暗裝86型七孔墻壁插座的設(shè)計分析

練 昌

（飛雕電器集團(tuán)有限公司 上海 201614）

前言

從70年代的拉線開關(guān)、到如今的智能開關(guān)插座，我國的開關(guān)、插座經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，其安全性和美觀度都有了很大的提升。例如：插座從原來的插口裸露形式到現(xiàn)在具有安全門功能；材質(zhì)方面由最初的PC或者尼龍66、錫青銅等發(fā)展到現(xiàn)在的優(yōu)質(zhì)改性PC料及合金觸點結(jié)構(gòu)，無邊界“擺桿式開關(guān)”以及用電安全、智能控制的“智能開關(guān)”、防水插座等相繼面世。開關(guān)和插座是開關(guān)插座產(chǎn)品中的主要類別，占使用量的80 %～90 %，有著廣大的消費群體和群眾基礎(chǔ)。按照其使用方式可分為明裝和暗裝兩大類，其中暗裝類的按照其外形尺寸分類，大致可分為86型，118型和120型。本文只是針對暗裝86型的七孔插座進(jìn)行一些市場的產(chǎn)品分析和產(chǎn)品安全性和插拔壽命研究。

1 簡介

所謂七孔插座，就是產(chǎn)品表面有七個插孔的插座，即在一個面板上可分別使用三個插頭（兩個兩插和一個三插），目前市場上銷售的暗裝86型七孔插座，從外觀和插孔布局上大致可分為以下兩種樣式，如圖1和圖2。

兩種樣式的七孔插座對比分析：

1）圖1所示的七孔插座

在結(jié)構(gòu)上來說，為保證三個插頭能夠同時使用，所以插孔之間的距離被拉得很大，造成了產(chǎn)品后蓋很大，受到國標(biāo)GB/T 8593-2013《電器附件用面板、調(diào)整板和安裝盒尺寸要求》中暗盒尺寸的限制，這種形式的產(chǎn)品基本都是后蓋跟支架一體式的，或者是后蓋用螺絲固定式的，在結(jié)構(gòu)上無法做到功能模塊式的。

圖1 七孔插座樣式1

圖2 七孔插座樣式2

2）圖2所示的七孔插座

在保證了三個插頭可以同時使用的前提下，插頭與插頭之間的距離布局緊湊，后蓋尺寸很小，可以做功能模塊式的。

模塊式對于產(chǎn)品設(shè)計而言至關(guān)重要，首先模塊式的能降低研發(fā)成本，降低產(chǎn)品的裝配成本，有利于自動化生產(chǎn)。模塊化的產(chǎn)品的市場反應(yīng)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量有保障，產(chǎn)品的通用性強，產(chǎn)品更具競爭力，能更好的占領(lǐng)市場。

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)：圖2樣式的七孔插座，模塊化的產(chǎn)品更具優(yōu)勢。

2 市場上七孔插座的產(chǎn)品調(diào)研分析和消費者痛點分析

經(jīng)過對電工市場深入的調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)目前市場上的七孔插座占整個開關(guān)插座系列產(chǎn)品的1 %左右 ，由于占比較少，所以在產(chǎn)品的設(shè)計和使用過程中，沒有引起足夠的重視，安全隱患比較多，目前市場上銷量的七孔插座或多或少的存在以下幾個方面的問題：

1）三個插頭之間的中心距離較近，三個插頭不能同時使用。

2）接線端子的布局不合理，接線口的方向不一致，接線困難，接線效率低。

3）三個插頭同時使用時插座溫度過高，斷路器容易跳閘。

4）壽命差，產(chǎn)品在使用1～2年之后，里面的銅件斷裂，插頭插不進(jìn)去。

5）安全性、可靠性能差，產(chǎn)品在安裝過程中容易變形，面板扣不上去。甚至有個別產(chǎn)品沒有嚴(yán)格遵循“左零右火，上火下零”的國標(biāo)或行業(yè)規(guī)范的要求，加大了觸電隱患。

6）接線端子多為螺釘壓線式，在接線的時候，容易損傷導(dǎo)線，甚至是壓斷導(dǎo)線。

7）安全門不易打開，插頭的插拔手感差。

8）大多數(shù)的七孔插座都是圖1所示的整體式的或者是功能件打螺絲式的，功能模塊形式的很少，即使有，三個插頭大多不能同時使用，不能做到通用模塊式的，經(jīng)濟效益不高。

9）材料的外表面處理方式不環(huán)保，尤其是銅件，大多數(shù)采用的是電鍍或者是噴漆工處理工藝。

綜合分析：目前市場上銷售的七孔插座的安全性能和實際使用性能都普遍偏低，用戶體驗不好，尤其是安全性能這塊，雖然名義上是七孔插座，但市場上有很大一部分產(chǎn)品的三個常規(guī)插頭不能同時使用，有的雖然能同時使用，但產(chǎn)品接線端子處的溫升很高，使用一段時間之后，產(chǎn)品老化嚴(yán)重。

3 產(chǎn)品痛點解決方案分析和插拔壽命分析

針對目前市場上銷售的七孔插座的不足和消費者的這些痛點，可以從以下幾個方面加以分析解決，（本文所涉及的所有的改善方案均在具體產(chǎn)品上驗證過之后得出的結(jié)論，但不同產(chǎn)品，不同的設(shè)計參數(shù)的具體效果可能不同）。

3.1 產(chǎn)品外觀分析

3.1.1 保障三個插頭同時使用

圖3 三個插頭之間的中心距離示意圖

圖4 銅件設(shè)計示意圖

圖5 插拔壽命測試報告

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1002-2008《家用和類似用途單相插頭插座型式尺寸》中第5.4款要求：插頭的外形不予規(guī)定，但插頭插銷離邊緣的距離應(yīng)不小于6.5 mm。所以市場上的各種電器插頭，在滿足此國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，插頭有著沒有最大，只有更大的特點，所以在產(chǎn)品的設(shè)計過程中在保證產(chǎn)品的功能模塊化，安全性要求的前提下，將銅件的插頭與插頭之間的距離做到功能模塊允許的最大值（詳見圖3所示），可以滿足市場上絕大多數(shù)電器插頭同時使用、互不干涉的需求。

3.1.2 三個接線端子的排布方向均呈現(xiàn)口部向上的狀態(tài)，朝向一致（詳見圖4所示），保障了接線的的便利。在產(chǎn)品設(shè)計中，也可以嘗試端子口部整體朝右的形式，但不建議口部整體朝左或整體朝下的形式，因為畢竟使用右手干活的人還是占大多數(shù)。整體朝左或者整體朝下給接線帶來了很大的不方便。

3.2 產(chǎn)品溫升分析

3.2.1 對銅件接線端子位置的設(shè)計分析

為了保證產(chǎn)品端子處的溫升低，在銅件排布的時候，盡量將端子放在整個銅件的中間位置（詳見圖3），這樣，在三個插頭同時使用時，三個方向匯集過來的電流都集中在銅件的中間位置，在電流最大的位置排布端子，有利于產(chǎn)品的散熱，降低產(chǎn)品的使用溫度。經(jīng)過實物實驗表明，使用圖4銅件排布設(shè)計的產(chǎn)品在部分插孔進(jìn)行最高插拔5萬次（國標(biāo)GB/T 2009.1-2008 《家用和類似用途插頭插座 第一部分 通用要求》第21 正常操作 規(guī)定插拔次數(shù)為1萬次）測試后，端子溫升在10 ℃左右，遠(yuǎn)低于市場上同類型產(chǎn)品和國標(biāo)要求不超過45 ℃的要求。詳見圖5所示。

3.2.2 一體化銅件的設(shè)計分析

一體化銅件的好處就是通過模具沖壓加工，銅件一次成型，避免過多的鉚接點或焊接點，降低電阻，減少了鉚接或焊接部分因受力而斷裂和發(fā)熱的情況，從根本上消除了由于鉚接或焊接點的存在導(dǎo)致產(chǎn)品在使用過程中的溫升過高，影響產(chǎn)品品質(zhì)的情況。另外在銅件設(shè)計的時候，在可能變形的位置或銅件折彎的位置增加凸包的設(shè)計，可以使生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)品運輸中不易變形，達(dá)到好裝配的效果。詳見圖6所示。

3.3 用電安全分析

安全是一個產(chǎn)品的生命線，尤其是對電工類產(chǎn)品來說，安全性尤其重要。對插座類這種人們?nèi)粘：苋菀捉佑|到的東西，安全性是一個不容忽視的問題。下面就通過以下幾個方面來分析七孔插座安全設(shè)計的幾個要點。

圖6 一體化銅件

3.3.1 接線端子拉緊式和螺釘壓線式，兩者結(jié)構(gòu)的對比分析

端子拉緊式（如圖7所示），即在接線的時候，擰緊螺絲的過程中，螺絲不動，端子向上提拉。此結(jié)構(gòu)最大的好處就是：用銅件的面和端子的面去壓接導(dǎo)線，在加大了壓接接觸面積的情況下，又不損傷導(dǎo)線，而傳統(tǒng)的螺釘壓線式的結(jié)構(gòu)（如圖8所示）是直接用螺釘?shù)念^部去壓接導(dǎo)線，很容易在擰緊螺釘?shù)倪^程中造成導(dǎo)線的損傷，甚至是壓斷導(dǎo)線，造成導(dǎo)線脫出，火線和零線接觸短路和人觸電的風(fēng)險。所以從用電安全方面考慮，應(yīng)采用接線端子拉緊式的結(jié)構(gòu)。

3.3.2 “左零右火，上火下零”的標(biāo)準(zhǔn)分析

GB 50303-2015 《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中20.1.3規(guī)定 “左零右火，上火下零”和GB/T 2009.1-2008 《家用和類似用途插頭插座 第一部分 通用要求》中8.5條注3規(guī)定“左零右火”，之所有有這樣的規(guī)定是因為當(dāng)人右手拿插頭去插插座的時候，人手的大拇指相較于其他幾個手指較容易接觸到插頭的插銷，更容易發(fā)生觸電事故。所以才有了此“左零右火，上火下零”的要求。但是由于GB 50303-2015 《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》不是插座類產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 2009.1-2008 《家用和類似用途插頭插座 第一部分 通用要求》里面只規(guī)定了“左零右火”，沒有規(guī)定“上火下零”。所以有些廠家為了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的便利，沒有嚴(yán)格遵循“上火下零”的規(guī)定來設(shè)計產(chǎn)品，這樣就有一定的用電隱患，所以在產(chǎn)品內(nèi)部銅件的排位設(shè)計時應(yīng)按照如圖4和圖9所示排位來設(shè)計。

3.3.3 支架耐受力分析

在產(chǎn)品安裝過程中，在擰緊安裝螺絲時，受力最大的位置是支架的螺絲孔位置，如果此位置的承受力較弱，在安裝過程中就很容易造成支架變形過大，甚至支架斷裂，功能模塊脫出的情況，所以在支架材質(zhì)的選擇上面應(yīng)該選擇強度高一些的材料。例如 鋼材。目前市場上絕大部分的七孔插座產(chǎn)品采用的是0.8～1.2 mm厚度的鋼支架，強度不高，安裝時容易出現(xiàn)彎曲變形，進(jìn)而造成面板扣不進(jìn)，扣不緊的情況。塑料支架相較于鋼支架，在安裝過程中，螺絲安裝孔位置更容易被打裂，打斷，導(dǎo)致產(chǎn)品安裝不到位，產(chǎn)品與墻體之間漏縫，存在安全隱患。所以建議產(chǎn)品的支架材料應(yīng)選擇1.5 mm以上厚度的鋼材質(zhì)，支架穩(wěn)固不變形，不僅能經(jīng)受得住1.2 N·m的扭力，甚至在釘槍的大力沖擊下，也能有效的防止支架變形，裝配安全，產(chǎn)品可靠。如圖10所示。

3.3.4 導(dǎo)線的頂出力分析

在整體的產(chǎn)品設(shè)計上，對導(dǎo)線的頂出力位置進(jìn)行合理的模擬分析，分析出在安裝和使用過程中，導(dǎo)線對產(chǎn)品所施加的力的作用范圍，從而在受力最大的位置增加扣位，保證產(chǎn)品在安裝受力和產(chǎn)品使用過程中，壓板不會因為受力而脫出，造成安全隱患。如圖11所示。

3.4 插拔壽命分析

在保證了基本的使用安全和使用需求之后，可以對插座的插拔壽命進(jìn)行進(jìn)一步的提升研究，可以從以下幾個方面加以分析。

3.4.1 安全門自由滑動分析

圖7 端子拉緊式

圖8 螺釘壓線式

圖9 “左零右火，上火下零”標(biāo)準(zhǔn)示意圖

圖10 鋼支架示意圖

在功能模塊的設(shè)計過程中，增加中間壓板這個零件，三個安全門都在中間壓板這個零件上滑動，滑動的筋位經(jīng)過加粗和高拋光處理，且中間壓板與后蓋定位，而不是與銅件定位。因為銅件在插拔過程中容易晃動，只有用后蓋來保證中間壓板的位置，中間壓板才不會隨著插拔動作的進(jìn)行而出現(xiàn)晃動，進(jìn)而保證了三個安全門在整個運動區(qū)域和運動過程中的平穩(wěn)，有效，順利打開、閉合，保證了產(chǎn)品的長期使用性能。如圖12所示。

3.4.2 插座使用過程中的銅件積碳分析

通電狀態(tài)下，插頭在插拔的過程中，插頭的插銷在與銅件插口的摩擦過程中，在摩擦表面會產(chǎn)生電弧，進(jìn)而產(chǎn)生大量的摩擦熱和電弧熱。隨著溫度的升高和氧化作用的發(fā)生，會在銅件的摩擦表面形成氧化硬質(zhì)物和氧化顆粒，即平時所說的積碳。而且插拔時間越久，次數(shù)越多，積碳量也就越多。由于積碳的存在，銅件插口的尺寸會有變化，當(dāng)插頭的插銷插入時，插口的變形更大，所以銅件的插口部位與塑料件之間需要預(yù)留出更大的變形空間。詳見圖13和圖14所示。

3.5 環(huán)境保護(hù)分析

一個產(chǎn)品中零部件所采用的材料和工藝應(yīng)滿足在產(chǎn)品整個生命周期中，對環(huán)境無污染，對人體無傷害；在產(chǎn)品生命周期結(jié)束后，可回收再利用，不會對環(huán)境造成不利影響，尤其是在銅件的外表面處理方面。例如鋼支架可采用噴粉處理的方式。因為噴粉工藝相對于噴漆或者電鍍工藝有很多好處，既能達(dá)到防生銹的要求，又無毒害，不污染環(huán)境，而且粉塵的附著力和機械強度高，耐腐蝕，不用底漆，技術(shù)要求低，粉的回收利用率高等優(yōu)點。

圖11 導(dǎo)線頂出力分布示意圖

圖12 功能模塊爆炸示意圖

圖13 插頭運動分析圖

圖14 銅件插口積碳示意圖

4 結(jié)論

通過從以上幾個方面的分析，我們可以得知：產(chǎn)品安全，用戶安全永遠(yuǎn)應(yīng)被放在一個產(chǎn)品設(shè)計的首要位置，通過科學(xué)的分析和可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在滿足了產(chǎn)品的安全使用的前提下，再對產(chǎn)品的使用性能加以提升。以七孔插座為例：模塊化的設(shè)計加工，滿足三個插頭同時使用，良好的插拔手感，超長的使用壽命，產(chǎn)品的使用安全和環(huán)境保護(hù)等方面不是顧此失彼，不能兼顧的，是可以相輔相成，同時滿足的，甚至在某些性能方面還可以有更大的提升，值得更加深入的總結(jié)、探討、嘗試。