构设汁 3 . 4 . 1般方; 大 a . 全而缓冲贷叮龙 ,r ! 1 ; 可以 I I 针It ; , 乡洲 、 (t i i,Q l r ll 件等形式i j := i中 付t :1 . 如图 所示少 卜 1 泛纽冲讨I品 或内2 竺 义1 :jl“ 拔 冲万法, ! c 例b . 部分缓冲部分缓冲的万法 A 宜使用成I V ! 的缓冲材料， 如图5 所示。图 ii G 7= i P I l 法 I 例3 . 4 . 2受 力而积r ill 调整 为了有效地使t o 缓冲材料 可参照下列方法调性材料的受力面积 扩大受力面积: 利用垫板扩大特定方向的受力而积( 如图 6 a ) ., b减小受力面积: 利用t y t 、 侧垫等减小受 h iti i 积( 如图5 、 图fi b )GO 8 166 一8 7决 务 父 会 价习.一1介 父耸挞毒欠斗共拜共i , a , . 2 y - 公 -t , a f 华 一- I ( t P 之 图“受力 m y *的 ii i 整 3 . 4 . 3 不规则形状产品的缓冲 有凸出部分的产品. 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 7 ) a . 不 正 确U . I I: 确 图 7 具有凸出部分的产品的缓冲 b . 不规则形状的产品可以用模制的衬垫进讨缓冲. 或占将产品固定或支承! r : l l #存器内。 再用缓冲材料加以保护( 如图8 ) 。GB 81 66一 87图 8 3 . 东4 填充材料的使用 为了防止运输中的冲击、 振动时产品在包装容器内发生移动. 应使用衬板、 填料等充满可能造成产品手 多 动的间隙。 3 . 闷 . 5 其它方法 a . 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. b . 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( 如图9 ) , c ， 对体积重址较大的产品进行缓冲时， 可将其连接在一个缓冲基础上( 如图 9 ) , d . 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。GB 31 66Jl, r . ; s ,I ? !， 人 . t 9 产 : 品的 爱 冲试验 4 . 1 试验原则建议按下述原则对缓冲包装件进行试验。 4 . 1 . 1 包装件总重量不超过 I 0 0 k g , 最大边尺寸下超比1 5 G c m时. 进行振动试报. 然tk-I 做日i1 1 v i , 族州验。 4 . 1 . 2 包装件总重量大于I 0 0 k g , 或最人 边尺寸 .人于1 5 0 m 时 进行水平冲击u S, . 支f- f & 1 i i . .% . 1支棱跌落试验。 42 试验方法 按有关标准的规定进行试验CB 8 16 6 一 87 附录A缓冲包装成本的计算 ( 参考件)a . I 缓冲包装成本的计算+ 、 、 +C、 十( ， +C l ( p .+T ， 十Y) + c .缓冲包装成水:单位体积缓 尸 材料的成本;缓冲,:! 料l I1 I积;制造t, y j , 1 , 衬华的模具或其它装性的材料成本;与缓冲包装有关的内包装成本;与缓冲包装有关的外包装成本;IT . 位时间内姆人的劳 a7 费用:制i - - ? i 冲衬垫占g j ij j h t 劳动时Ie 】 总和;制造模几或其它f i i l, 1 1 1 用的人员劳动时间总和;包装产品占用的人员劳动时问总和;包装件运输到 日的f !il 所需的费用。八尸尸CGB 8 1 6 G - 8 7 附录u基础力学 ( 专 -, 州 飞 ，s . 1 跌落时产品的运动 包装件跌落时产品的运动状态可V A 用图l i I F l f 示的自由落体的模型来丧示， 如果不i I - 空气Ii l 勺及其它摩擦力， 按物体的位置势能全部转 换为使缓冲材料变形的 能址 来考 虑， 运动的规律可以山I: 式描述:Z v u + N d r = H -( N +式中: m物体的质量, k g ; 。 一一压缩缓冲材料中的速度， m/ s ; N作用在缓冲材料上的力. N; ， - 一 缓冲材料的变形址, m; f l 一一 物体的跌落高度， m ; ” - -物体的重力， N o 当物体的运动速度。 一 。时的瞬间， 山( H I ) 式得:P 山 二 ( 1 l +; . ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( H 2 )式巾: 八 . 一 缓冲材料的鼓大变形量, rt ; ,。 式 ， 自 由 跌 落 过 程 中 物 体 的 势 能 全 部01 冲 材 料 所 吸 收 ， 所 以 丁 卜 d ， ; :d r, , “ 缓 冲 材 料 所 吸GB 81 66 - - 87收的能星. 它. y 受到冲. !f 勺 y ee 冲材料在 r形过程中听承受的力h 与变形11 f ， 的积分值. 相当于由静态压缩试验得到的 1 1 变峪曲线 与横轴之I l i 的而积山上式可知。 如 - 物体的重址! ，和跌落高度 h i已经确定 . 则缓 冲材料吸收的能 I )f 也是 定的B . 2 缓冲系数如前所述， 跌落时物体的能14 1 全部被缓冲付料听IIA f I Y C所以( 1 1 2 ) 式叮以进 一 步表示成如 形式:。 ， 。 1 11.) 一 丁 厂 P d , - : ， 一J r.1 a d( B 3 )( B 4 )式单位体积缓冲材料吸收的能址. J / r n 应力，应变，了 一 4 ， N / m宁- 一最大应变。 资A , -一面积. m ;T厚度 ， m。以 ri mn 的 值 表 示 缓 冲 材 料 的 缓 冲 效 率 这 个 比 值 称 为 缓 冲 系 数 即 :二l m. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( B S ) 尸式中: C一 一 缓冲系数;。 m - - 一缓冲材料达到最大变形址时所受到的最大应力因为作用在缓冲材料上的力在数值上等于作用于产品上的力， 根据牛顿运动定律， 得:h lm = 价“ 、幸 仆“( B 6 )式 中:F m 口m a缓冲材料达到最大变形ht时作用于产品上的力. N i缓冲材料达到最大变形量时作用 产品上的最大加速度， m / s ， ，为重力加速度。二9所 以，令G= ( G )， 则等( B 7 )w C ( B 8 )式中: C G )产品的i用脆值。 GO 81 66- - 8 7将( 8 5 ) 式、 ( B 8 ) 式代入到( B 3 ) 式中， 则可求出缓冲材料的呼度7 山j 一 少 尽 币 材料的乏曰改 匹匹小I跌落高度 11， 通常忽略 不计 。故得 :。崛(Bl0)(BlI)(8j2)一 V .-ern : 一 / o _。 ,: ui % iF _ I ;,-由( B 5 ) 式可知， 缓冲系数c是最大应力11 。 和最大应变 r。 的函数、 所L 4 可戎J;为i i l4 ; 系故员人缓冲系数一最大应变 曲线 ， 通常使用前者日 . 3 缓冲系数的求法 由挣态压缩试验作出的应力一应变曲线， 可 以按 I , j 主 的方法1 十 s 7 = 冲系数B . 3 . 1 将应 力一应变 曲线 下的面积 分$T- 111 ) l r r- 个小l , N 点交为7I O c m 银据第3 . 止 ， 。 二 :二 丝 一 、 ， (， 了，、.为H, 八 点位于给出 的曲 线族之外. 因此过刀 点作 条平选择峥I Q f 1 小的 1) , E两点进行计3 ? 其静应力分M为兮欲的要求tX l : 点汁? 7 材料的受力面积:. 1U9 0 0 61 0 = ? 67 c mGB 81 6 6一 87采用边垫或角垫的缓冲结构时 . 应满 足 下述关系:4 , 、 ( I . 3 3 T) 二 ( 1 . 3 3X 1 0 ) 一 = 1 7 7 e m 显然， 对 于 厚度 I O c m的边垫或角垫， 各衬举Z力面积I ( 大于 1 7 7 c m 。而 n点的静应力对应的面积为:A (, _ 1Y 、 .。2 1 029 0 ()x 1 0 = 8 2 8 c m 所以 可以采用各衬垫受力面积之和在 2 6 7 . 8 2 8 c m 之间。 各衬垫的受力面积大于 ! 7 7 c m ， 的边垫或角垫的结构 例5 产品的形状为正方体，重力为2 0 O N ， 许用脆值为8 5 9 ,根据等效跌落高度为9 0 c m, 选择的缓冲材料的特性曲线如图C 2所示。采用角垫结构进行包装， 考虑面跌落和角跌落的情况， 求需要的尺寸 解: 在图C 2中 8 5; 的加速度 与厚度T二5 c m的曲线交干 , 1 1 点。按 H点的静应力考虑，a ， ， 二5 k P a.平面跌落的怪力而积为:A= 竺 一 X! 。 -2 0 05 110 ()X 1 0 ，二 1 0 0 c m1 个角垫中征个角垫的受力面积为:， 一 十 x 4 0 。 一 。 。 。 。 。 因为各角垫的受力面积， 4 =1 0 0 ( 1 . 3 3 f ) 一 ( 1 . 3 3 X 5 ) 二n n， 所以角垫不会被压弯。如果采用正方一 形的角垫. 则其边长 为:1 00 =I Oc m山、 6 ) 式得， 角跌落时的有效受力面积为:A . 二、 3 l . 二 ， 7 3 X 1 0 =1 7 3 c m 此时的静应力为:一 牛 x “ -2 0 01 7 3X 。 = I . 6 k P a将该位代入到图C 2中可知. 此时的加速度超过 r 产品的许用脆值 因此， 需将角跌落时的有效受力而积 n作为打点对应的受力面积计算角垫的尺寸， 即令 A . =1 0 0 c m 银据( 6 ) 式得衬垫边长为:GB 816 6一87: 一 丫 : ,J 7_ A 7 3 一 、 1 40 01. 73今1 5 . 2c m则面跌落时的受力面积和挣应力为:A= 4 L = 4 X 1 5 . 2 = = 9 2 5 e m叽 一 4 - X 1 0 2 0 09 2 5 1 0 = 2 . l 6 k P a将该值代入图C 2 中可知， 此静应力对应的加速度为 7 2 g. 小于产品的许用脆值。 所以， 角 垫的 厚度为5 c m边长为1 5 . 2 c m 例 6 产品重力为3 6 N, 底面尺一寸为2 5 c m:X 2 5 c m ， 许用脆值为3 0 9 。冲击防护设计采用 1 全面缓冲方法， 选用的缓冲衬垫厚度为5 c m 。产品在运输中受到的振动输入如图C 3 所示。求包装件的共振频率和产品的最大响应加速度。 、 一 Iq X 1 ()一25 要 2 5 X 1 0 一 。 5 7 6 k P a 根据静应力。及材料厚度 ?， 查出材料的振动传递率一频率特性曲线如图C 1 所示曲线的 峰值对 应的 颇率为f , = 4 6 H z ， 传递率。 二6 ， 由图C 3 可 知， 4 6 H z 时的加速度为1 . 7 9 . 即包装件在 共振时受到的振动输入为。 、 二的最大响应加速度为:由图 C1得.7 g。 则产品“ 。 =q a , =6X . 7 = 1 0 . 2 ( 9 )所以. 包装的共振频率为4 6 H z ， 产品的最大响应加速度为 1 0 . 2 9， 小于产品的许用脆值( 3 0 9 )G B si ss -8 71J1卜1墓 犷一J 一 一 月 舀 一一一一_J一 1 II 1一于份 一- 一I U U Uu 毛 h 日口匡 三 日匕 二习二 工二 二 二仁三二二 _ 止: 二 享一匕一 州 一 寸 一 一 气 一一州 一 一 一一 月 一士夕一节.卜- - 一一 丁 一昌全巨云三二二丁 二 习- 二二二 _ 二 二 二 二卜 一 - - 一 一 一 一一卜- 一一一 宁 - 一一一一一- 一 一11_一一一草 -一-户 J甲 曰找 ， 户 , 卜图 (I P ill产.n , 的Ij r 力R j 3 0 0 N . 底而尺寸为3 0 c m ; 3 0 c m . i L 上的脆弱部件具有Z S H ， 的固有频率、II . U 0 的阻记系数.，叮承受的最犬冲击加速度为 1 5 y，“ : .话的冲击防护设l 十 采用了全面缓冲方法， 选用的缓冲衬垫厚度为1 0 C . z 品在运输过程中受到的