可靠性技術(shù)在耦合器插座中的應(yīng)用

戴銀燕 張樂 崔斌 項永金

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，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耦合器插座結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化更改。使其更加滿足售后使用環(huán)境，達到大幅度降低產(chǎn)品故障率的目的。同時產(chǎn)品的安全性也得到了提高。

關(guān)鍵詞：耦合器插座；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；可靠性

DOI：

10.396 9/j.issn.1005-5517.2018.8.015

O 引言

耦合器插座是A公司空調(diào)柜機電源專用插座，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方面有很大優(yōu)勢，因此進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，結(jié)合用戶實驗使用條件，從設(shè)計源頭避免質(zhì)量問題的發(fā)生。

1 可靠性開展策劃

隨著消費者對家電產(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。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(shè)計的適用性及耐久性。在項目過程中，依照可靠性策劃、可靠性分析、可靠性評審開展項目的整體設(shè)計，運用故障樹分析、故障模擬、改善效果評估等分析手段保證設(shè)計工程的可靠性。

可靠性策劃階段，主要根據(jù)項目開展的目的，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)計相關(guān)要素，開展相關(guān)數(shù)值模擬，并進行驗證，最終確認結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度[1]。依據(jù)設(shè)計測試結(jié)果，不斷更新優(yōu)化方案，最終整改效果對比評估，長期使用數(shù)據(jù)跟蹤等評估手段，對設(shè)計方案進行修改或確認。設(shè)計實施流程圖如圖1所示。

2 用戶使用問題匯總分析

2.1 運用故障樹分析失效類別

2.1.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分類

耦合器插座故障不僅影響著空調(diào)整機的可靠性，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)分析并評價產(chǎn)品質(zhì)量提供支撐。通過對該耦合器插座一段時間售后故障原因匯總分析，并根據(jù)故障類別進行區(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，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，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，如未旋轉(zhuǎn)到位，電源已經(jīng)接通，會導(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，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)過對一段時間反饋故障的地區(qū)統(tǒng)計發(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 mm2-3mm2的單芯硬銅線，為方便安裝，一般電源線預(yù)留較長，接線后電線就會被彎折后盤在插座后面的墻洞中，如圖4。

結(jié)合以上兩個地區(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。

插套變形主要是因為售后安裝時，客戶家里使用的是單股線，單股線材質(zhì)硬，走線時插座背部受力，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，往下壓銅線，插套位置偏移（圖6），此時插頭無法插入，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)銅線受力時會帶動插套前后移動，插套位置會改變，使插頭無法插入。

3.1.2 可靠性整改方案

從阻止插套移動方式提高產(chǎn)品可靠性，對下殼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，插套周圍區(qū)域增加凸點限制插套移動范圍。整改前，插套兩側(cè)無注塑件限位，可移動空間較大（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、拉動銅絲后，整改后制品會出現(xiàn)輕微移動的情況，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，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%，存在的主要原因為客戶使用時插頭未旋轉(zhuǎn)到位，造成點接觸或局部接觸，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)安裝時對使用人員進行操作方法的培訓(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，通過拉簧的拉力使插頭回歸初始位置。同時為配合拉簧相關(guān)尺寸的更改，改變防護門的結(jié)構(gòu)。實物圖片如圖11所示。

整改后制品插頭和插座之間不會出現(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)，會被彈簧的拉力拉回，此時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，此時插頭受到回拉的力也不會被拉回。

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]。

對比上述四種方案，2）和4）對空調(diào)安裝來說，不易防呆和受控，經(jīng)過試驗驗證方案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

通過以上實驗驗證，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(jié)構(gòu)產(chǎn)品已經(jīng)批量使用，通過實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)計的改進與提高。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(yīng)用大科技，2013（6）

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