可靠性技術(shù)在耦合器插座中的應用　

作者 戴銀燕 張樂(lè ) 崔斌 項永金 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——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(wú)需提高產(chǎn)品生產(chǎn)成本的可靠性質(zhì)量改善模式。通過(guò)匯總分析找出產(chǎn)品使用中最主要的問(wèn)題點(diǎn)，深入分析，找出問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因，從產(chǎn)品使用可靠性方面對耦合器插座結構進(jìn)行優(yōu)化更改。使其更加滿(mǎn)足售后使用環(huán)境，達到大幅度降低產(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公司空調柜機電源專(zhuān)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(kāi)，不同于常見(jiàn)的插拔式插座。其在用電安全和防觸電保護方面有很大優(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)，結合用戶(hù)實(shí)驗使用條件，從設計源頭避免質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。

1 可靠性開(kāi)展策劃

　　隨著(zhù)消費者對家電產(chǎn)品品質(zhì)要求越來(lái)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，依托的基礎則是單個(gè)器件具有長(cháng)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，充分運用可靠性技術(shù)確保設計的適用性及耐久性。在項目過(guò)程中，依照可靠性策劃、可靠性分析、可靠性評審開(kāi)展項目的整體設計，運用故障樹(shù)分析、故障模擬、改善效果評估等分析手段保證設計工程的可靠性。

　　可靠性策劃階段，主要根據項目開(kāi)展的目的，確認可靠性的定義和可靠性最終需要達到的指標，明確可靠性的要求?？煽啃苑治鲭A段，首先進(jìn)行數據的收集分析，利用故障樹(shù)分析確定要因，結合關(guān)鍵因素及設計相關(guān)要素，開(kāi)展相關(guān)數值模擬，并進(jìn)行驗證，最終確認結構設計的可靠度^[1]。依據設計測試結果，不斷更新優(yōu)化方案，最終整改效果對比評估，長(cháng)期使用數據跟蹤等評估手段，對設計方案進(jìn)行修改或確認。設計實(shí)施流程圖如圖1所示。

2 用戶(hù)使用問(wèn)題匯總分析

　　2.1 運用故障樹(shù)分析失效類(lèi)別

　　2.1.1 數據統計分類(lèi)

　　耦合器插座故障不僅影響著(zhù)空調整機的可靠性，而且直接關(guān)系著(zhù)用戶(hù)用電安全，其可靠性提高顯得緊急且重要。而通過(guò)相關(guān)數據的收集，為成功開(kāi)展數據分析并評價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量提供支撐。通過(guò)對該耦合器插座一段時(shí)間售后故障原因匯總分析，并根據故障類(lèi)別進(jìn)行區分如圖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，占總故障的11.5%;彈跳燒占比10.5%;接線(xiàn)不良占總故障的9.1%。

　　2.2 故障樹(shù)分析

　　在利用故障樹(shù)進(jìn)行分析前，需梳理失效模式，找到問(wèn)題發(fā)生的末端因素。結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(lèi)加以梳理和研究：一是無(wú)法裝配，插頭旋轉不到位;二是電源打火燒壞。通過(guò)提煉及歸納總結，耦合器插座失效故障樹(shù)如圖3所示。

　　通過(guò)故障樹(shù)分析，可以看出導致耦合器插座失效因素主要有：物料結構缺陷(底座結構、彈簧結構、插套材質(zhì)、滑塊耐溫)、用戶(hù)使用、安裝維修。

　　從以上分析的末端因素可以看出，對產(chǎn)品可靠性影響較大的是產(chǎn)品結構的缺陷:①通用性不強，與部分電源線(xiàn)配合易出現問(wèn)題，如硬銅線(xiàn)， 鋁線(xiàn)等;②可操作性，該插座為電源插頭與插座旋轉接通電源，但是用戶(hù)使用操作時(shí)，如未旋轉到位，電源已經(jīng)接通，會(huì )導致接觸面積小出現電源打火，需要在結構上優(yōu)化，增加可操作性;③售后安裝維修，售后人員技術(shù)及工作粗心大意導致，此部分只能通過(guò)加強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)化結構設計，才能從根本上杜絕問(wèn)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構

　　3.1.1 故障原因分析

　　經(jīng)過(guò)對一段時(shí)間反饋故障的地區統計發(fā)現，安徽、河南、河北、山東等地故障率較高，調查各地插座安裝使用的電源線(xiàn)情況，發(fā)現河南、安徽、河北等地多使用單股硬銅線(xiàn)，廣東地區多使用多股銅線(xiàn)。

　　現場(chǎng)調查安徽大部分地區安裝耦合器插座使用的電線(xiàn)為2.5 mm2-3 mm2的單芯硬銅線(xiàn)，為方便安裝，一般電源線(xiàn)預留較長(cháng)，接線(xiàn)后電線(xiàn)就會(huì )被彎折后盤(pán)在插座后面的墻洞中，如圖4?！　〗Y合以上兩個(gè)地區差異的調查，發(fā)現使用單股硬銅線(xiàn)的地區售后故障普遍偏高。

　　插套變形主要是因為售后安裝時(shí)，客戶(hù)家里使用的是單股線(xiàn)，單股線(xiàn)材質(zhì)硬，走線(xiàn)時(shí)插座背部受力，牽扯插套造成插套變形，與電源線(xiàn)插頭配合后，插銷(xiāo)旋轉時(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(xiàn)模擬耦合器插座安裝情況，彎折下壓銅線(xiàn)，當銅線(xiàn)彎折角度較大時(shí)， 往下壓銅線(xiàn)，插套位置偏移(圖6)，此時(shí)插頭無(wú)法插入，松開(kāi)銅線(xiàn)后恢復原狀(圖7)，如圖7所示。

　　查看耦合器結構，插套和兩側下殼之間間隙較大(圖8)，插套不能被固定。當銅線(xiàn)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(wú)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，對下殼的結構優(yōu)化，插套周?chē)鷧^域增加凸點(diǎn)限制插套移動(dòng)范圍。整改前，插套兩側無(wú)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

　　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(kāi)口尺寸及安裝上無(wú)法旋轉的問(wèn)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%，存在的主要原因為客戶(hù)使用時(shí)插頭未旋轉到位，造成點(diǎn)接觸或局部接觸，長(cháng)期使用溫度過(guò)高，塑料部位熱熔或燒熔(圖10)。由于空調使用人群較復雜，除了在空調安裝時(shí)對使用人員進(jìn)行操作方法的培訓之外，只能通過(guò)產(chǎn)品本身結構優(yōu)化來(lái)杜絕此類(lèi)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對故障件的分析，只有保持插頭與插座之間的連接處于接通和斷開(kāi)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(wèn)題的發(fā)生。

　　3.2.2 可靠性改善方案

　　通過(guò)對插座內部結構的研究，可以通過(guò)更改拉簧相關(guān)尺寸增加拉簧的拉力，當插頭未旋轉到位時(shí)，通過(guò)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，改變防護門(mén)的結構。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 )出現半接通狀態(tài)，只有斷開(kāi)和接通狀態(tài)。插頭在旋轉過(guò)程中受到彈簧的回拉力，如果插頭的解鎖鈕未旋轉插座接通凹槽內，會(huì )被彈簧的拉力拉回，此時(shí)插頭與插座處于斷開(kāi)狀態(tài)。如果插頭的解鎖鈕旋轉到插座接通凹槽內，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)導體的新型插套

　　3.3.1 故障調查

　　在售后返回32A耦合器插座中，發(fā)現大量插座接線(xiàn)位置燒熔，上面還殘留有鋁線(xiàn)熔融到一起。故障機器集中在H省，而其他省份較少。經(jīng)調查H省農村地區大量使用鋁線(xiàn)作為建筑布線(xiàn)，而其他省份一般使用銅線(xiàn)，銅線(xiàn)基本無(wú)同類(lèi)故障反饋。

　　3.3.2 原因分析

　　客戶(hù)家里連接插座的導線(xiàn)為鋁線(xiàn)，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相差很大，多次通電后，導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(wèn)題在電力行業(yè)已經(jīng)有成熟的研究，一般行業(yè)內有以下解決方法：

　　1)銅導體表面鍍錫或鍍銀;

　　2)銅鋁導體接觸面墊入鋅片;

　　3) 銅鋁導體接觸面涂導電膏，也叫電力脂;

　　4)使用銅鋁過(guò)渡設備線(xiàn)夾^[2] 。

　　對比上述四種方案，2)和4)對空調安裝來(lái)說(shuō)，不易防呆和受控，經(jīng)過(guò)試驗驗證方案1)是最佳方案。因錫和鋁的膨脹系數和彈性模量比較接近，理論和實(shí)際驗證得出鍍錫的方案最優(yōu)。

　　3.3.4 可靠性效果確認

　　通過(guò)以上實(shí)驗驗證，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，該種結構產(chǎn)品已經(jīng)批量使用，通過(guò)實(shí)際使用情況來(lái)看插套燒熔問(wèn)題得到了很大的改善。

4 總結

　　耦合器插座可靠性研究與應用，在整個(gè)家用電器領(lǐng)域及制造行業(yè)內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(kāi)發(fā)設計的改進(jìn)與提高。對制造型企業(yè)強化產(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：

　　[1]陳逵.電子元器件失效分析的常用技術(shù)手段及應用.大科技，2013(6)

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

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