一、小包裝紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    根據(jù)玻璃瓶的形體結(jié)構(gòu)，小包裝紙盒設(shè)計(jì)為管式自鎖底折疊紙盒（如圖4），形狀為正四棱柱體，便于自動(dòng)化生產(chǎn)和裝盒，以提高效率。

圖4 小包裝紙盒平面展開圖

1、紙盒的尺寸計(jì)算

（1）內(nèi)部尺寸
    根據(jù)公式Xi=Xmax+kxi分別計(jì)算紙盒長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向的尺寸。
由第一部分計(jì)算知道，玻璃瓶的最大外尺寸分別為：Lmax=Bmax=43mm, Hmax=87mm,則紙盒尺寸分別為：
Li=Lmax+kLi=43+(3~5)=43+5=48mm (內(nèi)裝物玻璃瓶為剛性物體，KLi取大值）
Bi=Li=48mm (玻璃瓶為圓柱體，固紙盒長(zhǎng)、寬等）
Hi=Hmax+kHi=87+(1~3)=90mm (內(nèi)裝物玻璃瓶為剛性物體，KHi取大值）

(2)制造尺寸
將體板從左至右編號(hào)為1~4。查表得紙板厚度為0.5mm。
體板1為復(fù)“ U”型，故有L1=48+（2-1）*0.5=48.5mm;
體板2、3為“ U”型，故有L2=L3=48+2*0.5=49mm;
體板4為復(fù)“ L”型，故有L4=48+（2-0.5）*0.5=48.75mm;
高度方向上：
H1=Hi=90mm;
H2=H4=90=2*0.5=91mm;
H3=90+4*0.5=92mm。

(3)外部尺寸
按公式Xo=X+t計(jì)算如下。按照玻璃瓶質(zhì)量和小紙盒容積，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取t=0.5mm。
L1o=L1+t=48.5+0.5=49mm
L2o=L3o=49+0.5=49.5mm
L4=L4o+0.5=48.75+0.5=49.25mm
H1o=H1+t=90+0.5=90.5mm
H2o=H4o=91+0.5=91.5mm
H3o=H3+0.5=92+0.5=92.5mm
2、盒蓋結(jié)構(gòu)
為便于多次開啟使用，采用大眾化的插入式結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)見圖4。

3、盒底結(jié)構(gòu)
根據(jù)強(qiáng)度要求，同時(shí)考慮到機(jī)械化生產(chǎn)和自動(dòng)化裝盒，此盒采用結(jié)構(gòu)較為合理的自鎖底結(jié)構(gòu)，便于生產(chǎn)和流通。盒底結(jié)構(gòu)見紙盒圖示。

4、材料選擇
選擇單面涂布白紙板(B等級(jí)），其表面性能良好，其他指標(biāo)也都不錯(cuò)，現(xiàn)將其質(zhì)量指標(biāo)列于下表。

表6  單面涂布白紙板的質(zhì)量指標(biāo)
指標(biāo) B等級(jí)
定量/g*m-2 300
橫向定量差/% ≤10.0
緊度/g*cm-3 ≤0.85
平滑度（涂布面）/s ≥28
白度（涂布面）/% ≥78.0
橫向耐折度/次 ≥5
表面吸水度/g*m-2 ≤55.0
印刷光澤度（涂布面）/% ≤35
印刷表面強(qiáng)度（涂布面）/m*s-1 ≤1.2
油墨吸收度（涂布面）/% 15~30
橫向挺度/mN*m ≥3.80
交貨水分/% 8.0±2.0

二、中包裝紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖5 中包裝紙盒平面展開圖

    中包裝紙盒(如圖5）里面盛裝24盒小包裝，現(xiàn)根據(jù)小包裝尺寸及相關(guān)要求計(jì)算中包裝紙盒尺寸，并將中包裝紙盒設(shè)計(jì)成0201型單瓦楞紙盒。

1、內(nèi)裝物排列方式
下面進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì),考慮內(nèi)裝物排列方式、理想尺寸比例進(jìn)行如下計(jì)算。
（1）排列數(shù)目
小包裝紙盒在中包裝紙盒內(nèi)的排列數(shù)目為24盒。
n=nL×nB×nH

式中n ——單個(gè)瓦楞紙箱內(nèi)裝物總數(shù);
nL——瓦楞紙箱長(zhǎng)度方向上排列內(nèi)裝物數(shù)目;
nB——瓦楞紙箱寬度方向上排列內(nèi)裝物數(shù)目;
nH——瓦楞紙箱高度方向上排列內(nèi)裝物數(shù)目.

（2）排列方向
小包裝在中包裝盒內(nèi)采取立放的方式，即 P型 l//L,這樣能合理利用空間，且強(qiáng)度較好。
將小包裝盒的長(zhǎng)度49.5、寬度49.5與高度92.5分別乘以倍數(shù)
    nl    nb      nh
×1 49.5  49.5    92.5
×2 101    101    183
×3 151.5  151.5  274.5
×4 202    202    636
×5 252.5  252.5  457.5
×6 303    303    549
×7 ...    ...    ...
×8 ...    ...    ...

    綜合考慮紙板用量,抗壓強(qiáng)度,堆碼狀態(tài),美學(xué)因素等條件,0201形比例以L:B:H=1.5:1:1為最佳.最后可以發(fā)現(xiàn)只有4l×3b×2h=202×151.5×183(L:B:H=4l:3b:2h=1.3:1:1.2)方案最接近目標(biāo),因此,選定排列方式為:
P型:  nl×nb×nh=4l×3b×2h

2、尺寸設(shè)計(jì)
(1)內(nèi)尺寸
內(nèi)尺寸計(jì)算公式
            Xi=xmaxnx+d(nx-1)+T+ k′

式中  Xi——紙箱內(nèi)尺寸(mm)
    xmax——內(nèi)裝物最大外尺寸(mm)
      nx——內(nèi)裝物在紙箱內(nèi)某一方向的排列數(shù)目;
      d——內(nèi)裝物公差系數(shù)(mm)
    k′——紙箱內(nèi)尺寸修正系數(shù)(mm)
      T——襯格或緩沖件總厚度(mm)
由此有如下計(jì)算：
Li=lmaxnl+d(nl-1)+k′(T=0)
  =4×49.5+1×(4-1)+5=210mm
Bi=bmaxnb+d(nb-1)+k′
  =49.5×3+1×(3-1)+5=158.5mm
Hi=hmaxnh+d(nh-1)+k′
  =92.5×2+1×(2-1)+1=185mm

(2)制造尺寸

①箱體長(zhǎng)度,寬度,高度制造尺寸
計(jì)算公式
X=Xi+k
式中 X——瓦楞紙箱長(zhǎng)度,寬度或高度制造尺寸(mm);
    k——紙箱制造尺寸修正系數(shù)(mm).
    Xi——紙箱內(nèi)尺寸(mm);
據(jù)以上公式計(jì)算長(zhǎng)、寬、高尺寸如下：
L1=Li+kl1=210+5=215mm(紙板選用C型單瓦楞雙層紙板，其具有良好的緩沖保護(hù)性能，又有一定的剛性）
L2=Li+kl2=210+3=213mm
B1=Bi+kb1=158.5+5=163.5mm
B2=Bi+kb2=158.5+3=161.5mm
H=Hi+kh=185+8=193mm

②接頭尺寸
根據(jù)瓦楞層數(shù)及工廠的工藝水平狀況，接頭J的尺寸定為35，且接頭與LH面連接。

③對(duì)接搖蓋制造尺寸
計(jì)算公式為：F=B1/2+ xf
F——紙箱對(duì)接搖蓋長(zhǎng)度(mm);
B1——紙箱非接合箱面寬度制造尺寸(mm);
xf——搖蓋伸長(zhǎng)系數(shù)(mm).

F=163.5/2+2.25=84mm

(3)外尺寸
其計(jì)算公式為 Xo=Xmax+K

式中 Xo——紙盒外尺寸，mm
    Xmax——紙盒最大制造尺寸，mm
    K——紙盒外尺寸修正系數(shù)，mm

則， Lo=Lmax+Kl=L1+Kl=215+5=220mm
    Bo=Bmax+Kb=B1+Kb=163.5+4.5=168mm
    Ho=Hmax+Kh=193+5=198mm

３、材料選擇及強(qiáng)度設(shè)計(jì)

由以上計(jì)算知，此瓦楞紙盒的最大綜合尺寸為：

∑Xmax=Lo+Bo+Ho=220+168+198=588mm

根據(jù)此最大綜合尺寸，查瓦楞紙板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ６５４３－８６），選擇代號(hào)為Ｓ－２.１的瓦楞紙板，其技術(shù)指標(biāo)如下表。

　表7 瓦楞紙板技術(shù)指標(biāo)
紙板代號(hào) 耐破強(qiáng)度
／kPa 邊壓強(qiáng)度
／(N/m) 戳穿強(qiáng)度
／Ｊ 含水率
／％
Ｓ－２.１ ?。矗埃?４４１０ ２.９ １０±２

為了使紙盒滿足使用質(zhì)量要求，且成本合理，現(xiàn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取瓦楞芯紙（楞型選為Ｃ型）和箱紙板，如下表

表8 紙盒材料技術(shù)指標(biāo)（ＧＢ１３０２４，１３０２３－９１）

指標(biāo)名稱 芯紙 箱紙板
Ｃ等 Ｄ等
定量G／（g/m2) １８０ ４２０
緊度/(g/cm3) ≥０.４５ ≥０．６０
耐破指數(shù)／（kPa*m2/g) —— ≥１．１０
橫向環(huán)壓指數(shù)r／(N*m/g) ≥５.０ ≥４．９０
橫向耐折度／次 ≥１８.０ ≥４.００
縱向裂斷長(zhǎng)／km ≥2.50 ——
交貨水分／％ ９.０＋３.０／-２.０ １１.０±３.０

環(huán)壓強(qiáng)度
箱紙板環(huán)壓強(qiáng)度Ｒn=rG=5×420=2100N/m
瓦楞芯紙環(huán)壓強(qiáng)度Ｒmn=rG=5×180=900N/m

綜合環(huán)壓值
Px =(∑Rn+∑Rmn*γ)/100
  =(900+2100×1.50)/100  (C型瓦楞壓楞系數(shù)γ=1.50）
　 =40.5N/cm

紙箱周邊長(zhǎng) Z=2（Bo+Lo)=2×(220+168)=776mm=77.6cm

查標(biāo)準(zhǔn)得，相關(guān)常數(shù)如下：axz=6.10, J=0.68
下面計(jì)算紙盒抗壓強(qiáng)度
P=Px (4axz/Z)2/3ZJ=40.5×(4×6.10/77.6)2/3×77.6×0.68=671N

下面計(jì)算中包裝紙盒裝盒后重量
W=∑Wp+∑Ws+∑Wy+Wm
式中，W——紙盒裝盒后重量，g
      Wp——玻璃瓶重量， g
      Ws——小包裝紙盒重量，g
      Wy——藥品重量，g
      Wm——中包裝紙盒重量，g

其中，∑Wp由前面計(jì)算知，∑Wp=24×45=1080g
      ∑Wy=45×24=1080g
      ∑Ws=∑G*S=∑G*(4LoHo+2Lo2+3)
                =24×[300×(4×50.5×91.5+2×50.52)×10-6+3]
                =241.8g
      Wm=G*S=(Gi+Go)*[(2Lo+2Bo)(Ho+2F)+JH]
            =(180+420)×[2×(220+168)(198+2×84)+35×204]×10-6
            =173g
則中包裝紙盒裝盒后重量W=∑Wp+∑Wx+∑Wy+Wd
                      =1080+241.8+1080+173
                      =2574.8g
                      =2.6kg
下面根據(jù)上面得出的紙盒重量和抗壓強(qiáng)度來大致估算中包裝紙盒的大概堆碼層數(shù)。
由  P=KW(n-1)
式中，P——紙盒抗壓強(qiáng)度，N
      W——紙盒裝盒后重量，N
      n——堆碼層數(shù)
      K——堆碼安全系數(shù)(現(xiàn)取2.0）
則，n=P/KW+1=671/（2.0×2.6×9.8）+1
            =13.1
將n取整為[n]=13