1 课程设计的目的与任务1.1 课程设计的目的（1）通过缓冲包装与结构设计课程设计，使同学们对指定产品的缓冲包装设计过程和设计方法有一个全面的了解，熟练掌握缓冲包装设计六步法；（2）对于产品的缓冲衬垫和外包装箱的结构进行设计，掌握各种箱型结构设计的方法。

为毕业设计和以后走向工作岗位打下良好的基础。

1.2 课程设计的任务为海尔迷你冰箱BC-50EN设计出合理缓冲衬垫以及外包装箱。

而且该包装适合国内运输环境的要求，存贮时间为30——100天。

2 产品介绍2.1 产品简介人类在很早的情况下就知道，食物在较为低温的情况下不容易腐烂。

随着现代人对营养的越来越重视，我们饮食的逐渐丰盛和多样化，冰箱便成了家中必不可少的电器，冷藏食物，保持新鲜为生活带来了很大的方便。

各种冰箱企业推出多种的冰箱的模式和制冷方式，冰箱多种多样，使得食物在炎热的天气依旧可以长期保存，冰箱的品种也是越来越多，销售人群也越来越广，像一些比较知名的冰箱企业，海尔，西门子等。

但与此同时，客户的需求也越来越多，冰箱的市场也是越来越广阔的，为了满足客户的需求，各种功能的冰箱问世，越来越多不同制冷效果组合的冰箱出现在市场上。

2.2 产品实物图图2-1 产品实物图2.3 冰箱的基本参数表2-1 冰箱的基本参数3 流通环境在现代社会中，包装是物生产的终点，物流的起点。

产品和物资的流通是经济活动中重要的组成部分过程以生产工厂为起点，以消费者为终点，广义上说，它包括了商品及包装的运输、中转、仓贮、陈列、销售等环节。

包装件在运输流通中所经历的一切外部因素统称为流通环境条件。

包装技术就是要确保产品由一地向另一地运送时不受经济上和功能上的意外损失。

对产品可能遭遇的条件作考察与评价，是包装设计中的重要内容。

流通过程的基本环节有：装卸搬运环节（分人工和机械两种方式）、运输环节、贮存环节。

3.1 流通的基本环节3.1.1 产品的流通范围生产地：青岛流通范围：全中国3.1.2 产品的装卸在装卸搬运环节中，三星电冰箱的销售遍及全国各地的每一个地方，冰箱的销售范围非常的广泛，可以说是运输的环境十分不同，所以既可能有短流程运输也可能包括较长流程的运输。

当然，运输的流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数就越多，所以对此商品的包装件造成的损害就越大，产品也越容易破损，装卸作业中既可能有人工装卸也有机械装卸，所以要中和考虑到抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机的突然启动和过急的升降都会造成产品的跌落损害。

3.1.3 产品的运输运输环节中，因为此产品的销售范围广，既要有长途运输也要有短途运输，所以涉及到的交通工具种类比较多，包括汽车、火车、船舶、飞机和电瓶拖车、铲（叉）车、手推车等。

运输过程对货物包装件造成的损害原因有：冲击、振动、气候条件和其他原因等。

3.1.4 产品的贮存贮存环节、贮存方法，堆码重量、高度、贮存周期、贮存地点、贮存环境（如光、风、雨、虫、霉、鼠、尘、有害气体等）直接影响产品包装件的流通安全性。

仓库的建筑结构型式对贮存环境中温度、湿度、气压等因素影响甚大。

在以上的不同环节之中和环境中都会有力作用在产品之上，并使产品发生机械性损坏。

为了防止产品遭受损坏，就要设法减小外力的影响，所谓缓冲包装就是指为减缓内装物受到冲击和振动，保护其免受损坏所采取的一定防护措施的包装。

3.2 确定跌落高度H人工装卸中的跌落高度可以用以下经验公式计算，它适用16Kg 以上包装件：WH 300=cm H 7118300==人工装卸中的跌落高度H 可以由下表查得，冰箱重量W=18kg ，可以取试验的跌落高度H=91cm 。

表3-1 装卸环境与跌落高度所以，最终确定海尔迷你冰箱的跌落高度为91cm。

3.3 流通环境的频率谱3.3.1 公路运输的频率谱图3-1 公路运输的频率谱由于产品销往全国各地，既有长途运输又有短途运输。

一般产品从出厂到发货火车站使用汽车运输，从发货站到全国各地的代理商使用火车运输，而从各地代理商到零售商和从零售商到消费者手中多使用汽车运输。

汽车运输的冲击，主要取决于路面状况，车辆的启动和制动，货物重量及装载稳定性。

汽车运输振动加速度的大小也与路面状况、行驶速度、车型和载重量有关，但主要因素为公路的起伏和不平。

汽车运输是包装件的共振频率一般小于25HZ，实验测得，汽车运输发生二次共振时其基频为8.2~8.5HZ，二次共振频率范围为17.3~18HZ，共振加速度增大为外界激励的18倍。

汽车运输的随机振动加速度垂直方向最大，汽车运输振动能量绝大部分分布在0~200HZ，其中能量最集中处于0~50HZ频带内。

汽车运输随机振动功率谱密度在2HZ和10HZ左右各有一个较大峰值。

通常2HZ出的峰值为全频带内最大值，所以公路运输包装件的固有频率应避开这两个频率值。

3.3.2 铁路运输的频率谱图3-2 铁路运输的频率谱铁路运输时产生的冲击有两种。

一种是车轮滚过钢轨接逢时的垂直冲击，在普通路轨上为80~120次/分，加速度最高为1g；另一种是火车在挂钩撞合时产生的水平冲击，加速度可达2~4g。

若速度为14.5km/h时作溜放挂钩，车体撞合瞬间可能产生18g的冲击加速度。

火车驶过钢轨时受到冲击，以正常速度70km/h驶过钢轨时，垂直方向加速度峰值为5~8g。

一般此产品从包装车间要经铲车、电瓶车运送到仓库中，此时运输工具的启动、变速、转向、刹车会使产品改变速度，导致冲击损坏；当产品有仓库运送到铁路上及铁路运输过程中，由于交通工具会受到路面状况、路轨接缝、发动机振动、等因素影响，会产生振动。

而且此过程中还会受到气候变化的影响等等。

4 选择缓冲材料4.1 可选缓冲材料的特性表4-1 常用塑料缓冲材料特性对比εd（%）7表4-3 EPE的恢复过程数据表时间30s 30min 24h厚度（mm）50.36 50.48 50.64残余应变εc3（%）1.45 1.21 0.9表4-4 EPS的蠕变过程数据表时间6min 1h 12h 24h 48h 96h 120h 168 h厚度T d （mm）54.8 54.5 52.88 51.56 50.06 48.32 47.9247.34蠕变εd （%）6.04 6.55 9.33 11.59 14.16 17.15 17.8318.83表4-5 EPS的恢复过程数据表时间30s 30min 24h厚度（mm）48.88 50.24 53.86残余应变εc3（%）16.19 13.85 7.65缓冲包装材料种类繁多，但它们缓冲作用的远离都是通过自身形变来吸收包装件在流通过程中由于振动和冲击产生的能量。

根据缓冲材料力与形变曲线通常可分为县弹性缓冲材料、正切性弹性缓冲材料、双曲正切型弹性缓冲材料、三次函数型弹性缓冲材料和不规则型弹性缓冲材料。

按类型分可分为泡沫塑料、气泡薄膜、碎屑状材料、橡胶、纸和纸板等。

4.2 可选缓冲材料的振动传递率曲线缓冲材料的振动传递率曲线与材料的材质，厚度以及所承受的静压力有关，而且缓冲材料并不是理想的弹性体，通常通过实验得出其振动传递率特性曲线。

当缓冲材料的材质，厚度，静压力决定后，其振动传递率特性就是确定的，振动传递率是相应的额加速度与激励加速度的比值。

图4-1 EPS的振动传递率曲线图4-2 EPE的振动传递率曲线4.3 缓冲材料的缓冲特性曲线图4-3 可选材料的缓冲特性曲线综上，本设计选用的缓冲包装材料是双曲正切型弹性材料EPS，即发泡聚苯乙烯。

它是采用聚苯乙烯为原料发泡制成的一种半硬质的泡沫塑料，它抗压强度大，成本低，还可制成带肋的复杂形状，以节约用量；震动阻尼大，及抗震性好；光滑的略带弹性的模塑表面不会磨损内装物；不吸水；耐腐蚀，耐油，耐老化；隔热和绝缘性好；可接触食品；热敏感性低，两秒内便可自熄；抗蠕变性能极好；重载下的缓冲性能好。

而且可以看出EPS 其蠕变量较小，且残余变形很小，而EPE在这一方面的性能较差。

所以综合以上，此设计选用EPS做缓冲材料，密度ρ=0.023g/cm3。

5 产品的脆值产品脆值的确定方法有碰撞机实验法和自由跌落实验法两种。

测定时可视具体条件任选一种进行。

采用试验方法测定产品脆值，须对产品试样做破坏性的试验，这对于批量小价格昂贵的产品来说的话是不符合实际的，有时是不允许的。

加上实验本身需要一系列的设备和控制仪表，也会给实际工作带来困难。

因此工程上常用一组经验数据对比的方法来判定产品的脆值，称为脆值的经验估算法。

脆值是产品经受振动和冲击时表示其强度的定量指标，又称产品的易损度。

此值表示产品对外力的承受能力。

由于条件不允许，在此只能通过查阅相关产品的数据来估计产品的脆值。

表5-1日本得出的产品脆值G值产品10以下大型电子计算机10-25 导弹跟踪装置，高级电子仪器，晶体震荡器，精密测量仪，航空测量仪25-40 大型电子管，变频装置，精密指示仪，电子仪器，大型精密机器40-60 小型电子计算机，现金出纳机，大型磁带录音机，彩色电视机，一般测量仪器60-90 黑白电视机，磁带录音机，照相机，真空泡光学仪，可移式无线电装置90-120 洗衣机，电冰箱120以上机械类产品，小型真空管，一般器材G值产品40 雷达和其它电气设备，真空管，自动控制仪，瞄准器，回旋仪40-60 制动回旋仪，马赫表，有防冲击支撑的仪器60-80 量油计，压力计，一般电气装置80-100 牢固的真空管，阴极射线管，冰箱100-120 热交换器，油冷却器，取暖电炉，记忆装置，散热器表5-3 中国得出的产品脆值G值产品25-40 冰箱压缩机上表查得海尔冰箱的脆值为90g 。

确定产品的需用脆值，安全系数取为1.2。

[G]=Gc/n 确定冰箱的脆值[G]=75g 。

6 缓冲包装设计6.1 缓冲包装初步设计图 6-1 动态压缩特性曲线（G m -σst ）产品的质量m=18kg.底面尺寸为515*500，等效跌落高度为h=91cm,产品脆值G C =75g,在图中取Gm=75g,作一条水平直线与缓冲曲线族相交，则与4cm,5cm 的曲线有交点。

考虑到安全的因素，所以取T=5.0cm ，它的两个交点中取靠右边的，取右边的进行设计用材料最省，右边的点对应静应力为σsd=0.13×105Pa ，所需承载面积：sdσWA =24513610100.138.918cm A =⨯⨯⨯=由图中可知最低点对应的加速度最小，缓冲性能最好，产品的安全率最高，若用最低点设计有：σse=0.4×104Pa 。

24444110104.08.981cm A =⨯⨯⨯= 40-60 彩色电视机，显示器，鸡蛋 60-90 黑白电视机，电冰箱90-120光学经纬仪，荧光灯，陶瓷器皿，单放机，电动玩具由此可见，承载面积可做两钟选择，节约材料取A=305cm 2，提高产品安全率取A=441cm 2，该设计取厚度T=5.0cm ，A=441cm 2的发泡聚乙烯泡沫垫。