GB8166-1987缓冲包装设计方法.pdf 22页

'UDC678076:658.788A83中华人民共和国国家标准GB8166一87缓冲包装设计方法Packagecushioningdesignmethod1987一08一24发布1989一03一01实施国家才示准局发布 中华人民共和国国家标准UDC678.5.0761658.788GB8166一87缓冲包装设计方法Packagecushioningdesignmethod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)iip速度":fq单位的亚Fi加速)f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(1)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fk由此而推算的自由跌落高度，以1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om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1987一08一24批准1989一03一01实施 GB8166一872.2.6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pH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。7i缓冲包装成本的汁算方法可参考附录AC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。 GU8166一87。nl二·((;)·牛:<}。式中:a.”一一最大应力.Pa;〔‘〕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,cm",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"I1{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-一叫式中:T厚度，cm;‘—缓冲系数;If—等效跌落高度，cm,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一-1rr!。o=静应力，Pa,式"3#."22.2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.IllI(,到1l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etifill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"A1i}"i13.2.3.1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。 Ua5166--8冬;1:,1i材料胜弯曲一1n,「报卜矛力山jFr.,cmS.23,3可能,z;30"I角方向的冲击时应按F列方法进行修正。t%i1(}(1r;i4而缓冲包装方浮时闪一5)t〔一巡十洲+tr1欢至力Iftl.;-!..m品m长沙训飞八}「忆)艾，口.is舫rlj度el)II2角冲.{(的有效载荷面积f(小f:l1缓冲!i垫包装Yih"J c88166一87C(I+6十d)}"丫+6"+d`式中:L—角垫的长度，cm.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，CM;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id)","iiiIY1许Ifl脆仇、-"ks GB8168--87山十振动加速度的反v作%I1"If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wqm1产.甘:!_的9!e弱;"I;汁及II振J:特性.亦.习按卞条的程序进行隔振设计，511见附录c(专k-件)的例73，4缓冲结构设汁3.4.1般方;大a.全而缓冲贷叮龙‘},r!"1;可以II针It;,乡洲、(tii,Qlrl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IV!的缓冲材料，如图5所示。图}}iG"7=iP}Il法I}例3.4.2受力而积ril]调整为了有效地使to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6a).,b减小受力面积:利用tyt}、侧垫等减小受hitii积(如图5、图fib) GO8166一87决务父会》价习‘.一1i,a,.2y-公-介父耸t,af华一挞毒-I(tP之欠斗共拜共图“受力my*的ii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.II: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)。 GB8166一87图83.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。 GB3166Jl,}r.;s,I?!，人."t9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I00kg,最大边尺寸下超比15Gcm时.进行振动试报.然tk-"I做日i11vi,"族州验。4.1.2包装件总重量大于I00kg,或最人边尺寸.人于150m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 CB8166一87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(，‘+Cl(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lI"1I积;制造t,yj,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:八制i--?i<冲衬垫占gjijjh"t劳动时Ie】总和;尸制造模几或其它f}i}i}l,111用的人员劳动时间总和;尸包装产品占用的人员劳动时问总和;C包装件运输到日的f!il所需的费用。 GB816G-87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VA用图liIFlf示的自由落体的模型来丧示，如果不iI-空气Iil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:Zvu"+}"Ndr=H-(N+式中:m—物体的质量,kg;。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;fl一一物体的跌落高度，m;”--—物体的重力，No当物体的运动速度。一。时的瞬间，山(HI)式得:P山二"(1l+;"}.).........................................(H2)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dd，};r,:},“缓冲材料所吸 GB8166--87收的能星.它.y"]受到冲.!f{勺ye冲材料在r形过程中听承受的力h"与变形1f，的积分值.相当于由静态压缩试验得到的11变峪曲线与横轴之Il{i的而积山上式可知。如`-物体的重址!，和跌落高度hi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141全部被缓冲付料听IAfIYC所以(112)式叮以进一步表示成如「形式:。《，，。11.)一丁厂’Pd,-:，(B3)‘一J’r.1ad(B4)式单位体积缓冲材料吸收的能址.J/rn"应力，了一4，N/m应变，宁‘-一最大应变。资A,-一面积.m";T—厚度，m。以rinm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"lm.·..·..·..·..·..·..·..·..·..·..·..·..·..·.⋯.....(BS)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:hlm=价“、幸仆“(B6)二式中:Fm缓冲材料达到最大变形ht时作用于产品上的力.Ni口m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"‘︸a9，，为重力加速度。所以，等(B7)令G=(G)，则w"C((B8)式中:CG)—产品的i}用脆值。 GO8166--87将(85)式、(B8)式代入到(B3)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1，通常忽略不计。故得:。一V.n-e:r一i/%oiF_"。_I,:[u;,-崛由(B5)式可知，缓冲系数c是最大应力1。和最大应变‘r。的函数、所L"4可戎J;为iil4;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s7=}"冲系数B.3.1将应力一应变曲线下的面积分$T-11)lrr-个小l,N"点选择峥I"Qf"1小的1),E两点进行计3?其静应力分M为夕11:⋯rl.L仁，交为7IOcm银据第3.止兮欲的要求tXl:点汁?7材料的受力面积:，。二:二丝一、，(，10"=?67cm了，、.9.010U6 GB8166一87采用边垫或角垫的缓冲结构时.应满足下述关系:4,、>(I.33T)二(1.33X10)一=177em"显然，对于厚度IOcm的边垫或角垫，各衬举Z力面积I}(大于177cm"。而n点的静应力对应的面积为:A(,_1Y、.。229100()x10"=828cm"所以可以采用各衬垫受力面积之和在267.828cm"之间。各衬垫的受力面积大于!77cm，的边垫或角垫的结构例5产品的形状为正方体，重力为20ON，许用脆值为859,根据等效跌落高度为90cm,选择的缓冲材料的特性曲线如图C2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C2中85;的加速度与厚度T二5cm的曲线交干‘,11点。按H点的静应力考虑，a，，二5kPa.平面跌落的怪力而积为:A=竺一X!。-521010()X10，二100cm1个角垫中征个角垫的受力面积为:，一十x40。一。。。。。因为各角垫的受力面积，4=100>(1.33f)一(1.33X5)’二nn，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:100=IOcm山、6)式得，角跌落时的有效受力面积为:A.二、3l."二{，73X10"=173cm"此时的静应力为:一牛x’“‘-210703X{。‘=}I.6kPa将该位代入到图C2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.=100cm"·银据(6)式得衬垫边长为: GB8166一87:一丫J:7_A7,3一、114.0703今15.2cm则面跌落时的受力面积和挣应力为:A=4L"=4X15.2==925em"叽一}4-X10"290205》10"=2.l6kPa将该值代入图C2中可知，此静应力对应的加速度为72g.小于产品的许用脆值。所以，角垫的厚度为5cm边长为15.2cm例6产品重力为36N,底面尺一寸为25cm:X25cm，许用脆值为309。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5cm。产品在运输中受到的振动输入如图C3所示。求包装件的共振频率和产品的最大响应加速度。。、一qIX1()一25要25X10"一。·576kPa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C1所示由图C1得.曲线的峰值对应的颇率为f,=46Hz，传递率。二6，由图C3可知，46Hz时的加速度为1.79.即包装件在共振时受到的振动输入为。、二7g。则产品的最大响应加速度为:“。=qa,=6X{.7=10.2(9)所以.包装的共振频率为46Hz，产品的最大响应加速度为10.29，小于产品的许用脆值(309) GBsiss-87‘1﹂J﹂1卜1墓‘’犷一J一一‘月‘舀~一一一一_J一‘1I1一于份~一-一IUUUu毛h日口匡三日二工二二二仁三二二_止:二享一匕二习匕一州一寸一一~气一士一州一一‘一一月一夕~节一卜--一一丁一.昌全丁二习-二二二_二二〔二二巨云三二二卜一-—--一一一一一卜-一一一宁-一一一一~一-一草一11_一一一-一-‘户~‘J甲‘曰找，户,卜图(IPil产.n,的Ijr力Rj300N.底而尺寸为30cm;30cm.i"L上的脆弱部件具有ZSH，的固有频率、I.U0的阻记系数.，叮承受的最犬冲击加速度为15y，“:.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10C."[z品在运输过程中受到的振劝输入如图Cl)所示‘，忽略疲劳作用.确定这样的衬n能否提供足够的振动防护。解:‘I)确定(I:包装件其振时脆弱部件的响I,"v加速度 Gil8166一87300一HA"“’。‘二X10,=3.33kPa30义30根据静应力。:及材料厚度T,查出材料的振动传递率一频率特性曲线如图C6所示由图C6得.曲线的峰值对应的频率为7Hz，传递率为2.5。由图C5可知，7Hz时的振动输入加速度为19,则产品的最大响应加速度为:a,二，a、二2.5X1=2.5(g)当脆弱部件的固有频率明显高于包装件的共振频率时，它基本上受到与产品相同的峰值加速度。因此，这时脆弱部件的响应加速度为2.5g，该值小于其可承受的最大冲击加速度(459)，部件不会损坏。︵溉︺勺侧州~搜倾"Y-(}Hz1图C5 GB8166一87{(.fm「下-一一:}{日}一，「一-「门州rr{T一}一门一一门II{Il"}}「丽价洲口，探场映竺一州r~r汀‘叮了下月~.一一I一勺名l一「一一r-门厂-~盆己]11】、一—-广~r州l一r一—r一r〕尸r，}lr一叫一牛{11丫厂一1iT丁丁「一-，可一，一TI,Tfl闪日{一}{0，",‘1,,,1:y(6(21确定脆弱部件共振时的响应加速度山图CS.,图(6得在频书为25rlz时的振动输入]II:速度为0.55=.缓冲材料的振功传递率为0.25.则产品的最大加速度响应为:“。二妞、“0.25X0.55“Il.14(妇对于线性系统.当阳尼系数y