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笔记本电脑的缓冲防震包装设计论文管理资料
摘要
随着我国国民经济快速增长，人均可支配收入迅速增加，消费者的购买力增强，计算机尤其是笔记本电脑的市场需求呈现出了前所未有的强劲态势。
过去人们关注的重点放在笔记本电脑的配置、功能、品牌、质量、服务等方面，但笔记本电脑属于电子类产品，在运输及销售环节中可能会受到外界的冲击或震荡，对其质量和外观造成一定的破坏，因此人们对于笔记本电脑的包装越来越重视。
为了避免这种情况发生，应对笔记本电脑进行系统的缓冲（防震）包装设计，包括：
缓冲包装设计、防震设计、外包装尺寸设计。
做好缓冲包装设计应首先确定流通环境、产品的尺寸，做出产品脆值估计，然后选择合适的缓冲材料。
计算出缓冲衬垫的尺寸，最后判断设计的合理性。
防震包装设计则应考虑到包装系统（外包装——衬垫——内装产品）的固有频率，加速度值在产品许用脆值范围内。
外包装尺寸设计应先选择合适的包装材料，设计其厚度，再根据被包装的尺寸，计算出其内尺寸、制造尺寸、外尺寸。
因此选择适合的缓冲包装材料与结构、计算出准确的尺寸对于缓冲衬垫和外包装箱的设计是非常重要的。
本文是在确定设计对象的尺寸、重量和流通环境等一系列的条件的基础上，。
关键词：
缓冲包装设计笔记本电脑防震包装设计
笔记本电脑的缓冲（防震）包装设计
概述
缓冲包装又称防震包装，在各种包装方法中占有重要的地位。
产品从生产出来到开始使用要经过一系列的运输、保管、堆码和装卸过程，置于一定的环境之中。
在任何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。
应用于电子业、直销业、汽车零部件、航空零部件、精密仪器仪表、军工、电动工具、制药、化妆品、工艺品、玻璃、线路板、连接器、运输过程中所有易损品、邮购、物流等。
笔记本电脑属于电子类的产品在运输过程中很容易受到冲击或震荡而造成机械性损坏，考虑到缓冲包装有减缓外力冲击使其质量和外观不造成损坏的功能，故笔记本电脑应用缓冲包装是十分重要的。
第一章流通环境的分析
1、产品的流通区间
1.产地：
广州
2.目的地：
全国各地
2、产品的主要运输方式
铁路和公路运输
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，～，～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。
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。
，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。
3、装卸与搬运
装卸作业包括人工与机械两种方式。
按常规产品的跌落高度定为90cm。
4、贮存环节
采用一般仓库贮存，，堆码层数1层。
5、流通环境的气象条件
由于产品在广州，销售范围为全国各地，从华南到全国含盖了几个气候带，虽然温度随地域的变化，变化较平缓，但产品包装件常常在短时间内经历较剧烈的温度变化。
计算机显示器为电子产品，为了防止包装内产生结露现象，应严格控制包装材料的含水量，并用塑料薄膜对产品进行包裹并放入干燥剂。
用标准化的环境条件，该产品的运输条件可表示为2K2/2B1/2S1/2M1。
第二章产品特性分析
1、产品外形尺寸
268×237×2lmm
2、产品重量
3、产品重心
位于笔记本电脑的中部。
4、易损件
屏幕表面正中位置垂直方向为易损部位。
也就是显示器内部的显像管和玻璃屏幕。
显像管位于显示器的内部，是显示器的核心部件，受到剧烈振动或冲击可能会造成显像管脱落；而屏幕也是显示器功能主体部件，有意破损的玻璃构成，所以屏幕也是显示器包装的重点保护对象；底座连接装置位于显示器的底部，安装使用时与底座连接，属于凸出部件，缓冲设计时也应考虑到，不能够承载，并要与外包装容器离有一定的距离，以免冲击是受损。
5、产品的脆值
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。
是设计产品缓冲包装中的最重要的参数，该产品试验脆值为70g（测定一般有两种方法：
脆值实验法与经验估算法）。
6、产品的固有频率
产品的固有频率也设缓冲包装设计中的重要参数，应通过实验测得。
合理的缓冲包装应该能够包装件的固有频率远离产品得固有频率，使其免受共振。
第三章缓冲包装的设计流程
1、缓冲包装设计
根据包装产品的尺寸及重量等，对包装产品的脆值估计，确定脆值之后是为被包装产品选择适合的缓冲包装材料，再由产品脆值等数据通过式A=WG/rm、T=CminH/G计算出缓冲衬垫的尺寸，再根据克斯特那经验公式Amin>（）2判断现有包装结构的合理性和可靠性。
2、防震包装设计
首先通过公式
计算出包装系统（即外包装——衬垫——内装产品）的固有频率，再根据
计算出包装系统最大振动传递率，最后根据振动加速度——频率曲线图确定是否设计是否符合防振要求。
3、外包装尺寸设计
首先选择合适的外包装材料-瓦楞纸板，由公式
及表1可以得出纸板的厚度，由公式
及表2得出纸箱的内尺寸，由X=X1+K（8）、F=B1/2+X1（9）及表3、4、5得出瓦楞纸箱的制造尺寸，再由X0=Xmax+K（10）及表6得出瓦楞纸箱的外尺寸
第四章笔记本电脑的缓冲包装设计
一、缓冲防震设计
产品流通过程中缓冲防振的目的是为了保证从缓冲衬垫传输到商品上的冲击加速度值小于导致商品破坏的脆值，同时使缓冲衬垫所产生的固有频率不超过导致商品破坏的临界共振频率，并避开运输工具的振动频率。
1、缓冲包装材料的种类及性能
（1）发泡聚苯乙烯
EPS（ExpandedPolystyrene）即发泡聚苯乙烯，它是一些特殊的发泡结晶聚苯乙烯珠粒制成，一般由苯乙烯单体、引发剂、分散剂、水、发泡剂及其他助剂经聚合后得到含发泡剂的树脂，它是目前使用最多的一种缓冲材料。
聚苯乙烯是质硬、脆、透明、无定形的热塑性塑料，无气味，易于染色和加工，吸湿性低，尺寸稳定性、电绝缘性能和热绝缘性能极好。
聚苯乙烯的透光率为87%～92%，其透光性仅次于有机玻璃。
聚苯乙烯毒性极低，属于比较安全的塑料品种。
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。
发泡聚苯乙烯广泛用于各种精密仪器、仪表、家用电器的缓冲包装、食品包装以及鲜鱼的活体包装箱等，还可用于保温及低发泡片材制作一次性使用的快餐盒、盘。
聚苯乙烯薄膜经拉伸处理后，耐缓冲强度差的缺点得到改善，可制成热收缩膜，用于食品的收缩包装。
（2）可发性聚乙烯
EPE（Expandaplepolyephylene）即可发性聚乙烯，又称珍珠棉,闭孔式微孔热塑性材料。
有交联和不交联两种。
是一种具有高强缓冲吸震抗震能力的新型环保包装材料，EPE是无毒的。
所有的辅料在聚乙烯中形成独立的气泡和细密的气泡结构，使得EPE具有较高的弹性，且富有韧性而不脆，能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力，达到缓冲的效果。
是目前世界上比较先进的保护性内装材料。
EPE具有质轻、隔热、防水、防潮、防震、隔音、耐腐蚀性；抗老化能力强，具有很好的加工性，加入静电剂的粉红色EPE原料，还具有显著的防静电功能；与PO薄膜、铝膜、编织品等材料贴合，还可以增加其撕裂强度和防紫外线功能。
因EPE具有很好的加工性能，只要工艺合理，包装制品生产便于大规模作业；因其质轻使得包装产品运输费用大大降低；因其具有防震回弹性，使得产品包装有很好的抗冲击性，特别是多次冲击缓冲效果几乎保持不变。
所以，EPE在产品包装方面得到广泛的运用，如电脑、电器、高档傢俬、皮具、手袋及鞋业等。
特别是高档工艺品包装，EPE与其它高档装饰布、绒布结合，具有高贵、豪华的气派，又不失其良好的抗冲击震动保护效果，也是今后包装高档化发展的趋向。
（4）聚氯乙烯泡沫塑料
聚氯乙烯泡沫塑料是以聚氯乙烯树脂为主体，加入发泡剂及其它添加剂制成，是一种使用较早的泡沫塑料。
分硬质和软质两类，而以软质居多。
它具有良好的机械性能和冲击吸收性；是一种闭孔型柔软的泡体；～／cm3之间；化学性能稳定，耐腐蚀性强；不吸水，不易燃烧，价格便宜。
但它的耐候性差，有一定毒性等。
聚氯乙烯泡沫塑料是一种较普通的缓冲材料，可制成盒、箱等包装容器，也可制成衬垫、衬板等，用以包装一般物品。
（5）聚丙烯泡沫塑料
聚丙烯泡沫塑料是以聚丙烯树脂为主体，加入发泡剂及其它添加剂制成。
它机械强度好，有优良的抗拉强度，柔韧性和弹性摩擦系数大，耐磨性能好，有助于制止与其相接触的光滑表面的滑动密度小，绝热性优良；无毒、无味等。
但它对光的稳定性差。
聚丙烯泡沫塑料是一种性能优良的缓冲材料，由于其对光洁表面的优良保护性能，已广泛用于家具、镶板、高档仪器和具有光洁面的金属器具的缓冲包装；也可作为热食品的保温包装；还可制成衬垫、衬板等缓冲材料等。
（6）瓦楞纸板
瓦楞纸板是先将瓦楞原纸压成瓦楞状，再在两面贴合箱板纸制成。
它分单瓦楞和双瓦楞两类，每类分四种，每种又有不同的楞型。
瓦楞纸板的瓦楞波纹相互并列成一排，相互支撑，形成三角结构体，具有较好的机械强度，从平面上也能承受一定的压力，并富于弹性，缓冲作用好；它可根据需要制成各种形状大小的衬垫或容器，比塑料缓冲材料要简便、快捷；受温度影响小，遮光性好，受光照不变质，一般受湿度影响也较小，但不宜在湿度较大的环境中长期使用，这会影响其强度。
瓦楞纸板是一种价格较低，应用十分广泛的缓冲材料，它可以制成各种特定形状的衬垫、衬板，用于各种物品的缓冲包装，也可制成各种大小的包装箱、盒等。
（7）气垫薄膜
气垫薄膜是用一种特殊工艺，在两层塑料薄膜之间封入空气，在一面形成一个个突出的均匀连续的气泡。
气垫薄膜中由于封入了大量空气，因此具有良好的弹性和隔热性；它密度很小，—；不吸潮，耐腐蚀，且不腐蚀被包装物；加工性能好，易于制成各种形状，能热封，能吸收冲击能量，有优良的缓冲性能。
但它不适于包装重量较大，负荷集中的尖锐物品，以免压破或刺破气泡而使其失去缓冲作用。
气垫薄膜可以制成各种形状大小的袋、套、垫、筒等容器，广泛用于药品、工艺品、仪器、仪表等物品的包装。
同时它是目前唯一透明的缓冲材料，因此常用于销售包装。
2、缓冲设计
缓冲包装设计要解决以下问题：
选择适当的缓冲材料并确定其尺寸；判断现有包装结构的合理性和可靠性。
缓冲材料确定，目前普遍用于电脑缓冲包装的是发泡聚苯乙烯（EPS）与发泡聚乙烯（EPE），由上述可见发泡聚乙烯的性能好于发泡聚苯乙烯故综合考虑决定使用聚乙烯泡沫塑料（）作为设计的缓冲材料。
缓冲材料的尺寸计算:
A=WG/rm
（1）
T=CminH/G
（2）
式中：
A一缓冲衬垫面积；W一产品重量；G一产品脆值或冲击加速度；rm材料最大应力；T一缓冲衬垫厚度；Cmin一缓冲系数；H一等效跌落高度；如图l所示，为发泡聚乙烯的缓冲系数一最大应力曲线。
在本次设计中，已知参数W为．23kg，G为70g，H为90cm。
在曲线图中作一条水平线，那么切点的纵坐标对应最小缓冲系数值Cmin为5．6，而横坐标就对应最大应力值rm为0．17x105Pa
图1
由公式
（1）
（2）得缓冲气垫的厚度面积为：
T=CminH/G
T=CminH/G=×90/70=（cm）
A=WG/rm=123××70×104/×105=（cm2）
由于缓冲衬垫是由两块相同的缓冲垫组成每块衬垫的承载面积为s=248．5cm2
①挠度校核：
衬垫尺寸的面积与厚度之比小于一时，衬垫容易挠曲或变弯。
大大降低衬垫的负重能力。
为了避免挠曲。
其中最小承载面积Amin。
与厚度之比应符合以下规定（克斯特那经验公式）：
Amin>（）2
式中T—厚度，cm；Amin—面积，cm2；
则S最小承载=cm2>（×）2=cm2由公式（3）
可判定，衬垫不会弯曲。
②跌落姿势的校核：
在衬垫基础设计中所引用的一系列试验特性曲线和数据．都是以假定的理想姿态（试验平直，底面着地）为前提的，但衬垫的实际工况远非标准姿态。
实际的流通过程中。
包装件跌落姿态千变万化．有角着地的．面着地．还有棱着地的。
受力情况变化较大．因而有必要对基本设计尺寸作相应的调整。
由于角着地时．其对产品的冲击能力最大，因此需对角着地进行校核。
当角着地时，承载面积为此衬垫的三个缓冲面在水平面上的投影面积．计算此面积可通过以下公式：
图2发泡聚乙烯的动态缓冲特性曲线
式中Ae—等效投影面积；L—产品的长；b—产品的宽；d—产品的高；k—系数；这里取k值为1；由公式（4）得纸箱在进角跌落时的承载；A=
此时静应力：
r=W/Ae=（kg/cm2）,结合图2得，，因此基于面跌落设计的缓冲垫满足角跌落的要求，只要通过了角冲击校核，就一定能满足棱冲击的要求，所以整个设计过程中没有进行缓冲击校核。
二、防震包装设计
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。
图3振动加速度——频率曲线
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：
×105kg/cm2故由系统的固有频率：
fn=26Hz。
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：
式中：
Tr—传递率；f—激振频率，Hz；k—包装系统固有频率，Hz；§—阻尼比；c—为阻尼系数．，则由公式（5）得系统最大振动传递率为Tr=5．09。
根据图3空运飞机的振动频谱图．频率为26Hz时对应的加速度ar=，所以产品的相应加速度a=Trar=。
因而符合防振要求。
三、外包装尺寸设计
1、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，本设计也采用此材料设计外包装。
对于笔记本电脑的包装一般是用单体包装的．本设计选标准箱型020l型．为了保持侧面的印刷面不被破坏．接头设计与侧面连接．由于笔记本电脑重量轻。
故实际中可使用胶黏剂粘合接头。
2、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和。
瓦楞纸板厚度计算公式如下：
式中：
t—瓦楞纸半实际厚度；tn—内、外面纸与夹心纸的厚度；tmax—瓦楞纸芯的厚度；thn—瓦楞辊的高度；d—瓦楞纸板制造过程中的厚度损失。
在通常设计时参考表1，。
表1瓦楞纸板计算厚度
楞型
纸板厚度
楞型
纸板厚度
楞型
纸板厚度
A
AA
AB
B
BB
AC
C
CC
BC
E
3、外包装尺寸设计
由于是单体包装，就无须考虑排列方式了，所以其尺寸计算公式为：
Xi—纸箱的内尺寸；T—缓冲件的厚度；k’—内尺寸修正系数。
表2瓦楞纸箱内尺寸修正系数
L1
B1
H1
小型箱
中型箱
大型箱
3-7
3-7
1-3
3-4
5-7
取KL=5mm；KB=5mm；KH=4mm；又已知Lmax=268mm；Bmax=237mm；Hmax=21mm；T=72mm；故由公式（7）得纸箱的内尺寸为：
417mm×386mm×169mm，再由以下公式可以得到其制造尺寸：
X=X1+K（8）
F=B1/2+X1（9）
式中：
X—瓦楞纸箱长、宽、高制造尺寸；X1纸箱内尺寸；K—制造尺寸修正系数；F—纸箱对接摇盖宽度；B1—纸箱非结合端面制造尺寸；X1—摇盖拉长系数。
表302类单瓦楞纸箱制造尺寸修正系数（mm）
名称
楞型
L1
L2
B1
B2
H
A
6
4
6
3
9
B
3
2
3
2
6
C
5
3
5
3
8
E
2
1
2
1
3
表4瓦楞纸箱接头尺寸J
纸板结构
单瓦楞
双瓦楞
J
35-40
45-50
表502类单瓦楞纸箱摇盖伸长系数X1
名称
楞型
0201
0203
0204
0205
0206
A
2-3
0-2
2-3
0-2
0-2
B
0-1
0-1
0-1
C
E
0
0
0-1
0
0
由表3、4、5得出K11=3；K12=2；Kb1=3；Kb2=2；K=6；J=38；X1=2；
所以由公式（8）（9），得瓦楞纸箱的制造尺寸；
L1=Li+K11=420（mm），L2=Li+K12=419（mm）；
B1=Bi+Kb1=389（mm），B2=Bi+Kb2=388（mm）;
H=Hi+K=175（mm），F=B1/2+X1=197（mm）；
再由以下公式可以得出其外尺寸：
X0=Xmax+K（10）；
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。
表6瓦楞纸箱外尺寸修正系数（mm）；
楞型
A
B
C
E
AA
BB
CC
AB
AC
BC
K
5-7
3-5
4-6
2-4
10-14
6-10
8-12
8-12
9-13
7-11
表6为纸箱外尺寸修正系数值，由此得出K=4。
所以由公式（10）得；瓦楞纸箱的外尺寸为：
424mm×393mm×179mm；
4、缓冲衬垫基本尺寸设计
在本次设计中，，G为70，H为90cm。
在曲线图中作一条水平线，
，
×105Pa，
由公式T=CH/G,可以求出衬垫厚度T，由公式A=WG/σm可以求出衬垫面积A。
根据公式T=CH/G和A=WG/σm可得
T=CH/G=×90/70=cm
A=WG/σm=××70×104/×105=
挠度校核：
衬垫尺寸的面积与厚度之比小于一定厚度时，衬垫容易挠曲或变弯，大大降低衬垫的负重能力。
为了避免挠曲，其中嘴刁的承载面积
与厚度之比应符合以下规定（克斯特那经验公式）
Amin>（）2＞
>（×）2可知符合挠度要求。
②跌落姿势的校核：
在衬垫基础设计中所引用的一系列试验特性曲线和数据．都是以假定的理想姿态（试验平直，底面着地）为前提的，但衬垫的实际工况远非标准姿态。
实际的流通过程中。
包装件跌落姿态千变万化．有角着地的．面着地．还有棱着地的。
受力情况变化较大．因而有必要对基本设计尺寸作相应的调整。
由于角着地时．其对产品的冲击能力最大，因此需对角着地进行校核。
当角着地时，承载面积为此衬垫的三个缓冲面在水平面上的投影面积．计算此面积可通过以下公式：
图2发泡聚乙烯的动态缓冲特性曲线
式中Ae—等效投影面积；L—产品的长；b—产品的宽；d—产品的高；k—系数；这里取k值为1；由公式（4）得纸箱在进角跌落时的承载；A=
此时静应力：
r=W/Ae=（kg/cm2）,结合图2得，，因此基于面跌落设计的缓冲垫满足角跌落的要求，只要通过了角冲击校核，就一定能满足棱冲击的要求，所以整个设计过程中没有进行缓冲击校核
5、缓冲衬垫的结构设计
为了使用最少的缓冲材料取的最好的缓冲效果，降低包装成本，所以本设计选用局部缓冲包装方法对该产品进行包装，根据显示器的承载部位和易损部位，设计缓冲衬垫的结构。
由于显示器的重心位于中前部，所以缓冲衬垫的主要承载部分在前部；易损件玻璃屏幕也位于前部，又因为显示器的外形和重量均左右对称，所以缓冲衬垫也设计成左右对衬结构，从两侧对显示器进行保护。
显示器的外形不是规则几何结构，要通过缓冲衬垫的结构设计使其能够在外包装箱内稳定，并且保证易损部件屏幕和底座连接装置不能承载。
缓冲衬垫的厚度合成在面积，按照校核后的数值，但是要实现使其在外形不规则地情况下在外包装箱内固定，必须使用多于理论计算的缓冲材料，承载面积也必定大于理论值。
缓冲衬垫的具体结构如下图所示。
结论和建议
随着我国笔记本电脑市场的逐年扩大。
我们必须高度重视笔记本电脑的运输包装时可能出现的问题。
在考虑环境保护的前提下．使用尽量少的包装材料,节约成本．采用有效的缓冲包装方法，保证笔记本电脑安全到达世界各地的用户手中。
虽然本文只是针对12．1英寸设计的．但其设计思路却可以应用到所有尺寸的笔记本电脑。
当然，设计本身还存在一些问题，其一是本文按单自由度处理问题，但理论上讲。
任何种产品都可以看作具有无限个自由度，即使仅考虑有限的几个脆弱元件，很多物品包装也必须按两个或多个自由度处理，才能提供合理的包装设计。
如果强行简化成单自由度系统，就可能引起较大的误差。
其二是包装箱的设计只考虑对货物的容纳，而未考虑包装箱制成后在集装箱内的装载。
因此，笔记本电脑的运输包装设计还需等待进一步研究。
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