墙壁开关插座分体式固定架的刚度提升及结构优化

黄少国1王守德2葛龙2

1浙江正泰建筑电器有限公司 325603

2浙江正泰电器股份有限公司 325603；

摘要：墙壁开关插座分体式固定架是将开关插座的主体固定在墙上，而与之连接的插座固定在墙内的一种组合式安装方式，它不仅可以满足用户对开关插座安装位置和空间的需求，还可以提升产品的美观度。但是分体式固定架在实际应用中也存在一些问题，由于固定架的刚度不足，容易产生共振，严重时还会影响到插座面板与墙体之间的固定，而固定架与插座面板之间的连接也不够牢靠，在使用过程中容易脱落。为了解决这些问题，本文对分体式固定架进行了优化设计并做出了阐述，探讨了分体式固定架在使用中出现的问题，为产品品质进一步提升提供一定参考。

关键词：墙壁开关插座；分体式固定架；结构优化

引言：墙壁开关插座的固定架通常采用分体式结构，以支撑和固定面板为主要形式，它是开关插座安装到墙上的固定装置，直接决定了开关插座的安装质量。由于分体式结构的固定架与墙体连接处刚度不足，会导致开关插座脱落或安装困难等问题。 近年来，随着建筑行业对产品质量的要求日益严苛，分体式固定架结构优化已成为行业内的重要研究方向之一。

一、现有产品存在的问题

现有墙壁开关插座固定架普遍存在开关插座与墙体连接处易脱落或安装困难等问题，这是由于墙壁开关插座的固定架与墙体的连接处，存在固定不牢固、弹性不足的原因。首先从固定方式来看，现有墙壁开关插座固定架的连接方式多采用螺栓连接，操作简单，但螺栓与墙体连接处的刚性较差，在使用过程中易出现松动或断裂的问题，并不能满足市场上消费者的长期使用需求。其次从结构形式来看，墙壁开关插座固定架结构简单、刚性不足，无法对墙体施加有效的外力作用，即使在受力状态下也很难保持其原有的稳定性，就意味着这一安装方式存在极大的问题丞待解决。。最后在产品质量验收过程中，不能有效检查出固定架结构上存在的问题。综上所述采用分体式结构，其固定方式和结构形式决定了其无法直接针对墙体施加外力作用，因此不能有效保证墙壁开关插座的安装质量。[1]

二、刚度提升的必要性

目前，墙壁开关插座行业内普遍使用的分体式固定架，其固定面板和支撑底座通常采用焊接方式，使其能够实现较高的刚性连接，但由于固定面板和支撑底座在结构设计上存在一定的不足，导致其与墙体的连接处存在一定的刚性不足，从而导致后续开关插座难安装且消费者使用体验效果不佳。传统的固定架采用焊接方式将面板固定在墙体上时，其固定板和墙体之间存在刚性连接，两者之间会产生相对运动，使两者之间的距离减小，从而导致开关插座无法完成安装。通常情况下，由于墙面受力不均匀或存在裂缝等情况，面板与墙体连接处存在较大的间隙或缝隙过大等问题。通过对分体式固定架结构进行分析和研究发现，传统固定架在与墙体连接时通常采用螺栓连接方式，在螺栓连接时将墙体的结构压缩成一个平面。在墙面发生位移时，其受力不均匀和缝隙过大等问题会导致墙体变形或裂缝，从而影响开关插座安装质量。为了提高墙壁开关插座的安装质量和稳定性，降低开关插座脱落或安装困难等问题发生的概率，有必要对分体式固定架结构进行优化。[2]

三、墙壁开关插座分体式固定架的刚度提升及结构优化

（一）整体结构

根据文献资料，分体式固定架的整体结构包括支撑面板、连接件和固定面板。支撑面板与固定面板通过连接件进行连接，固定面板通过支撑面板的侧面与墙壁上的固定孔相连接，支撑面板的底部设有两个活动孔，分别为安装孔和限位孔，可防止固定面板在安装过程中因自重或外力发生脱落。连接件由四个凸台组成，与支撑面板之间通过两个凸台进行固定，其中横轴为固定面板的长度方向，竖轴为支撑面板的长度方向。在实际安装过程中，为了保证开关插座与墙壁之间的可靠连接，需要保证在安装过程中固定板与墙壁之间的距离不小于2.5 cm。因此为了实现该目标，需要对分体式固定架结构进行优化。根据文献资料以及实际测试结果可知，分体式固定架刚度不足会导致开关插座安装困难或脱落等问题，为了解决上述问题，本文通过结构优化设计使分体式固定架能够满足相关性能指标要求。

（二）刚性提升

产品结构优化后，固定架的刚度得到了提升，但开关插座安装时会受到墙砖等的挤压，为了防止固定架在受力时发生变形，固定架与墙体连接处需有一定的刚度。本研究提出了一种增加固定架与墙体连接处刚度的方法，以确保在受力时不发生变形，将固定架结构划分为若干个受力单元，每个单元由不同的部件组成。固定架与墙体连接处有4个受力单元，分别由4个角和4个边组成，每个单元内由3个梁连接，每个梁的截面面积相同。为增加固定架与墙体连接处刚度，每个单元内的梁数量不能少于2个，且每个单元的尺寸不能过大，梁的长度不能大于120 mm。

（三）结构优化

优化前的固定架结构为双曲面弧形结构，在进行有限元分析时，只能将固定架简化为平面。固定架和墙体之间的连接处刚度不足，且存在应力集中现象，其刚度系数为0.85。根据材料力学中的强度理论，当连接处的应力达到材料的屈服极限时，就会出现断裂。因此，优化后的固定架结构需要考虑一定的应力余量，最大应力值为29.2 MPa，远小于材料的屈服极限。固定架结构优化后最大应力值比原来降低了40%多，可见固定架结构优化后的刚度和强度均得到了有效提升。

（四）工艺提升

在传统固定架工艺基础上，通过对固定架结构的优化，提升其刚度、强度、稳定性和结构美观性。具体工艺优化方案包括了支撑板和面板采用折弯工艺，折弯角度为90°，面板采用拉伸工艺，面板长度比支撑板长度长5 mm，增加加强筋和加强筋间距，在连接孔部位增加止挡，提高固定架与墙体连接强度，改进后的固定架采用装配式结构，不需要拆卸，可以直接组装到墙体上，且装配时无需再进行焊接。在实际应用中，固定架的刚度不足问题得到有效解决，安装效率得到提高，产品质量稳定可靠，为客户带来了良好的口碑。在满足客户需求的前提下，该项目生产效率较传统工艺提高50%以上，成本降低15%以上，经验收后，固定架与墙体连接处无任何松动及脱落现象。通过对分体式固定架进行结构优化，优化后的分体式固定架刚度明显提高，其优化结果为底座结构由原来的圆柱面改为圆弧面，在保持底座直径不变的情况下，调整底座高度，增加两个支撑腿支撑底座，横梁结构由原来的圆弧面改为直线面，调整横梁宽度，上下侧结构由原来的圆弧面改为直线面，对插座进行了改进，通过改变插座与底座之间的间隙来提高其刚度。[3]

总结：传统的墙壁开关插座主要是通过螺丝固定或者卡口固定在墙壁上，但是这样会导致开关插座与墙壁之间有空隙，容易被灰尘或者污垢堵塞，而且开关插座的面板通常是与墙体齐平或者略微低一些，这样就会影响用户使用体验。在当前的工程中，墙壁开关插座作为家庭装饰和电路连接的必备产品，在电气工程中发挥着重要的作用。随着人们生活水平的提高，人们对墙壁开关插座的要求也越来越高，在外观上要美观大方、设计合理、操作方便、安全可靠等；在结构上要坚固耐用、安装稳固、拆装方便；在功能上要符合一定的使用要求。因此，在当今社会中，对于墙壁开关插座分体式固定架的刚度提升以及结构优化尤为重要，应加大对这一方面的深入研究。

参考文献：

[1]张宇,夏添,刘井龙等. 墙壁开关插座分体式固定架的刚度提升及结构优化 [J]. 日用电器, 2022, (05): 43-45. 

[2]王莎,郭德斌,查海林等. 墙壁开关按钮脱扣力影响因素分析 [J]. 日用电器, 2021, (12): 51-54. 

[3]唐雪龙,陈旭波,姚思捷等. 安装孔带斜坡的墙壁开关(插座)固定架FEA刚度分析方法 [J]. 日用电器, 2021, (03): 83-87.

个人简介：姓名：黄少国；出生年月：1988年10月11日 ；性别：男；籍贯：浙江；民族：汉族；学历：本科；现有职称：中级工程师；研究方向：机电制造