變頻柜機空調電源線插頭應用失效分析與可靠性研究

0   引言

耦合器（電源線一部分）是變頻空調柜機電源專用插座，用于旋鈕鎖緊及解鎖按鈕操作，安全性高。耦合器電源線配合耦合器插頭使用插頭旋入插座鎖死電源接通，插頭旋進插座鎖死后才能通電，除非解鎖插頭無法移動。按下插頭解鎖結構旋出插座電源斷開。耦合器不同于常見的插拔式插座，可以避免用戶頻繁帶電插拔，導致插頭接觸不良打火燒毀，嚴重的可能引起火災隱患，安全性較高。

1   事件背景

電源線出現(xiàn)解鎖鈕斷失效問題：耦合器電源線插頭有解鎖鈕結構，插頭與插座對接后旋轉到位可以正常鎖死，如要解鎖需要按下解鎖按鈕。解鎖扣解鎖結構為兩個藍色鈕扣一體化設計，解鎖時需要用戶用手按壓解鎖扣，方可旋轉拿掉插頭。部分用戶在實際使用過程中不清楚具體操作方法，直接插入用力旋轉插頭導致橙色鈕扣被鈕斷，插頭無法鎖緊到位，插頭失效無法繼續(xù)使用，影響產(chǎn)品信譽。需要從產(chǎn)品自身可靠性方面優(yōu)化設計，更改解鎖鈕扣結構，提高鈕扣抗外力沖擊受力值及抗外力剪切失效能力。

2020 年售后頻繁反饋耦合器插頭電源線失效，此款耦合器插頭電源線主要使用在單項220 V 交流電源供電50-72 機型。經(jīng)回訪維修工及查看失效數(shù)據(jù)信息，售后失效使用時間不一致，用戶均使用一段時間，證明非裝機就失效。查看售后上傳故障品圖片，發(fā)現(xiàn)主要故障為耦合器插頭電源線插頭解鎖鈕斷，如圖1 所示，故障耦合器插頭電源線無法使用導致售后投訴報單。

圖1 故障件失效圖片

由于解鎖鈕斷后無法有效與耦合器插座配合使用，導致旋轉到位后，解鎖鈕卡不住上蓋的鎖孔。插頭旋轉到位后受制于插座彈簧的彈力又彈出，空調無法有效通電，導致空調整機不能使用，見圖2。

圖2 解鎖鈕斷無法鎖緊

2   原因分析

2.1 故障件檢測分析

對售后失效故障件分析，測試電源線各線芯導通正常，只有插頭解鎖鈕斷，查看斷口面不平整，分析為受力斷開，斷口周圍無其他破損痕跡。

測試故障件解鎖鈕材質合格，為POM 材料，符合要求。模擬將插頭旋入耦合器插座后在不按壓解鎖鈕的情況下直接用力將插頭強制旋出，插頭解鎖鈕斷，與售后返回故障品一致，如圖3 所示。

圖3 試驗模擬故障件失效圖片

圖3 左為售后故障件，右為模擬樣品。通過模擬試驗得出，此故障為用戶使用過程操作不規(guī)范，未按下解鎖鈕直接強制將插頭旋出插座所致。該物料插座上已經(jīng)有使用方法，但是由于用戶情況多樣，此類問題無法避免，需要從物料結構上有效整改以解決此類問題。

3   電源線插頭可靠性提升方案

電源線出現(xiàn)電源線解鎖鈕斷的問題，部分用戶在實際使用過程中不清楚耦合器具體操作方法，直接插入用力旋轉插頭導致鈕扣被鈕斷，插頭無法鎖緊到位，插頭失效無法繼續(xù)使用。插座失效現(xiàn)象為解鎖鈕斷裂，插頭無法旋轉到位并鎖死，產(chǎn)品無法正常使用。解決方案思路是提高解鎖鈕抗插頭旋轉剪切強度，通過增加接觸受力面積，并在內(nèi)部注塑嵌入不銹鋼鋼針來解決用戶操作不當導致產(chǎn)品鈕扣失效。

通過對器件失效機理分析及試驗模擬，用戶操作不當是導致鎖扣失效的主要原因，需要提高鎖扣的抗外力沖擊能力，具體是將鎖扣按鈕解鎖結構改為方形，并在鎖扣內(nèi)部增加不銹鋼剛性針。

耦合器插座和插頭在廠內(nèi)不涉及裝配，全部放入整機附件袋中，分析該異常為售后安裝使用過程操作不當導致，模擬可以人為擰斷。此故障需要推進廠家從結構上更改，目前已經(jīng)整改完畢，整改前后制品如圖4、5所示。主要是更改物料結構和材料，增加解鎖鈕韌性，同時更改解鎖鈕結構，由圓形改為方形，內(nèi)置嵌入金屬剛釘，增加接觸受力面積及抗外力沖擊強度。

圖4 整改前

圖5 整改后

對耦合器電源線解鎖鈕結構的優(yōu)化整改提升了解鎖鈕強度，從源頭上避免了售后投訴。針對北京格力耦合器插頭解鎖鈕由于用戶強扭斷裂的問題，從外觀標識和解鎖鈕材料、結構三方面進行整改，通過抗拉數(shù)據(jù)實測和壽命試驗，最終確認如下方案可有效解決售后問題。具體可靠性提升方案如下。

3.1 重新設計解鎖鈕結構裝置。將原始圓形結構改為方形結構，與注塑件的接觸面積增大，增大受力面積提高解鎖鈕抗插頭旋轉剪切強度；解決鎖扣失效問題。

圖6 解鎖鈕結構整改點

3.2 解鎖鈕結構裝置內(nèi)部嵌入不銹鋼剛性針。提高解鎖鈕抗插頭旋轉剪切強度，整改點如圖7 所示。

圖7 解鎖鈕結構內(nèi)部嵌入鋼針

3.3 解鎖鈕結構裝置注塑POM材料添加玻纖與增韌劑。通過添加玻纖與增韌劑，以提升POM 材料的沖擊強度與延伸率，同時提升材料的彎曲強度及彎曲模量，從而提高材料的整體性能。

解鎖鈕材料玻纖為25%±2%，增韌劑（牌號：MA-28）為3%±0.05%，玻纖含量為25%±2%，增韌劑MA-28 含量25%±2%。產(chǎn)品性能提升30%。3.4 警示標識：簡化插座本體上的警示標識，更好地指導客戶操作。

圖8 整改前

圖9 整改后

4   電源線插頭新品整改效果驗證

4.1 解鎖鈕推斷力測試對比分析

經(jīng)過整改前后對比驗證，整改后制品解鎖鈕推斷力從200 N 增加到250 N，同時由于有嵌入不銹鋼剛性針支撐，整改后制品未出現(xiàn)解鎖鈕斷裂。整改后制品解鎖鈕推斷力明顯優(yōu)于整改前制品，具體整改前后制品對比如表1 所示。

表1 整改前后樣品對比

4.2 電源線解鎖將原始圓形結構改為方形結構及增加嵌入不銹鋼剛性針前后樣品抗擊強度對比圓形解鎖鈕測試數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 圓形解鎖鈕測試數(shù)據(jù)

方形形解鎖鈕測試數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 圓形解鎖鈕測試數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)測試對比分析結果：方形形解鎖鈕抗沖擊力強度明顯好于圓形解鎖鈕。

5   整改總結及意義

解鎖扣解鎖結構為兩個藍色鈕扣一體化設計，解鎖時，需要用戶用手按壓解鎖扣方可旋轉拿掉插頭。部分用戶實際使用過程中不清楚具體操作方法，直接插入用力旋轉插頭導致橙色鈕扣被鈕斷，插頭無法鎖緊到位，插頭失效無法繼續(xù)使用，影響產(chǎn)品信用度。解決方案從產(chǎn)品自身可靠性方面進行優(yōu)化設計，更改解鎖鈕扣結構，重新設計解鎖鈕結構裝置，將原始圓形結構改為方形結構，內(nèi)部嵌入不銹鋼剛性針；解鎖鈕結構裝置注塑POM 材料添加玻纖與增韌劑，提高鈕扣抗外力沖擊受力值及抗外力剪切失效能力。通過大量故障件分析找出產(chǎn)品使用中最主要失效點，深入分析產(chǎn)生原因，并從設計源頭優(yōu)化改善產(chǎn)品結構，提高產(chǎn)品可靠性和安全性。

參考文獻：

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年11月期）