智能門鎖回力模塊可靠性技術(shù)研究

婁彥亮 楊玉麗 李德念

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

智能門鎖具有便捷性、智能化等特點(diǎn)，也受到越來越多的用戶的選擇；但是在使用過程中的“小黑盒事件”“感應(yīng)卡復(fù)制事件”等安全隱患問題也逐漸暴露，所以在門鎖設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)提前識(shí)別失效模式并對(duì)各項(xiàng)失效模式進(jìn)行預(yù)防控制至關(guān)重要。

1 門鎖回力模塊概述

智能門鎖是以數(shù)字化認(rèn)證開鎖方式替代原有的機(jī)械鑰匙認(rèn)證開鎖方式，同時(shí)此類產(chǎn)品大多從設(shè)計(jì)上采用機(jī)械鑰匙開鎖在內(nèi)，并結(jié)合密碼、指紋和門卡等多種數(shù)字化認(rèn)證開鎖方式的復(fù)合開鎖方式，以進(jìn)一步提升產(chǎn)品體驗(yàn)[3]。智能門鎖由前面板、鎖體、后面板；前面板包括含有主芯片的主控電路板、密碼鍵盤、指紋識(shí)別模塊、電機(jī)和顯示屏、回力模塊等器件，鎖體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)機(jī)械鎖基本相同，后面板大多由通訊模塊如WIFI 等、反鎖控制鍵、回力模塊、電池槽以及后把手構(gòu)成。

隨著智能門鎖的快速發(fā)展，“小黑盒事件”、“感應(yīng)卡復(fù)制事件”等安全隱患問題也逐漸暴露，造成用戶財(cái)產(chǎn)和生命威脅。造成智能門鎖的安全隱患主要包括兩大方面，一是產(chǎn)品機(jī)械故障，如鎖芯質(zhì)量、把手回力模塊質(zhì)量等，可通過貓眼開鎖、撬壓開鎖和機(jī)械性技術(shù)開鎖等；二是信息安全漏洞，如密碼錄入、指紋或指靜脈生物識(shí)別、藍(lán)牙解鎖、電磁干擾等產(chǎn)品電子部分漏洞開鎖。所以，如圖1我們需要對(duì)智能門鎖進(jìn)行全面的失效模式分析，才能對(duì)失效點(diǎn)逐一進(jìn)行預(yù)防，提升門鎖質(zhì)量。

圖1 門鎖結(jié)構(gòu)示意圖

回力模塊是控制門鎖開鎖、關(guān)門的重要器件之一，如圖2?；亓δK包括離合套、離合套壓片、撥片彈簧、前蓋板、壓片螺絲、蓋板螺絲、執(zhí)手頭、前底座等。離合套設(shè)有固定柱和撥動(dòng)片，離合套壓片通過螺絲固定于離合套。執(zhí)手頭前端設(shè)有聯(lián)動(dòng)部、軸承部和用于插入把手的把手部。當(dāng)給執(zhí)手頭施加旋轉(zhuǎn)力時(shí)，離合套設(shè)有固定柱和撥動(dòng)片會(huì)帶動(dòng)套于換向撥片的撥片彈簧壓縮，同步帶動(dòng)離合套旋轉(zhuǎn)；松開執(zhí)手頭施加旋轉(zhuǎn)力，壓縮彈簧會(huì)帶動(dòng)離合套自動(dòng)旋轉(zhuǎn)會(huì)原始位置。本文研究的是外面板把手回力模塊失效問題。

圖2 回力模塊示意圖

2 回力模塊失效驗(yàn)證及原因分析

2.1 失效原因分析

團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行智能門鎖性能和可靠性試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)門鎖鎖門功能失效且把手沒有回彈力，進(jìn)一步拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)為回力模塊失效導(dǎo)致。如圖3經(jīng)對(duì)故障件回力模塊進(jìn)行拆解核實(shí)，發(fā)現(xiàn)為回力模塊內(nèi)部回力彈簧彈出，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，彈簧無法頂住回力模塊內(nèi)限位塊帶動(dòng)門鎖開關(guān)鎖動(dòng)作，而出現(xiàn)開關(guān)鎖失效情況。

圖3 回力模塊失效故障圖

對(duì)此，進(jìn)一步分析回力彈簧彈出原因，失效模式包括門鎖安裝原因、把手用力不當(dāng)導(dǎo)致彈簧彈出等外部原因，和把手回力模塊彈簧性能異常、彈簧尺寸不滿足要求、回力模塊限位塊異常、螺釘凸臺(tái)異常等產(chǎn)品本身質(zhì)量原因。通過模擬轉(zhuǎn)動(dòng)把手開關(guān)門使用，發(fā)現(xiàn)在多次轉(zhuǎn)動(dòng)后會(huì)存在一定比例回力模塊失效情況，且故障現(xiàn)象和故障件一致，確定為產(chǎn)品本身質(zhì)量問題。把手回力模塊在零部件引入時(shí)，測(cè)試10萬次壽命實(shí)驗(yàn)沒異常。對(duì)此，把故障件和前期實(shí)驗(yàn)無異常樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，具體見表1。

表1 回力彈簧結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)比數(shù)據(jù)

通過如表1可看出，回力模塊彈簧腳長(zhǎng)度偏短，彈簧與內(nèi)殼凸臺(tái)限位配合有效接觸面較短。且在把手回力模塊轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì)壓縮回力彈簧造成彈簧塑性變形產(chǎn)生，當(dāng)回力模塊內(nèi)部彈簧彈出時(shí)彈性勢(shì)能消失，由于配合間隙過小造成把手回彈力失效，在把手轉(zhuǎn)動(dòng)頂住限位時(shí)從內(nèi)測(cè)滑出，導(dǎo)致彈簧失效。

2.2 故障再現(xiàn)及整改方案驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)抽取部分庫(kù)存把手回力模塊進(jìn)行可靠性復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分模塊在轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)彈簧會(huì)越過內(nèi)殼限位塊，彈簧彈出失效，可復(fù)現(xiàn)故障。通過失效模式分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，總結(jié)回力模塊失效原因?yàn)闉榛亓δK內(nèi)彈簧與內(nèi)殼凸臺(tái)限位配合有效接觸面較短，導(dǎo)致在門鎖開關(guān)時(shí)彈簧脫出而出現(xiàn)門鎖失效情況。對(duì)此，為解決該問題初步方案為加大彈簧與限位塊配合尺寸，并通過壽命實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后落地零件標(biāo)準(zhǔn)。

3 預(yù)防整改措施及技術(shù)研究

結(jié)合對(duì)故障件的失效分析及原因鎖定，通過頭腦風(fēng)暴及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，識(shí)別關(guān)鍵控制點(diǎn)受控設(shè)計(jì)圖文，研究壽命檢測(cè)工裝等方案進(jìn)行研究整改和預(yù)防。

3.1 加長(zhǎng)彈簧腳長(zhǎng)度，加大彈簧與限位塊配合尺寸

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析，增加尺寸控制為彈簧與限位塊距離＜0.3 mm（圖4），高度距離＞2 mm，并對(duì)樣件進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能滿足要求。

圖4 回力模塊內(nèi)部解剖圖

3.2 更改回力模塊結(jié)構(gòu)，在模塊兩側(cè)開槽，加長(zhǎng)彈簧，槽孔對(duì)彈簧起到限位作用

對(duì)模塊外殼底部進(jìn)行開孔對(duì)扭簧引出端進(jìn)行限位，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的利用限位塊對(duì)扭簧進(jìn)行限位，防止扭簧在瞬間彈性勢(shì)能的作用下，躍過限位塊導(dǎo)致扭簧彈出模塊失效，有效降低模塊因扭簧彈出而失效的隱患，提高智能門鎖的可靠性。對(duì)樣件進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能滿足要求。具體如圖5。

圖5 改善后的回力模塊結(jié)構(gòu)圖

圖6 把手回力模塊結(jié)構(gòu)機(jī)械壽命測(cè)試裝置原理圖

3.3 回力模塊壽命測(cè)試裝置

通過分析，回力模塊的可靠性影響其壽命，而壽命測(cè)試周期較長(zhǎng)，如果靠人工測(cè)試會(huì)導(dǎo)致成本和效率的浪費(fèi)。對(duì)此需研究一種回力模塊自動(dòng)化測(cè)試裝備。此工裝通過時(shí)間繼電器控制電磁閥的通斷時(shí)間，通過電磁閥的通斷控制氣缸來回動(dòng)作，帶動(dòng)回力模塊轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回力模塊機(jī)械壽命測(cè)試，并裝有計(jì)數(shù)器。代替人工手動(dòng)測(cè)試操作，起到減人增效功能。

技術(shù)要求：將把手回力模塊前傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)至極限位置，反復(fù)10 w次，試驗(yàn)結(jié)束后，把手回力模塊應(yīng)能恢復(fù)正常，各部位無變形、磨損等現(xiàn)象，各緊固件無松動(dòng)、脫落等現(xiàn)象，并監(jiān)測(cè)彈簧扭矩變化值和緊固螺絲退出力矩變化值。

試驗(yàn)方法：采用自制工裝將把手回力模塊前傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)至極限位置，反復(fù)10 w次，試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)試其彈簧扭矩值。

4 小結(jié)

隨著智能門鎖在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用日益廣泛，居家裝修選擇智能門鎖的用戶越來越多，智能門鎖可靠性和安全性至關(guān)重要。而回力模塊是控制門鎖開鎖、關(guān)門的重要器件之一。本文結(jié)合對(duì)外把手回力模塊功能失效的故障件進(jìn)行失效分析和故障復(fù)現(xiàn)進(jìn)一步確定其失效模式；并通過頭腦風(fēng)暴及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出加長(zhǎng)彈簧與限位塊有效配合距離并識(shí)別關(guān)鍵控制點(diǎn)受控設(shè)計(jì)圖文，且研究一種回力模塊新型結(jié)構(gòu)及開發(fā)壽命檢測(cè)工裝用于測(cè)試和預(yù)防。