包装运输缓冲结构设计例题

1、例1 16 1 产品质量m二20kg,脆值G = 50 ,设计跌落高 度H二60cm,产品立方形，每面 面积1420亦。(1)采用全面缓冲, 试从图中选用缓冲材料并计算衬 垫厚度。(2)按产品面积的1/3 作局部缓冲(试从图中选用缓冲要选用，则C =8，衬垫厚度h = 9.6cm。泡沫聚苯乙烯(0.012g/cm3) 太硬，与这个产品不匹配(如果 硬要选用，则C = 5.7,衬垫厚度 h = 6.84cm。(2)按局部缓冲计算衬垫面积为产品面积的1/3 ,材料并计算衬垫厚度。故A = 473cm2，衬垫最大应力为GWm A(MPa)50 20 980.207473图中与这个产品匹配的是泡沫聚苯

2、乙烯(0.012g/cm3),缓冲系数解 (1)按全面缓冲计算， 衬垫最大应力为m GW 竺心8 0.069A1420(MPa)在图621上与这个产品 匹配的材料是泡沫聚氨酯(0.152g/cm3),缓冲系数 C =3.4 , 衬垫厚度为：,CH 3.4 60, “h 舌4.08 (cm)图中泡沫橡胶(0.12g/cm3)C = 3.7,衬垫厚度为h CH 404.44G 50(cm)在采用局部缓冲的情况下，泡沫聚氨酯(0.152g/cm3)太软，与这个产品不再匹配，若硬要选用,贝卩 C = 5.2, h = 6.24cm。注：泡沫聚苯乙烯简称 EPS,泡沫聚氨酯简称PU;泡沫橡胶，又称海面橡

3、太软，与这个产品不匹配，若硬=7.5cm的曲线最低点，离Gm = 65太远，若取h =7.5cm，则衬垫太厚，太 不经济。因此设想有一条未知曲线， 如图中虚线，其最低点的Gm恰好等于65,然后计算所求的衬垫面积与厚度。按h =5cm曲线最低点计算Gm已知：stCHh ，若对与确定的跌落mhCH高度H，例2产品质量m =25kg,产品脆 值G =65，包装件的跌落高度H =90cm，采用图所示材料作局部缓冲， 试求满足要求的衬垫最薄厚度及对应h =5cm曲线最低点的Gm与h的乘积为常量，即:(Gmh)最低点=73 X 5 = 365 (cm)未知曲线最低点Gm=65，h待定，且:线在Gm=65之

4、上，若取h = 5cm,则必有Gm > G，不安全。h的面积 解：在图上作水平直线Gm =65，邻近曲线 有两条，一条h=5cm，一条 h =7.5cm, h =5cm 的曲65h =(Gmh)最低点=365 (cm)未知曲线最低点的Gm =65 , st待定,故所求衬垫厚度为:且:.365/、h5.62 ( cm)65h =5cm曲线最低点的Gm与st的65 st =(Gm st)最低点=181 (kPa)故待定静应力为:乘积为常量，即:181st652.78 (kPa)20.278 (N/cm )(Gm st)最低点=73X2.5 = 183(kPa)未知曲线最低点Gm =65, s

5、t待定，且:所求衬垫面积为:st25 9.80.2782881 (cm)由此可见，按上下两条邻近曲线求得65 st=(Gm st)最低点=183 (kPa)衬垫面积与厚度非常接近，说明这种故待定的衬垫静应力为:st183652.82 (kPa)20.282 (N/cm )所求衬垫面积为:Wst25 9.80.2822869 (cm)计算方法是合理的。(本题其实利用了静态缓冲系数-最大 应力曲线的最低点，与最大加速度-静 应力曲线的最低点轨迹线对应的特 性，从而进行最优设计)(2)按 h =7.5cm曲线最低点计算根据式(5 29), h =7.5cm曲线最低点的Gm与h的乘积为常量，即：(Gm

6、h)最低点=49 X 7.5 = 367.5 (cm)未知曲线最低点Gm =65, h待定，且：65h =(Gmh)最低点=367.5 (cm)故所求衬垫厚度为：h 36755.65 (cm)65根据式(5 30), h =7.5cm曲线最低点 的Gm与st的乘积为常量，即：(Gm st)最低点=49X3.7 = 181 (kPa)垫的面积为：Amin 更5 99（ Cm2）44例3:产品质量m =25kg,产品脆采用四个面积相等的角垫，则每个角 值G =55，包装件的 跌落高度H =90cm， 采用图所示材料作局 部缓冲，试求衬垫的 厚度与面积。解在计算缓冲 衬垫时，要选最低点 的Gm=G的

7、曲线。本 题的G =55，图上没 有这样的曲线。因此 取邻近曲线。令 Gm =55，它是一条水平直线，与h =7.5cm的曲线相交于Bi,衬垫的稳定校核：Amin= 1.33h 299B2两点，点Bi静应力小，衬垫面积大;点B2静应力大，衬垫面积小。为了节省材料，（cm2）上面的计算表明，选点 B2计算衬垫面积是 稳定的，因而选点 B2计算衬垫面积是合理 的。因此选点B2，衬垫厚度h =7.5cm,静 例4产品质量m =10kg，产品脆应力为st6.2 kPa 0.62 N/cm因此衬垫面积为Wst25 9.8395（ cm2）0.62值G =72，底面积为35cmX 35cm,包装件的跌落高

8、度H =90cm，选用的缓 冲材料如图（图中曲线横坐标单位 kPa,纵坐标为重力加速度的倍数），试问对这个产品是作全面缓冲好，还stmg A 10 9.80.25392 (cm )说明，即使是取h =12.5cm,也不能保证产品的安全。若坚持作全面缓冲，垫的面积为：Amin 竺 98( cm2)44衬垫的稳定校核：Amin > 1.33h 2 44(cm2)则厚度还要大大增加，经济上是不合上面的计算表明，局部缓冲不但可以理的大大减小衬垫厚度，而且可以大大减采用局部缓冲时，应取h =5cm，因小衬垫面积，所以，就这个产品和这种材料来说，还是局部缓冲为好为它的Gm st曲线的最低点的Gm=7

9、2，恰好等于产品脆值，这个点的静应力 st=2.5kPa= 0.25N/cm2，故衬垫面积为:例5产品质量m =20kg,聚苯乙烯缓冲材料的Gmst曲线如图图中曲线横坐标单位kPa,纵坐标为重力加 速度的倍数），衬垫面积A =654cm2, 衬垫厚度h =4.5cm,包装件的跌落高度 H =60cm，试求产品跌落冲击时的最大 加速度。图中跌落高度与题设相同，可以作为 解题依据。在图中的横轴上取 st=3kPa,并作一垂线。图上的只有4cm和5cm,没有厚度恰好为4.5cm的试验曲线，因4cm和5cm的中间取一 点，这个点的纵坐标就是产品跌落冲 击时的最大加速度，故所求的Gm =55。H=60(

10、cm)解衬垫的静应力为通过本例可以看出，用Gm st曲线求stmg20 9.8A 654103( kPa)解产品跌落冲击时的最大加速度，方法非常简单。Gmst曲线是实验曲线，直线与高温曲线交于点 Bi,与低温曲所以，这种解法简单，结果可靠。线交于点B2。点 Bi的坐标：C =4.5 ，例6产品质量m =20kg，产品脆值G m=0.25MPcb因此，当包装件在高温=60,设计跌落高度 H =90cm，采用下跌落时，产品最大加速度为0.035g/cm3的泡沫聚乙烯作局部缓冲。編竿害69 > Gh 5.85该产品销往咼温和严寒地区，最咼温点 B2 的坐标：C =5.2, m=0.29MPa=

11、度为68°，最低温度为54 °，试问 因此，当包装件在低温下跌落时，产能不能取常温曲线最低点计算缓冲衬品最大加速度为垫？Gm 少5 90 80 > Gh 5.85解材料在常温、咼温和低温下 可见，按常温曲线最低点计算缓冲衬的C m曲线如图。常温曲线最低点的垫，包装件不论在高温下，还是在低温下跌落都不安全。坐标：C =3.9， m =0.22(MPa)=22N/cm 2,衬垫的面积与厚度分别为在设计缓冲包装时，先要确定温度低温下的Cm曲线，然后根据具体情GW 60 196A矿 535 (cm2)m22h C3.9 905.85 (cm)G60'丿变化范围，绘出材

12、料在常温、高温和不计衬垫体积的变化，无论温度是高况选取适当的C值和m值，计算衬垫还是低，材料的C值和m值都必须满的面积与厚度F面通过例题说明计足下式:算方法。AhC WH m535 5.85 10 6196 0.9m 17.74（注：C =17.74 m这条直线表达的是m什么物理意义呢？表达的是 W重量的在图上作直线C =17.74 m （虚线），此物体从H的跌落高度冲击面积为 A厚度为h的缓冲材料的特性)例7 产品质量m =20kg，产品脆值G =60，设计跌落高度H =90cm。该产品销往高温 和严寒地区，最高温度为68°,最低温度为-54°,采用如右图p=0.035g/cm3的泡沫聚乙 烯对产品作局部缓冲，试计算缓冲衬垫的厚度与面积。解 本例与上例中的产品、设计跌落 高度和所用缓冲材料是相同的。上例按常 温曲线最低点计算衬垫面积与厚度虽不安 全，但所取的衬垫体积 Ah =3130cm3却有 参考价值。按照这个衬垫体积在C m坐标系中所作的直线C =17.74 m与三条曲线相交，最高点为B2，我们可以按点B2重新计算衬垫面积与厚度。(1)低温时的情况在点 B2 处，C =5.2， m=0.29MPa=29N/cm 2，令Gm恰好等于G =60,衬垫面积与厚度为AGWm60 20 9.840629(cm2)CH5.2 90ch7.8G60(