空调用耦合器插座的失效分析研究

空调用耦合器插座的失效分析研究

张新婷 ,苏琪婷 ,郑国和

珠海格力电器股份有限公司   广东珠海  519000

摘要：耦合器插座是家用柜机的重要零部件，其质量的可靠性对整机运行的可靠性起着至关重要的作用。根据耦合器插座的工作原理及结构特性，并结合售后真实情况，分析耦合器插座的主要失效模式，优化耦合器插座及配套插头的结构，材料等，并经过严密的实验评价，最终提高零部件可靠性。

关键字：耦合器插座；失效模式；分析；结构

Failure Analysis and Research on Socket of Air Conditioning Coupler

Zhang xinting  Su qiting   Zheng guohe

Gree Electric Appliances,Inc. of  Zhuhai   Zhuhai Guangdong 519000

Abstract:Coupler socket is an important part of household cabinet machine, and its quality reliability plays a vital role in the reliability of the whole machine operation. According to the working principle and structural characteristics of coupler socket, combined with the real after-sales situation, analyze the main failure modes of coupler socket, optimize the structure, materials, etc. of coupler socket and supporting plug, and finally improve the reliability of parts through strict experimental evaluation.

Key words:Coupler socket;Failure mode;analysis;structure

1 引言

耦合器插座相对于传统插座具有电流载流量大、安全性高，带自锁结构的优点，插座完全内凹的特点使得人员无法接触到电极，有效防止触电的情况发生，带自锁结构能够防止插头的意外松脱带来的损伤，近几年，耦合器插座在空调上的应用越来越广泛，但其内部结构复杂、生产工艺流程众多，其售后失效分析研究也越发备受关注。

2 工作原理

耦合器插座，是用于连接软缆的电器附件,是给插头插合的面板。电器用电的供给一般都是通过插座的连接来提供的；当电流大于16A时，插头插片会相应增大，家用普通插头将无法直接插接，故需要采用耦合器插座进行连接。本文所述耦合器插座的结构及功能便如以上介绍，耦合器插座额定电流为32A。

工作时需将插头限位柱对准插座第一凹槽处，插头、插销分别对准插座的插销孔直接向下插入到底；再将插头按箭头指示方向（顺时针）旋转，使限位柱旋转至第二凹槽处限位柱自动弹出并锁定，接通操作完成。

图1耦合器插座工作示意图

3 耦合器插座的主要失效模式

耦合器插座主要由面板、上盖、防护门、滑块弹簧、绝缘片、电极插套、限位凹槽等主要部件组成。售后主要失效模式有烧坏、售后拆坏、结构变形、内部零件失效等，本文主要对烧坏进行失效分析。

3.1 耦合器插座配套插头限位柱强度低

失效分析：耦合器插头限位柱起到将插头与插座进行锁定的作用，若用户使用时插头限位柱发生断裂，导致插头使用时无法固定在插座的正常接通位置（第二凹槽处），造成插销与插套之间局部接触，长期使用温度过高，则会造成塑料部位烧坏。

控制手段：1）添加增韧剂：由于增韧剂能够改善聚合物基体的冲击强度[[1]]，因此限位柱原料里增加一定含量的增韧剂，可提高增加耦合器插头限位柱的综合力学性能；

2）更改限位柱结构：材料力学中，对于弹性均质材料，截面弯曲刚度以EI表示，其值为一常数，可由弹性均质材料的挠曲线的微分方程可以推导出:EI=M/(1/r)=M/φ，由 EI=M/φ可知，截面弯曲刚度的物理意义是使截面产生单位转角所需施加的弯矩，它体现了截面抵抗弯曲变形的能力。由于EI为常数，则对于弹性均质材料截面曲率φ与弯矩M成线性正比例关系。同时圆形锁钮承受的推力被转化为对圆形锁钮的弯距（构件某一横截面上的弯矩值等于此截面左侧、右侧诸外力对截面积形心力矩的代数和），同等横截面积，方形限位柱边长大，承受接触面比圆形大，所以方形限位柱的弯矩大于圆形，即方形限位柱所能承受的推力更大，故可将限位柱由圆形改为方形，以此提高强度。

3）在限位柱内部铸不锈钢件：在限位柱内部做逃孔，成型后冲压一根不锈钢针，可有效增加耦合器插头限位柱强度。

图2 耦合器插头限位柱插入不锈钢针模型示意图

图3 耦合器插头新结构截面示意图

3.2 耦合器插座滑块弹簧弹力小

失效分析：耦合器插座在使用时必须将插头旋转至插座的第二凹槽处，若用户在使用时未旋转到位，则会造成插销与插套之间的局部接触，长期使用温度过高，则会造成塑料部位烧坏。

控制手段：除了在安装空调时对使用人员进行培训，产品本身也需要结构优化来杜绝此类问题，例如增大滑块弹簧的弹力，当插头未旋转到位时，通过滑块弹簧的拉力使插头回归初始位置，使插头与插座始终保持接通和断开的两种状态，可有效避免由于插头未旋转到位造成的烧坏问题。

琴钢丝是一种经铅浴淬火后冷拉而成高强度碳钢弹簧材料，具有较高的抗拉强度、弹性极限和耐疲劳特性，按照用途可分为制造各种重要弹簧、各种高应力机械弹簧及阀门弹簧，琴钢丝表面光滑洁净，防锈能力强，多数规格无法用其它材料替代；断面收缩率平均值差别不大的情况下，琴钢丝的抗拉强度与扭转次数均优于不锈钢丝，故弹簧的材质更改为钢琴丝；同时可以增大弹簧的线径及外径尺寸，以提高弹簧弹力。

3.3 耦合器插座压线片发生电化学腐蚀

失效分析：在耦合器插座的安装过程中，某些用户家里连接插座的导线材质是铝线，而插座压线片材质是裸铜，在空气中水分、二氧化碳和其他杂质的作用下，极易在这两种金属的接触面上形成电解液，从而形成易活泼金属为负极，铜为正极的的原电池，使铝产生电化学腐蚀，造成铜、活泼金属连接处的接触电阻变大。当导线连接处接触电阻增大发热，超过75℃且持续较长时，绝缘材料聚氯乙烯将会分解出HCL气体，这种气体对导体也有腐蚀作用，从而加剧接触电阻变大。导线连接处接触电阻增大发热，就会导致插座烧坏。

同时，由于铜与铝热膨胀系数不同，在多次通电断电之后，铜线与铝线连接处会产生较大的间隙，甚至造成连接松动，也会增大接触电阻造成发热。

控制手段：铜铝电气连接的问题在电力行业已经有成熟的研究，一般行业内有以下解决方法：

1）铜导体表面镀锡或镀银；

2）铜铝导体接触面垫入锌片；

3）铜铝导体接触面涂导电膏，也叫电力脂；

4）使用铜铝过渡设备线夹[[2]] 。

对比上述四种方案，2）和4）对空调安装来说，不易防呆和受控，经过试验验证方案1）是最佳方案。

同时，增加防锈试验的管控，也可有效检查出压线片发生腐蚀的异常[[3]]。

3.4 耦合器插座配套插头线芯断裂

失效分析：耦合器插头网尾根部处出现线芯断裂问题，长期使用会造成插头打火。其原因为内部线芯经过多次弯折，且受力点均为线与电源线插头骨架注塑到网尾位置（恰为线芯断裂位置），由于该骨架材质为硬质PP，硬度较高，线芯本体较柔软，当引线受到外力左右晃动时，引线便会在阻挡力晃动的位置（骨架注塑到网尾位置）发生弯折形变，导致引线本体损耗严重，长期弯折极易发生引线断裂问题。

控制手段：1）增加倒圆角结构：在骨架结构上进行适当调整，在骨架及网尾下部位置增加倒圆角，避免线芯受力断裂。

2）增加线芯的防护：可以让生产厂家通过增加辅助措施来改善线芯的抗弯折性能，如在线芯里增加棉纱绳、高弹丝等纤维的方式[[4]]，同样可以避免线芯受力断裂。

4 结束语

耦合器插座存在多种失效模式，其中上述几点失效模式导致的烧坏现象尤为重要。因此，应从优化结构、材料、质量检验多方面把关，提高可靠性。同时其整改方案可推广应用到其他相似结构的元器件上，具有十分重要的推广、借鉴作用。

参考文献

[[1]] 石美浓,葛正浩,李勇,张有忱,杨卫民.不同增韧剂对生物质纤维/废旧塑料复合材料性能的影响[J],2015(44):9-17.

[[2]] 蒋寒薇.居家环境中电源插座设计研究[D].中南林业科技大学，2015-05-01

[[3]] GB 2099.1-2008, 家用和类似用途插头插座 第1部分：通用要求[S].

[[4]] 曹庆权,肖莉,刘振峰,蓝汉瑜,暴井新,温丽红.不可拆线插头弯曲试验常见问题的分析[J]，2012：20-22