康佳46寸液晶电视机的缓冲包装设计

1、液晶电视机的缓冲包装设计摘要2一 引言4二液晶电视机的特性5（一）液晶电视机的结构5（二）液晶电视机的基本特点5（三）液晶显示板的结构5（四） 液晶电视机结构图6（五）液晶电视机的耐冲击特性分析81.脆值的概念82.脆值的确定8（六） 产品的跌落高度10三 流通环境对液晶电视机的冲击特性11四材料的选择12（一）对缓冲材料的要求12（二）选择缓冲材料12五 缓冲包装设计13（一）电视机的包装现状13（二）缓冲结构设计141.缓冲衬垫的作用142.进行缓冲衬垫设计153. 防振设计18六对外包装进行设计19（一）包装材料的选择19（二）瓦楞纸板的厚度设计20（三）外包装的尺寸设计201.内尺寸的

2、设计202.制造尺寸的设计213.外尺寸的设计224. 瓦楞纸箱强度校核23七结论24参考文献25附录26液晶电视机的缓冲包装设计【摘要】分析液晶电视机的特点，并对产品的脆值进行分析。说明缓冲包装的普遍性和重要性。分析缓冲包装的能量转换过程和基本原理，并给出液晶电视机的缓冲包装的动力学模型。根据模型，提出结构合理的包装，对该包装进行分析校核。关键词：液晶电视机；缓冲包装；包装设计Abstract：The characteristics of Liquid crystal TV were analyzed，and the universality and essentiality of buff

3、ering package were described in this paperThe energy transformation and basic principle of the buffeting package were analyzed ，and itsmechanical model was given out as wellBased on the model， design rational package.Key words：Liquid crystal TV；bufferingpackage；packagingdesign运输包装课程设计任务书一、设计题目：液晶电视机

4、的缓冲包装设计 二、设计任务：1、完成产品缓冲包装设计的整体论述，包括产品特性、流通环境的确定、材料选择、缓冲设计与评价等。2、完成缓冲设计的计算与结构设计及相应校核。3、完成缓冲衬垫结构设计图纸与缓冲包装装配图（不少于A2图1张）及技术文件。4、设计并绘制纸箱展开图（不少于A2图1张）。5、完成设计说明书（5000字以上，约30页），内容包括：（1） 目录（2） 设计说明书的英文摘要、中文摘要（约200字）（3） 课程设计任务书（4） 正文a. 设计内容的整体概述（包装对象物的生产、应用、运输流通现状，该对象物在国内外的应用情况，分析现存的特点或问题，论述包装设计的目的和意义）；了解所要研究

5、的包装对象物目前采用的缓冲包装材料与形式、运输流通方式并分析其特点；b. 对缓冲包装材料在类别、性能、应用特点等进行综合论述，为材料选择提供依据。c. 设计方案的确定方法（流通环境、产品特性、材料选择、缓冲包装及评价方法等）d 缓冲设计计算与校核e. 外包装容器设计计算f. 引用的测试标准与方法g. 技术说明(5) 结论（存在的问题与收获）(6) 参考文献1 引言第一台电视机面世于1924年，由英国的电子工程师约翰·贝尔德发明，到1928年，美国的RCA电视台率先播出第一套电视片FelixTheCat，从此，电视机开始改变了人类的生活、信息传播和思维方式。从此，人类开始步入了电视时代

6、。 我国彩电业起步于70年代中期，至今已经历了三个历史时期，即70年代中期至80年代初期的导入期，80年代中期至90年代初期的成长期，90年代中后期的成熟期。1958年，中国第一台黑白电视机诞生。天津712厂生产出新中国第一台自主研发、制造的显像管电视机北京牌14英寸黑白电视机，标志着当时中国电视机研制技术与日本基本处在同一水平。1970年12月26日，我国第一台彩色电视机在同一地点诞生，从此拉开了中国彩电生产。70年代未、80年代初我国彩电事业乘改革开放的东风，在自力更生基础上，遵循以市场换技术的指导方针，与国外合作，彩世界先进技术和设备来发展自己的民族彩电工业。1985年我国电视机产量已达

7、1663万台，超过了美国，仅次于日本，成为世界第二的电视机生产大国。到1987年，我国电视机产量已达1934万台，超过了日本，成为世界最大的电视机生产国。近年来 ,我国电视机行业发展迅速。液晶电视机投入市场，它具有高清、质轻、体积小、高色域、高饱和度、高对比度、长寿命、冷光源等特点。深受消费者喜爱。然而液晶电视机在流通过程中会遇到震动，跌落，碰撞等冲击，在码放时会受到上层产品的压力。在搬动时不要使电视机受到剧烈震动，以防显像管破裂、零件松脱或电路损坏。因此液晶电视机的缓冲包装设计是一门经济性很强的技术。包装设计的好坏，一方面关系着各个企业的声誉，另一方面又涉及到企业的生产成本。如果包装强度不够

8、，不能很好地保护液晶电视机，会给企业造成经济损失，影响企业形象；如果包装强度过剩，又会大大地加大企业的生产成本，造成规模浪费。各电视机生产企业目前已经意识到:为使电视机在国内外市场上获得更大的市场份额，必须重视电视机缓冲包装的设计。二液晶电视机的特性（一）液晶电视机的结构液晶电视机是液晶显示屏+线路板（比较复杂，包括电源板，主板，驱动板等）+机壳（二）液晶电视机的基本特点 液晶电视机同普通显像管电视机相比， 主要是显示器件不同。 液晶电视机采用彩色液晶板作显示器件。 液晶显示板具有重量轻、 体积小 （薄型） 的特点。 它作为显示器除了在笔记本电脑中被广泛应用之外， 在彩色电视机中取代显像管制成

9、超薄型电视机， 受到消费者的普遍欢迎。液晶显示板是由一排排整齐设置的液晶显示单元构成的，一个液晶板有几百万个像素单元，每个像素单元是由R、G、B三个小的单元构成。 像素单元的核心部分是液晶体 （液晶材料）及其半导体控制器件。 液晶体的主要特点是在外加电压的作用下液晶体的透光性会发生很大的变化。 如果使控制液晶单元各电极的电压按照电视图像的规律变化，在背部光源的照射下，从前面观看就会有电视图像出现。液晶体是不发光的， 在图像信号电压的作用下， 液晶板上不同部位的透光性不同。每一瞬间（一帧）的图像相当一幅电影胶片， 在光照的条件下才能看到图像。 因此在液晶板的背部要设有一个矩形平面光源。 在液晶板

10、的背部设有光源，在前面观看屏幕的显示图像是透过液晶层的光图像，液晶层的不同部位的透光性随图像信号的规律变化，就可以看到活动的图像，即随电视信号的周期不断更新的图案。将电视信号变成驱动水平和垂直排列的液晶单元的控制晶体管，就可以实现液晶板的驱动，这些驱动集成电路安装在液晶板的四周就可以组装成液晶显示板组件。（三）液晶显示板的结构液晶层封装在两块玻璃基板之间，上部有一个公共电极，每个像素单元有一个像素电极，当像素电极上加有控制电压时，该像素中的液晶体便会受到电场的作用。每个像素单元中设有一个为像素单元提供控制电压的场效应管，由于它制成薄膜紧贴在下面的基板上，因而被称之为薄膜晶体管，简称TFT。每个

11、像素单元薄膜晶体管栅极的控制信号是由横向设置的X轴提供的，X轴提供的是扫描信号，Y轴为薄膜晶体管提供数据信号，数据信号是视频信号经处理后形成的。图像数据信号的电压加到场效应管的源极，扫描脉冲加到栅极，当栅极上有正极性脉冲时，场效应管导通，源极的图像数据电压便通过场效应管加到与漏极相连的像素电极上，于是像素电极与公共电极之间的液晶体便会受到Y轴图像电压的控制。 如果栅极无脉冲，则场效应晶体管便是截止的，像素电极上无电压。所以场效应管实际上是一个电子开关。 经图像信号处理电路形成的图像数据电压作为Y方向的驱动信号，同时图像信号处理电路为同步及控制电路提供水平和垂直同步信号，形成X方向的驱动信号，驱

12、动X方向的晶体管栅极。当垂直和水平脉冲信号同时加到某一场效应管的时候，该像素单元的晶体管便会导通，Y信号的脉冲幅度越高图像越暗，Y信号的幅度越低图像越亮，当Y轴无电压时TFT截止，液晶体100%透光成白色。h. 液晶电视机结构图 图1 液晶电视机立体图 图2液晶电视机线路图 图3液晶电视机左视图（五）液晶电视机的耐冲击特性分析1.脆值的概念液晶电视机缓冲包装设计，涉及到一个重要的相关概念脆值。脆值Gc是指产品不发生物理损伤或功能失效所能承受的最大加速度与重力加速度的比值，一般用Gc指产品耐冲击的能力。脆值是产品的固有特性，并且有方向性，如果把液晶电视机简化为一个 6 面体的话，在 6 个面的方

13、向上，脆值的大小是有差别的。液晶电视机受到缓冲垫传递来的脉冲波形与缓冲垫的厚度、形状、缓冲面积等有关, 我们无法知道缓冲垫传递给产品的实际波形，采用矩形脉冲来估算可以保证产品的安全。2.脆值的确定脆值的确定方法有很多，如经验估算法、查表类比法、试验测定法等。比较精确的方法是试验测定法，但是这个方法必须具备一套试验装置及测录仪器，试验成本很高，因为脆值试验方法都属于破坏性方法，要到产品出现破损才能测录所得数据。其力学模型如图4所示 图4 缓冲包装模型 摘自缓冲包装的产品特性分析图中,产品简化成均质体，缓冲介质简化为线性弹簧，其刚度为K，跌高为H,弹簧的最大变形为X。确定脆值时，可略去外包装和弹簧

14、本身质量，且不考虑系统阻尼，根据能量转换规律，产品所具备的全部位能将转换为弹簧的变形能，其大小等于产品克服弹簧反力所作的功，即：mg(H+x)= 式1式1中 p(x)作用在产品弹簧上的反力(H+x)相对于最大压缩位置的跌落高度, 近似记作H g重力加速度由于弹簧是线性的，故p(x)=Kx 式2根据牛顿第二定律，产品在弹性作业力下的加速度为=p(x)/m 式3 由以上三式可得= (2H/x)g 式4令 G=2H/x,则=Gcg 式5因为2H>>x,所以G>>1P=GW 式6 式6 表示：产品所能承受的冲击力的大小等于产品自重W和G因子的乘积，当p超过产品的极限时，产品便发

15、生损坏或失效，所以G是表征产品抵抗破损能力的唯一因素。它是由产品材料的结构特征所确定的，同外部环境因素无关，是产品的固有特性之一 。由于脆值试验方法都属于破坏性方法，要到产品出现破损才能测录所得数据，因此这种方法对于电视机产品是不适合的。电视机的单件成本较高，不同跌落方向上的脆值又有差异，而且公司每年研发的新款产品非常多，使用破坏性方法来测脆值是不可能的。对比国内外的大量文献和经验数据电视机脆值为60-84g。数据如表1G值产品举例1524精密效验仪器具，导弹导航系统2539机械振动测试仪表，电子仪表4059电子记录装置，精密机械零件6084电视机，某些固体电器85110电冰箱，机电设备110

16、以上机器，液压传动装置 表1 摘自 日本包装技术便览 对于液晶电视，脆值较低。这其中的重要原因是因为目前液晶屏的脆值比较低，远远低于玻壳的显像管。若直接根据此范围值来进行缓冲设计，误差太大。在充分考虑到我国塑压产品的压制工艺，材料选择，生产方式以及电视机不同造型的情况下，应该组织人员根据AST3322 脆值测定标准对液晶电视机的脆值进行测试，得到较为准确的液晶电视机脆值范围6065g。在液晶电视机的缓冲设计中选择对康佳LC46GS80DC液晶电视机进行缓冲包装。康佳LC46GS80DC液晶电视机质量为27.5kg，摆放方式为可壁挂，机身尺寸（不含底座）为1125×120×7

17、16mm。为了安全取它的脆值G为60g。因为n设计到产品的安全性与经济合理性，这里n取1.2。产品的许用脆值G=50g。（6） 产品的跌落高度经过查阅国内外文献资料得到跌落高度与包装件质量和运输方式的关系如表2 运输方式包装件质量/kg跌落高度/mm公路运输小于10800102060020305003040400405030050100200大于100100 表2 摘自 日本包装技术便览 因为康佳LC46GS80DC液晶电视机质量为27.5kg，所以跌落高度为500mm。（7） 流通环境对液晶电视机的冲击特性电视机作为日常消费品，产品遍及全国城乡。其流通环境复杂，多变。液晶电视机在流通过程中可

18、能受到的最大外力是冲击，振动和跌落。即流通过程的装卸环节中发生的包装件受到的翻滚、 滚动、 抛掷、 堆积时的倒垛现象；运输环节中发生的车辆刹车和加速对包装件的影响。还有路不平等因素带来的震动影响。电视机包装件在流通中主要的失效形式为：外壳局部裂纹，表面局部凹陷，表面的摩擦损伤变形，由结构失效引液晶屏移位等。在充分考虑到上述因素的条件下，用现行国标 G B9384288 规定的环境试验方法对液晶电视机包装件进行环境试验。并应该在此基础上适当的将几项试验指标提高，以满足我国市场流通中的具体流通环境。四材料的选择（一）对缓冲材料的要求缓冲包装材料在缓冲包装技术中有着重要的作用，一方面延长外部激励作用

19、时间，降低包装产品的动态响应，另一方曲消耗外界激励传递给包装产品的冲击与振动能量。对于缓冲材料 除了通过选择不同材料及其表观密度 (10-180kgm3)达到良好的冲击能量和振动吸收性外，还要求有良好的回弹性，即对外界的动静载荷引起的 5-10压缩变形都有良好的复原性，永久变形小。 一般的缓冲材料在静载荷连续作用下，随时间而发生缓慢变形，成为压缩蠕变。压缩蠕变越小越好，缓冲材料应有一定的弯曲强度 5的抗压强度应在007MPa 以下。不致被产品压断或压碎。应有良好的柔软性，室温下压缩5的抗压强度应在 007MPa 以下，在流通工程中不会擦伤产品表面。缓冲材料应耐受物流环境可能出现的温度（2040

20、）和湿度， 耐酸、 耐碱 、耐油、耐霉 、耐有机物腐蚀、 耐盐 、耐光 、耐辐射、 不腐蚀产品 、抗静电 、易加工成型、易操作、 成本低 、易回收和处理，符合环保要求。（二）选择缓冲材料在电视机的内包装上，一般选用可发性聚苯乙烯缓冲材料进行局部缓冲。密度的选择，对缓冲性能也有影响。同一种缓冲材料 ,在一定厚度时，不同的密度着不同的缓冲特性。通常认为，发泡倍数越大，密度越小，缓冲性能越好。若采用了密度过低的材料，在受到冲击时会把衬垫材料压平，压碎，使材料失去缓冲能力，此时物品又可能突然停止运动，造成物品损伤。经国内外电视机企业的长期摸索，电视机用泡沫密度一般取 0.021g/ 。并因此根据材料缓

21、冲特性曲线 ,选择适当的厚度，根据电视机内部零件重量的分布，合理选择缓冲面积，以取得最优化的设计。塑料泡沫是聚苯乙烯树脂为主体，加入发泡剂等添加剂制成。它是目前使用最多的一种缓冲材料。它具有闭孔结构，吸水性小，有优良的抗水性，密度小。机械强度好，缓冲性能优异，加工性好，易于模塑成型，着色性好，温度适应性强，抗放射性优异等优点。这里对康佳LC46GS80DC液晶电视机选择缓冲材料为比重为0.020的发泡聚苯乙烯。其缓冲系数最大应力曲线如图5所示图5比重为0.020 EPS的缓冲系数最大应力曲线5 缓冲包装设计液晶电视机的缓冲包装设计，要把液晶电视机产品结构设计和缓冲包装结构设计有机的结合起来。在

22、能保护液晶电视机的前提下 ,力争缓冲效果最佳 ,包装体积最小 ,增大运载量 ,使得生产成本与运输成本最低，获得最佳的经济效益。（一）电视机的包装现状就目前电视机包装现状而言 ,主要存在以下几个问题:1.包装性能与包装成本的矛盾日益尖锐。2.在包装设计中常常采用试凑法或对比法。即使用后发现问题 ,再进行修改。具有很大的侥幸性和经验性 ,极易出现欠包装和过包装现象。3.不能较好地把握市场流通中的严酷程度。4. 不能合理地确立流通中的破损率。5.尚未建全一套有效、 实用的设计规范。（二）缓冲结构设计1.缓冲衬垫的作用运输工具的启动、紧急刹车、包装件的自由跌落等机械冲击现象，都是在很短的冲击持续时间内

23、的能量释放、能量转换或能量传递，对产品或易损件的安全流通造成极大的危害。如图6是包装件在跌落冲击过程的动力响应方框示意图。机械冲击（跌落冲击，水平冲击等）包装容器缓冲衬垫产品相应 易损件相应图6 包装件的动力响应过程可考虑3个方面：外包装箱对冲击的动力响应；缓冲衬垫对产品的冲击传递过程；若包装产品含有易损件，则易损件对产品也有冲击响应。包装件的跌落冲击过程中，当包装件与基面(如运输工具厢板，包装件顶面等)碰撞时，首先是外包装箱突然减速而产生加速度Gp1，再通过缓冲衬垫将冲击加速度Gp1传递给产品。由于缓冲衬垫具有弹性特性和阻尼特性，它对冲击加速度Gp1,具有缓冲作用，故产品的响应加速度值Gp2

24、<Gp1。2.进行缓冲衬垫设计（1） 缓冲计算用最大加速度 -静应力曲线（Gm- s）法，对缓冲材料的面积进行计算，确定缓冲设计包装形式。康佳LC46GS80DC液晶电视机进行缓冲包装。康佳LC46GS80DC液晶电视机质量为27.5kg，可用脆值为50g。选择的缓冲材料为比重为0.020的发泡聚苯乙烯，其蠕变率为10%。因此=W/A=27.5/(112.5×32.5)=0.0075 kg/c 式7由图7分析得，可用面积远远大于实际接触面积,可采用角垫进行缓冲设计。 图7 聚苯乙烯的最大加速度静应力曲线 摘自运输包装Gm=G/n=50g 式8由于跌落高度为50cm，选取T=5曲

25、线，的范围为0.0240.09kg/C，取=0.03kg/c，故A=W/=27.5/0.03=916.7c. 式9角垫的接触面积为=A/4=229.25230c. 式10L=15.2cmT'=T+CrT=5.5cm 式11=53.5c<A',所以角垫不会发生弯曲变形。 式12角跌落时的有效受力面积为：Ae=398c. 式13此时静应力为=W/Ae=27.2/398=0.068 kg/c 式14此应力值对应的加速度小于产品的可用脆值，因此满足设计要求。所以角垫的厚度为5.5cm，边长为15.2cm。（2） 缓冲衬垫角结构示意图 图8 缓冲衬垫角结构示意图6 防振设计 图 9

26、 公路运输的频率普摘自运输包装 防振设计的目的在于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 (即外包装- 衬垫- 内装产品) 对振动的传递率控制在预定的范围内。fn=式15式中: fn产品的固有频率; k为缓冲材料的弹性系数: m为产品质量, 聚乙烯的 k 值为: 3.34× kg/c 。故由系统的固有频率:fn=3.4Hz。单自由度包装系统在受迫振动条件下振动的相应传递率公式:Tr=式16其中 = f/fn 式17 = c/2m 式18 =2fn 式19式中: Tr传递率; f激振频率, Hz; fn包装系统固有频率, Hz; 阻尼比; c为阻尼系数, 通过

27、查阅资料，该包装材料的阻尼系数为 8.03, 则由式16 得系统最大振动传递率为 Tr=9.6。根据图9公路运输的振动频谱图, 频率为 3.4Hz时，对应的加速度 ar=1.8g, 所以产品的相应加速度a=Trar=17.2g 式20小于产品的许用脆值 50g。因而符合防振要求。六对外包装进行设计（一）包装材料的选择瓦楞纸板因无污染、可再生、具有良好的缓冲性能等优点, 在运输包装中得到广泛应用。对液晶电视机也采用此材料设计外包装，并且采用单体包装。按照 GBT65441999 标准规定, 瓦楞纸板分为 A、C、B 和 E 型四种。A 楞型的纸箱承受平面压力性能比 B 和 C 楞型差, 但其承受

28、垂直压力性能较高; B楞型的瓦楞低又密, 故耐垂直压力性能较差, 但平面耐压性能较高; C楞型性能, 介于 A和 B楞型之间; E 楞型的纸板具有重量轻、缓冲性能好、平面抗压强度好等特点, 利于直接进行印刷。综合考虑, 由于本设计对象液晶电视机在流通过程中是堆码运输,因此对其纸箱要求要有较强的平面耐压性能;此外,康佳LC46GS80DC液晶电视机质量为27.2kg,所以选择 AB双层瓦楞纸板进行设计。（二）瓦楞纸板的厚度设计瓦楞纸板的厚度是瓦楞设计中一个非常重要的因素, 不仅决定着瓦楞纸箱的尺寸, 而且影响到瓦楞纸箱的强度。一般是原纸厚度与瓦楞高度之。在通常设计时参考表 3, 得出本次纸板的厚

29、度为 8.1mm楞型纸板厚度楞型纸板厚度楞型纸板厚度A5.3AA10.4AB8.1B3.3BB6.1AC9.4C4.3CC8.4BC7.1E2.3表3 瓦楞纸板的计算厚度 摘自运输包装（三）外包装的尺寸设计1.内尺寸的设计 由于是单体包装, 就无须考虑排列方式了,所以其内尺寸计算公式为:Xi=Xmax+2T+K' 式21式中: Xi纸箱的内尺寸; T缓冲件的厚度; K' 内尺寸修正系数。瓦楞纸箱内尺寸修正系数（mm）,可参考表 4LiBiHi小型箱中型箱大型箱3737133457表4 瓦楞纸箱内尺寸修正系数 摘自运输包装取 KL=5mm, KB=5mm, KH=4mm, 又已知

30、lmax =1125mm, Bmax =120mm, Hmax =716mm, T =55mm, 故由公式21得纸箱的内尺寸为 :1141mm×136mm×732mm 2.制造尺寸的设计（1）箱体制造尺寸:由公式22可以得出其制造尺寸:X=X1+K 式22 式中: X瓦楞纸箱长、宽、高制造尺寸; Xi纸箱内尺寸; K制造尺寸修正系数; 瓦楞纸箱制造尺寸修正系数（mm）,可参考表 5名称ABEABL16329L24216B16329B23215H96318表 5瓦楞纸箱制造尺寸修正系数 摘自运输包装所以制造尺寸为： L1=1150mm, L2=1147mm, B1=145mm

31、, B2=141mm, H=750mm（2）接摇盖宽度:由公式23可以得出其对接摇盖宽度:F=B1/2+Xf 式23式中：F纸箱对接摇盖宽度; B1纸箱非结合端面制造尺寸; Xf摇盖伸长系数。查阅运输包装得到A 型楞摇盖伸长系数为23mm,AB型楞摇盖伸长系数为45mm.所以纸箱的对接摇盖宽度77mm.（3）纸箱接头的制造尺寸：通过国家标准的查阅，单瓦楞纸板接头的尺寸为3540mm，双瓦楞纸板的接头的尺寸为4050mm，三瓦楞纸板接头的尺寸为50mm。所以选择接头尺寸为40。3.外尺寸的设计由公式24可以得出其外尺寸:Xo=Xmax+K 式24式中: X0瓦楞纸箱外尺寸; Xmax纸箱最大制造尺寸; K纸箱外尺寸修正系数。 瓦楞纸箱制造尺寸修正系数可参考表 6楞型ABEAABBCCABACBCK5735241014610812812913711表 6瓦楞纸箱制造尺寸修正系数 摘自运输包装由此可取瓦楞纸箱制造尺寸修正系数为10。所以外尺寸为1160×155×760mm。纸箱展开示意图如图10 图10 纸箱展开示意图7 瓦楞纸箱强度校核（1）瓦楞纸箱的抗压强度计算Px=式25Px-瓦楞纸板的综合环压强度，n/cm Rr纸板面纸、里纸、芯纸的环压值