可靠性技術(shù)在耦合器插座中的應(yīng)用　

作者 戴銀燕 張樂 崔斌 項(xiàng)永金 格力電器(合肥)有限公司 (安徽 合肥 230600)

　　戴銀燕(1988-)，女，助理工程師，主要研究方向：電器元器件失效分析。

摘要：本文主要論述了耦合器插座的失效模式以及提高產(chǎn)品可靠性的分析思路。從質(zhì)量管理的核心環(huán)節(jié)——質(zhì)量控制出發(fā)，創(chuàng)建了一個(gè)能突破性提高產(chǎn)品質(zhì)量又無需提高產(chǎn)品生產(chǎn)成本的可靠性質(zhì)量改善模式。通過匯總分析找出產(chǎn)品使用中最主要的問題點(diǎn)，深入分析，找出問題產(chǎn)生的根本原因，從產(chǎn)品使用可靠性方面對(duì)耦合器插座結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化更改。使其更加滿足售后使用環(huán)境，達(dá)到大幅度降低產(chǎn)品故障率的目的。同時(shí)產(chǎn)品的安全性也得到了提高。

0 引言

　　耦合器插座是A公司空調(diào)柜機(jī)電源專用插座，其安全性較高，旋鈕操作，插頭旋入插座鎖死電源接通，插頭解鎖旋出插座電源斷開，不同于常見的插拔式插座。其在用電安全和防觸電保護(hù)方面有很大優(yōu)勢，因此進(jìn)一步提高耦合器插座的可靠性意義重大。

　　本項(xiàng)目從大量售后故障件的分析情況找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的核心故障點(diǎn)，結(jié)合用戶實(shí)驗(yàn)使用條件，從設(shè)計(jì)源頭避免質(zhì)量問題的發(fā)生。

1 可靠性開展策劃

　　隨著消費(fèi)者對(duì)家電產(chǎn)品品質(zhì)要求越來越高，擁有高可靠性的產(chǎn)品備受青睞，如何提高產(chǎn)品品質(zhì)及安全性，依托的基礎(chǔ)則是單個(gè)器件具有長壽命、高可靠性。研究耦合器插座，則是基于這一出發(fā)點(diǎn)。從單一產(chǎn)品可靠性研究出發(fā)，建立一套完整的可靠性分析方法，推廣并運(yùn)用，從而提高產(chǎn)品整體可靠性。

　　耦合器插座可靠性研究，充分運(yùn)用可靠性技術(shù)確保設(shè)計(jì)的適用性及耐久性。在項(xiàng)目過程中，依照可靠性策劃、可靠性分析、可靠性評(píng)審開展項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)，運(yùn)用故障樹分析、故障模擬、改善效果評(píng)估等分析手段保證設(shè)計(jì)工程的可靠性。

　　可靠性策劃階段，主要根據(jù)項(xiàng)目開展的目的，確認(rèn)可靠性的定義和可靠性最終需要達(dá)到的指標(biāo)，明確可靠性的要求。可靠性分析階段，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集分析，利用故障樹分析確定要因，結(jié)合關(guān)鍵因素及設(shè)計(jì)相關(guān)要素，開展相關(guān)數(shù)值模擬，并進(jìn)行驗(yàn)證，最終確認(rèn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度^[1]。依據(jù)設(shè)計(jì)測試結(jié)果，不斷更新優(yōu)化方案，最終整改效果對(duì)比評(píng)估，長期使用數(shù)據(jù)跟蹤等評(píng)估手段，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改或確認(rèn)。設(shè)計(jì)實(shí)施流程圖如圖1所示。

2 用戶使用問題匯總分析

　　2.1 運(yùn)用故障樹分析失效類別

　　2.1.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分類

　　耦合器插座故障不僅影響著空調(diào)整機(jī)的可靠性，而且直接關(guān)系著用戶用電安全，其可靠性提高顯得緊急且重要。而通過相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，為成功開展數(shù)據(jù)分析并評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量提供支撐。通過對(duì)該耦合器插座一段時(shí)間售后故障原因匯總分析，并根據(jù)故障類別進(jìn)行區(qū)分如圖2所示。

　　排名前兩位的為插不到位燒壞(占比36.8%)及插套變形(22.2%)，占總故障的59%;其次為安裝使用不當(dāng)，占總故障的11.5%;彈跳燒占比10.5%;接線不良占總故障的9.1%。

　　2.2 故障樹分析

　　在利用故障樹進(jìn)行分析前，需梳理失效模式，找到問題發(fā)生的末端因素。結(jié)合耦合器插座使用情況的特點(diǎn)，我們將故障模式分為兩大類加以梳理和研究：一是無法裝配，插頭旋轉(zhuǎn)不到位;二是電源打火燒壞。通過提煉及歸納總結(jié)，耦合器插座失效故障樹如圖3所示。

　　通過故障樹分析，可以看出導(dǎo)致耦合器插座失效因素主要有：物料結(jié)構(gòu)缺陷(底座結(jié)構(gòu)、彈簧結(jié)構(gòu)、插套材質(zhì)、滑塊耐溫)、用戶使用、安裝維修。

　　從以上分析的末端因素可以看出，對(duì)產(chǎn)品可靠性影響較大的是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的缺陷:①通用性不強(qiáng)，與部分電源線配合易出現(xiàn)問題，如硬銅線， 鋁線等;②可操作性，該插座為電源插頭與插座旋轉(zhuǎn)接通電源，但是用戶使用操作時(shí)，如未旋轉(zhuǎn)到位，電源已經(jīng)接通，會(huì)導(dǎo)致接觸面積小出現(xiàn)電源打火，需要在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化，增加可操作性;③售后安裝維修，售后人員技術(shù)及工作粗心大意導(dǎo)致，此部分只能通過加強(qiáng)人員管理減少故障的發(fā)生。

　　綜上，為提高產(chǎn)品本身可靠性，需優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能從根本上杜絕問題的發(fā)生。

3 可靠性整改方案

　　3.1 一種限位插套的下殼結(jié)構(gòu)

　　3.1.1 故障原因分析

　　經(jīng)過對(duì)一段時(shí)間反饋故障的地區(qū)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，安徽、河南、河北、山東等地故障率較高，調(diào)查各地插座安裝使用的電源線情況，發(fā)現(xiàn)河南、安徽、河北等地多使用單股硬銅線，廣東地區(qū)多使用多股銅線。

　　現(xiàn)場調(diào)查安徽大部分地區(qū)安裝耦合器插座使用的電線為2.5 mm2-3 mm2的單芯硬銅線，為方便安裝，一般電源線預(yù)留較長，接線后電線就會(huì)被彎折后盤在插座后面的墻洞中，如圖4。　　結(jié)合以上兩個(gè)地區(qū)差異的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)使用單股硬銅線的地區(qū)售后故障普遍偏高。

　　插套變形主要是因?yàn)槭酆蟀惭b時(shí)，客戶家里使用的是單股線，單股線材質(zhì)硬，走線時(shí)插座背部受力，牽扯插套造成插套變形，與電源線插頭配合后，插銷旋轉(zhuǎn)時(shí)滑出插套外沖擊彈簧，造成變形，如圖5。

　　將耦合器插座接上單芯硬銅線模擬耦合器插座安裝情況，彎折下壓銅線，當(dāng)銅線彎折角度較大時(shí)， 往下壓銅線，插套位置偏移(圖6)，此時(shí)插頭無法插入，松開銅線后恢復(fù)原狀(圖7)，如圖7所示。

　　查看耦合器結(jié)構(gòu)，插套和兩側(cè)下殼之間間隙較大(圖8)，插套不能被固定。當(dāng)銅線受力時(shí)會(huì)帶動(dòng)插套前后移動(dòng)，插套位置會(huì)改變，使插頭無法插入。

　　3.1.2 可靠性整改方案

　　從阻止插套移動(dòng)方式提高產(chǎn)品可靠性，對(duì)下殼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，插套周圍區(qū)域增加凸點(diǎn)限制插套移動(dòng)范圍。整改前，插套兩側(cè)無注塑件限位，可移動(dòng)空間較大(如圖9左)，整改后，各電極插套都有注塑件限位(如圖9右)。

　　3.1.3 可靠性整改效果確認(rèn)

　　將整改后制品接上單芯硬銅絲，彎折、拉動(dòng)銅絲后，整改后制品會(huì)出現(xiàn)輕微移動(dòng)的情況，但是不影響插頭旋入，在各插套位置作限位，限制插套不松動(dòng)，解決了插套變形、插套開口尺寸及安裝上無法旋轉(zhuǎn)的問題。

　　3.2 不入則出的插裝模式

　　3.2.1 故障原因分析

　　在耦合器故障中，因插頭插不到位而燒的故障占了所有不良的36.8%，存在的主要原因?yàn)榭蛻羰褂脮r(shí)插頭未旋轉(zhuǎn)到位，造成點(diǎn)接觸或局部接觸，長期使用溫度過高，塑料部位熱熔或燒熔(圖10)。由于空調(diào)使用人群較復(fù)雜，除了在空調(diào)安裝時(shí)對(duì)使用人員進(jìn)行操作方法的培訓(xùn)之外，只能通過產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化來杜絕此類問題。經(jīng)過對(duì)故障件的分析，只有保持插頭與插座之間的連接處于接通和斷開兩種裝態(tài)，即不存在圖10中的臨界狀態(tài)，才能避免上述問題的發(fā)生。

　　3.2.2 可靠性改善方案

　　通過對(duì)插座內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，可以通過更改拉簧相關(guān)尺寸增加拉簧的拉力，當(dāng)插頭未旋轉(zhuǎn)到位時(shí)，通過拉簧的拉力使插頭回歸初始位置。同時(shí)為配合拉簧相關(guān)尺寸的更改，改變防護(hù)門的結(jié)構(gòu)。實(shí)物圖片如圖11所示。

　　整改后制品插頭和插座之間不會(huì)出現(xiàn)半接通狀態(tài)，只有斷開和接通狀態(tài)。插頭在旋轉(zhuǎn)過程中受到彈簧的回拉力，如果插頭的解鎖鈕未旋轉(zhuǎn)插座接通凹槽內(nèi)，會(huì)被彈簧的拉力拉回，此時(shí)插頭與插座處于斷開狀態(tài)。如果插頭的解鎖鈕旋轉(zhuǎn)到插座接通凹槽內(nèi)，插頭與插座正常接通，由于插座凹槽的阻礙，此時(shí)插頭受到回拉的力也不會(huì)被拉回。

　　3.3 一種適用多材質(zhì)導(dǎo)體的新型插套

　　3.3.1 故障調(diào)查

　　在售后返回32A耦合器插座中，發(fā)現(xiàn)大量插座接線位置燒熔，上面還殘留有鋁線熔融到一起。故障機(jī)器集中在H省，而其他省份較少。經(jīng)調(diào)查H省農(nóng)村地區(qū)大量使用鋁線作為建筑布線，而其他省份一般使用銅線，銅線基本無同類故障反饋。

　　3.3.2 原因分析

　　客戶家里連接插座的導(dǎo)線為鋁線，而插座插套材質(zhì)為銅，由于銅、鋁的彈性模量和熱膨脹系數(shù)相差很大，多次通電后，導(dǎo)體連接處的接觸電阻變大。實(shí)物如圖12所示。

　　3.3.3 可靠性整改方案

　　銅鋁電氣連接的問題在電力行業(yè)已經(jīng)有成熟的研究，一般行業(yè)內(nèi)有以下解決方法：

　　1)銅導(dǎo)體表面鍍錫或鍍銀;

　　2)銅鋁導(dǎo)體接觸面墊入鋅片;

　　3) 銅鋁導(dǎo)體接觸面涂導(dǎo)電膏，也叫電力脂;

　　4)使用銅鋁過渡設(shè)備線夾^[2] 。

　　對(duì)比上述四種方案，2)和4)對(duì)空調(diào)安裝來說，不易防呆和受控，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證方案1)是最佳方案。因錫和鋁的膨脹系數(shù)和彈性模量比較接近，理論和實(shí)際驗(yàn)證得出鍍錫的方案最優(yōu)。

　　3.3.4 可靠性效果確認(rèn)

　　通過以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，插套鍍錫方式從可操作性及質(zhì)量改善方面是最優(yōu)的方案，該種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品已經(jīng)批量使用，通過實(shí)際使用情況來看插套燒熔問題得到了很大的改善。

4 總結(jié)

　　耦合器插座可靠性研究與應(yīng)用，在整個(gè)家用電器領(lǐng)域及制造行業(yè)內(nèi)具有廣泛的可推廣性，研究思路及方法可適用于各行業(yè)電子元器件、電器件等產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的改進(jìn)與提高。對(duì)制造型企業(yè)強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量水平，具有十分重要的推廣和借鑒作用。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2]蔣寒薇. 居室環(huán)境中電源插座設(shè)計(jì)研究.中南林業(yè)科技大學(xué)，2015-05-01

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第9期第63頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。