缓冲衬垫精确设计法_机械/仪表_工程科技_专业资料。李书印等 缓 冲 衬 垫 精确 设 计法 缓 冲 衬 垫 精确 设 计 法 西 安 理 工 大 学 印刷 包 装 工 程 学 院 李书 印 智文 广 刘志鹤 摘要 二 在 对 衬 垫 设 计 公
李书印等 缓 冲 衬 垫 精确 设 计法 缓 冲 衬 垫 精确 设 计 法 西 安 理 工 大 学 印刷 包 装 工 程 学 院 李书 印 智文 广 刘志鹤 摘要 二 在 对 衬 垫 设 计 公 式 深 入 分 析 的 基 础 上 总 结 出 了 既 满 足 缓 冲 要 求 又 符 合挠 度 样 核 条 件 的 衬 垫 极 大 极 小 尺 寸值 提 出 了 单 纯 增 大 衬 垫 面 积 反 而 是 导 致 产 品 破 损 的 原 因 之 一 的结 论 并 应 用 于 考 虑 产 品 重 心 的 衬 垫 设 计 方 法 之 中 并 给 出 、 、 了重 心 设 计 方 法 及 步骤 。 关键词 缓 冲 包 装设 计 产 品重心 角垫 对衬垫设 计公式 的剖析 作 为 眨 映 缓 冲性 能 的 一 个重 要 参 数 ? 一 ‘ 尸 一 。 一 缓 ” 一 认 ? 子 包装 没 计 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 其 代 , 一 呱 。, , 表 曲线 便 是 缓 冲 系 数 一 最 大 应 力 曲 线 为 比重 为 。 。 一 图 卜一叫 了 ” 、 一 副 一一 一 口 一曰冲 ’ 的聚 苯 乙 烯 的缓 冲 系数 ? — 式中 最 大 应 力 曲线 八 设计公式 工 叮 ? 缓 冲 系 数 一 一 最 大 应 力 曲线 氏 , 一 八 , 一 一缓 冲衬 垫 面 积 。 点计 算 出 、 值完 全可 以满 足挠度 则此 曲线最 低 点 , 工 一 一产 品重 量 产 品 脆 值 或 冲击 加 速 度 校 核 条件 中的 氏 — 冲衬 垫 厚 度 缓 —缓 冲 系 数 — 月 一一 等 效 跌 落 高 度 、 、 —缓 以 左 必有 一 点 刚好 满 足 挠 度 校核 条件 如 图 冲材料最 大应 力 点 若仅单纯增 加衬垫 面积 便 会致 使 衬 , 垫 刚度 增加 从而 对 产 品 产生超过 其脆值 的 冲 击加速度 。 。 。 若 面积 。 减 小 则应 力 氏 必然增 加 随 之 增 加 这 样 厚度 也 因 , 这里参数 暂 定为常量 选取最 小 。 同 样 会 使 得 缓 冲 系数 氏 , 缓 冲系数 。 。, 进 行设 计 将 使 衬 垫 厚 度 为最 小 下面 分 两 个 。 会 缓 慢 增 加 观 察特 性 曲线 可 以 看 出 面 积 的增 加 而减 小 厚度 。 且 同时 也 确 定 了衬 垫 面 积 的大 小 因缓 冲系数 的增 加 而 点 计算 出的 、 方 面 讨 论 衬 垫 面 积 发 生 变化 的 情 况 若面积 , , 增大 如果以 肘 可知 应 随之增 , 。, 。 值完 增 加 由公式 , 全 可 以 满 足 挠 度 校 核 条 件 则 此 曲线 最 低 点 以 右 必 有 一 点 也 刚好 满 足挠 度校 核 条件 如 图 力 氏 必 然 减 小 这 样 便会使缓冲系数 加 由公式 度 度 。 。 可 知 此 时 必 须 依靠增 加衬 垫 厚 的 曲线趋势可 以 看 出 注意 此 图是 缓 冲 系数 , 中的 点 仅单纯 减 小 衬 垫 面 积 同减 小垫 垫 。 来 弥 补增 大 面 积 所带 来的过 大 的 冲击加 速 由图 厚 度 一 样 都 将 会导 致 欠 包 装 以 上 分 析 可 知 由公 式 计 算 得 出 的 缓 冲 衬 绘 在 笛卡 尔坐 标 中 的增加 幅 度是 , 。 垫 面积 是 不 可随意增 加 而 减 小的 它 必须 同时 , 远大于 材料应 力 氏 的减 小幅度 因 此 面积 增 加 的幅度要远 小于厚度增加的幅度 如 果以 收 稿 日期 一 一 包装工程 伴着衬垫厚度的相应变化 于 图中 , 点 附 近 的 一 小 段 范 围 内 应 力有 所 变 , — 均 为增 加 。 但由 制 更 难 以 完 成 其 保护 产 品 的功 能 , 、 。 缓 冲 衬垫 的结 构 形 式 多种 多 样 主 要 根 据 产 品 的 质 量 形 状 等 进 行 设 计 但通 常 按 承载 面 化 时 缓 冲 系数 波 动很 小 因此 也 可 以 认 为 在面 积 稍 有 增 加 或减 小 的情 况 下 对 缓 冲作 用并 无 多大 影 响 。 积分 为全 面 缓 冲和 局 部 缓 冲两种 基 本 形 式 其 中 局 部 缓 冲 又 有 角 垫 式 及边 衬 式 形状 的产 品 底面受 力示 意 图 , , 一 关 系 曲线 大 致 如 图 点对应 图 中的 点向 。 、 、 所示 图 点 从图 。 。 图 为任意 中的 、 、 。 该 力 系 由于 属 于 中也 可 看 出 面 积 由 , , 点增加的过 程 弧线 超 静 定 问 题 具 有 无 穷 多 解 但这 正 给 泡 沫 衬 垫 设 计 提 供 了 很 大 的 灵 活性 。 中 厚 度 亦 有 了大 幅 度 增 加 曲线 中 考虑 产品重 心的设 。 便 为刚 好 满 足 缓 冲包 装 要 求 的 面 积厚 度值 但 弧线 已属 于过包装 。 、 计 关 键 是 要 保 证 衬 垫 各 处 的 应 力大 小 一 致 设计方法 及 步骤 。 下 两 点的坐 标分 别 。 面 以较具代表性 的四 角垫 式缓 冲 为例 简要 说 明 代表 衬 垫 的 极 大 尺 寸 值和 极 小 尺 寸值 因 此 完 , 全 可 以 下 结 论 不 论 是 出于 满 足 挠 度 样 核 还 是 , 其 它 原 因 单 纯 增 加衬 垫 的 面 积 不 但 不能 更 好 , 地 保 护 产 品 且 浪 费材 料 同 时 也 是 导致 产 品破 损的因素之一 其 实 这 点从公式 , 。 , 的变形公 式 ? 公 , 也 同样 能够 得到 证 明 如 果单纯 增 加 衬垫 厚度 只要满 足 挠度 校核 条件 如 图 , 。 中的 阴 影 部分 。 , 图 产 品底 面 受 力 图 则 对 产 品 的保 护 会更 好 但均 为过 包装 首 先 确 定缓 冲材 料 然 后 计 算 总 缓 冲 面积 并 与 产 品 底面面积进 行 比较 , , 。 若大于 则 , 改换 比 重 更 大 的 同类 材料 或 其 它 材料 重 新 计 、 广行乞 万 算 否则继 续第 总 步 一 。 ? 叮, 日 鱿 门 图 。 按 力的等效与平衡原 则 过 重 力 在 底 面 的投 影 点 , , 作 任意 一 条直 线 如图 , 、 交两边 于 、 将重 力 等效 分 解 为 一 关 系 曲线 一 , , 有 关 系式 , ? ? 根 据 力的平衡 原 则 再 将 , 等效分解为 、 考 虑 产 品 重 心 的 缓 冲衬 垫 设 计 方 法 由公 式 , 、 作 用于 左边 两 角 的支撑 反 力 分 解 为 另两 个 支撑 反 力 、 将 等效 , 有 关 系式 ? ? 得 出的计 算结 果 属 于 一 种 一 , ? 一 ? ? 刀 理 想 的情 况 即 产 品 重 心 与 产 品 的形 心 重 合 跌 材 ? 一 一 ? ? 八 ? ? 落姿 态 为 水平 跌 落 , 。 而 实 际 中产 品 重 心 常 常 偏 ‘ ? ? 离 其 几 何 中心 若 不 考 虑 重 心 的 因 素进 行 衬 垫 设 计 不 但 撞 击 地 面 的过 程 中产 品姿态 无法 控 , 一 ? 一 、 、 、 、 ? ? 八 、 ? 式 中 、 了 、 李 书印等 缓 冲衬垫精确设 计法 邹 一 。 各 尺 寸 可 由产 品 直 接 测 得 。 对 而 积 最 小 的 角垫 进 行 挠 度 校 核 尸 变换 直 线 一 、 , 的 角 度 则 可得 出 不 同 的 、 挠 度 校 核 条件 , 八 乡 步 若有 值 按 一 定 的精 度旋 转 直线 一 周 根据 若 面 积最 小 的 的 角垫 满 足 挠 度 校 核 说 明 四 个 角垫 都 能 满 足 则 向 下 执 行 第 , 具 体 情 况 如 产 品 结 构 力 的分 布 等 选 取 适 当 的 一 组 并 记 下 此 四 力值 此 点 的 确定 对 于 尽 快 成 功 地 设 计 出 满 足 要 求 的 角 垫 尤 为重 要 当产品 底 面 为 长方 形 如 图 。 一 个 角垫 不 行 如 果 此 时 仅 仅 靠 增 加 此 垫 的面 积 来 解决 将 使 此 角 的 应 力变 小 如 前 所 述 , 时 当过 底 一 产 品 即 便是 水 平 跌 落 撞 击 地 面 后 因 衬 垫 变形 不再 相 同而 无 法控 制 产 品姿 态 且 对外箱 的变 形 影 响 较 大 若 面 积 增 加 较 多 则 由于 衬 垫 会 对 产 品 产 生 超 过 其 脆值 的 冲击 加速 度 而不 能 起 到 预 计的 保护 作 用 , 面 重 心 投 影 点 作 与 任 一 边 平 行 的直 线 时 分别为 尸 , ? ? ? , 一 ? 八 一 一 一 八 ? 乙 ? 一 ? 。 且 实 际 中存 在 衬 垫 的 结 构 设 计 问题 因此设 计时也 应注 意 对 衬垫 面积 的潜 在影响 。 一 一 兀 ? ? 艺 ? , ? 解决 的 办 法 是 改 换 为 比重 更 小 的 同类 材 料 或 其 它 材 料 重新设计 ? 吸 八 一 、 、 八 ? 、, ? 艺式 八 一 ? 将 四 解 垫形 式改 为边 衬式 或 角垫 与边 衬 相 绪合 的 形 式 一 二 ? 乙浅 、 以 尸 一 四 力分 别 计 算 出 某 一 缓 仅 对 不 符 合要 求 的 角垫 进 行 结 构 改 造 冲材料的 四 角垫 尺寸 , 。 等 。 二 , ? 氏 ? 一 一 然后根 据上述重 新设计 。 一 比 较 面 积 最 大 的 角 垫 是 否 适 合产 品 由上 式 可 以 看 出 各 角 垫 的 面 积 可各 不 相 同 但 厚度 都一致 且 也得 必 须一 致 取 。 。 如 衬 垫 几 何 中心 垂 线 不 宜 与 产 品 的 重 心 线 相 距 甚至 则未必选 , 太 近 当 然这 种 情 况 极 少遇 见 因 为保证 产 品重 , , 点 可以 图 , , 中的 一 之 间取值 依据 之间及 阴影范 心 与 形 心 不 能 相 距 太 远 尽 量 使 其 重 合也 是 产 品结 构 设计 者 的责 任和 义 务 还 需 注 意 角 垫 的 放 置 是 否会互 相干 涉 如某 两块 衬 垫 的长 度 之 和 不能大 于 产 品的该 连 长等 否 ” ‘ 为 文曰 必要时 也可在 围 内取 值 。 几 析 设计 。 护 体 , 声 拭 到 迎 并 不一 兴 不 一 … 日 门一 吐 一 厂 门门口「 毛 口 交甲 洲 一 一 ,孤 口口 二 口 一 一习 「 「 口 一 一一 一一 山 ‘ 底 面 为长 方 形 的 产 品 受 图 一 入 、 衬垫 结 构 与 尺寸设 计 好 后 此 时 的各 支 撑 合反 力作 用 点 与 原 来 的 , 频率 比 图 八 尸 已不再重 合 再 以新 的作 用点 位置重 新 执 行 从第 始循 环 执 行 、 、 步开 振 动 传 递 率 曲线 。 , 直 到 两 次 力的 作 用 位 。 进 行振 动校核 图 , 为聚苯乙烯的一 置 调整 量 已 小 于 允 许 的 误 差 范 围 种 振 动 传 递 率 曲线 笔 者 认 为 进 行 振 动 校 核 不 包装工程 应 以 共 振 有 阻 尼 的情 况 对 产 品 产 生 的最 大 加 品的破坏 。 大 量 事 实证 明 振 动 破 坏 已 成 为 产 品 。 速 度 与 产 品脆 值 相 比较 且 若 小 于 脆值 则 认 为 , , 破 损的一个 主要 方 面 至 于 共 振 带 的宽 度 则 应 , 。 校 核 合格 。 而应该避 开 共振带 图 中 , , , 九 , 以大量 的实 践 数据 为 基础 靠 经 验 来确 定 无 论 其 加 速 度 怎 样 地 小 于 产 品桅 值 因 为 振 动 损坏 不 同 于 冲 击 破 坏 它 是 因 疲 劳 而 造 成 对 产 若振 动情况 不 良 则 应 首先从 第 , 点缓 一 确 定 缓 冲材 料 计 算 总 级冲面积 与 产 品 底 面积 进 行 比较 卜 大 于 冲系数 的选 取 上 入 手 当 然 也 可改 换 , 。 材 料重 新 设 计 将 重 心 分 别 向其 它 五 个 面 投 影 按 照 上述 , 其 次 计 算 四 角支 反 力 首先 一 步 设 计 各 面 的衬 “ ” 计 算 四 角垫 尺 寸 两 次 反 力 作用 点重合 垫 尺 寸 各步 中所提 的 底 面 相 应 变 为 各侧 面 及顶 面 量选 。 , 当执行第 , 步时 应尽 点 以避 免外箱尺寸过 大 同时 , — 二童 布布 鱼 一是 奋 角垫 挠 度 校 核 不 合格 也可看 出如 果 需 要 此 种 设 计 方法 完 全 可 以 针 对 产 品 六 个面 设 计 出各 不 相 同 的 结构 尺 寸检 不 合格 赢磷扮蔚哀雇 衬垫尺 寸 至 于 另五个 面的脆值是 否与 底 面 的 相 同 则 与 设 计 的精 度 要 求 产 品 , 、 , 脆值 数 据 资料 的 丰 富 与 否 有 关 、 。 最 后进行 产 品 支 撑 面 的应 力 校 核 棱 跌 落 及 角 跌 落 下 的有 效 缓 冲 面 图 程 序框图 积校 核 关 于棱 角跌 落校核方 法将有 另 、 文论述 。 彭 国勋 王 瑞栋等 , 、 缓 冲包装 动 力学 湖 南大 学 出 由 于 以 上 步 骤 计 算 最 多 重 复量 大 因 此 适 , 版社 , 合于 计 算 机 辅 助 设 计 同 时 必 须 具 备 足 够 的 缓 , 李书 印等 诀 干 也论 缓 冲包 装 中的 优 化设 计 包 装工 冲材料 特 性 曲线 库 以 利 于 选 择 , 。 刘功 等 产 品 重 心 缓 冲包 装计算 机 辅 助 设 计 法 , , 参 考 文 献 包 装工 程 “夕 , , ,‘ , “ , , 角 卜 ,
