风扇轴承与扇叶设计.doc

风扇轴承与扇叶设计 上篇我们讲到了一些散热专业的知识，现在我们更进一步的了解一下风扇轴承与扇叶设。 1.风扇的作用是什么? 风扇在实际使用中一般分为散热器风扇和机箱风扇两种。散热器风扇的任务是直接在鳍片/水冷排等表面造成强制对流，快速把散热片里面的热空气排出,替换成冷空气.实现鳍片与空气之间的有效换热，这种换热方式的效率要远远好于自然对流、辐射散热。而机箱风扇的任务是作为散热系统的一部分构建机箱内的气流，为所需的位置提供冷空气或排出废热，并辅助硬盘等发热部件的散热。 2.大家常说的12025风扇是什么呢? 它是风扇的尺寸简称,风扇的尺寸大多用数字简称,比如12025 9225 12038. 以12025为例 120代表了风扇的外框边长,25代表了厚度,他们的单位都是mm. 3.一般来说风扇的性能如何衡量呢? 衡量一款风扇的性能最重要的两项指标就是这款风扇的风压和风量。 风量：即单位时间内通过风扇出风口（或进风口）截面的空气体积，单位一般为cfm，即立方英尺每分-cubic feet per minute，或cmm，即立方米每分- cubic metres per minute。风冷散热器是利用热交换带走散热片上堆积热量的。显然，采用同样的散热片结构与空气流动方式，单位时间内通过的空气越多，带走的热量也就越多。因此，其它条件不变的情况下，可以说实际风量对风冷散热效果起着决定性的作用。 风压：风压即风扇能够令出风口与入风口间产生的压强差，单位一般为mm（cm） water column，即毫米（厘米）水柱（类似于衡量大气压的毫米汞柱，但由于压强差较小，一般以水柱为单位）。风压是衡量风扇“强劲”程度的重要指标，风压直接影响到风扇的送风距离。对于那些比较厚重的散热器或者机箱风道风扇来说，一款风压大的风扇是必不可少的。 附上各个不同单位的参数换算表格4. 风扇的噪音来源是什么呢? 如何消除呢? 风冷散热器的工作噪音只有风扇,而风扇产生噪音的原因有很多,主要以下面几条为主. 1.轴承声:风扇在转动下,轴承会产生摩擦，从而产生噪音.一般采用中间填充润滑油的方式来避免轴承与轴的直接接触,这样的声音通常在低转速下较为明显,其中滚珠轴承的轴承声会较为突出,而油轴的轴承声控制的比较好(润滑油充足且无灰尘进入轴承),改良油封一般都会在保证油封噪音低的同时对润滑效果和密封性做出改进, 2.风扇的震动:这个主要原因是由于扇叶质量分布不均，重心与旋转轴心存在偏心 转子就会不平衡 当转子转动时由于离心力作用在周围产生作用力与支架形成振动会造成风扇的噪音上升,一般来说风扇转速越高,对动平衡的要求越高 低速很难显示出来,这个如果严重了,会引起整个风扇的震动,如果机箱板材很薄,或者螺丝没有拧紧,会导致机箱共振,噪音随之加大.扇子震动较大可以通过添加柔软的隔绝器材,不过最好的办法还是挑选一个动平衡良好的风扇. 3.风声:风扇扇叶由于周期性地承受出口不均匀气流的脉动力作用，产生噪音。风扇扇叶本身及叶片上压力的不均匀分布在转动时也会产生噪音。此外由于气流经过扇叶产生湍流附层面、漩涡及漩涡脱离，引起叶片上压力分布的脉动也会产生噪音。这就是所谓的切风噪音 另外风压较大的风扇，切风噪音就会较大。 切风噪音会随着转速的上升而快速上升 而且无法避免.如果想追求安静,个人建议还是把风扇转速调低一点.如果嫌风量小可以换大扇子 一个大尺寸低转速的风扇比一个小尺寸高转速的风扇在输送同样的风量时更加安静, 另外空气流动阻力会引起噪音产生。还有就是造成空气的紊流也会有高频噪音出现.这些都要人为优化风道, .风扇是由哪些部分组成的?一般来说,风扇是由转子,定子和控制电路组成的通俗点说,转子包括扇叶,内部的永磁铁,和中心的轴定子是由轴承,硅钢片,线圈(缠在硅钢片上)组成的控制电路,就是上面的那个PCB板了风扇的轴承分哪些呢?各有什么优点? 一个风扇的好坏，绝大成分取决于采用的轴承类型与扇叶设计，轴承类型按工作原理一般分为含油轴承（Sleeve Bearing)，滚珠轴承（Ball Bearing）以及两种轴承形式混合。近年来各大散热器厂商在轴承方面推出新的技术，比如磁悬浮轴承，液压轴承，纳米陶瓷轴承，流体动态轴承等，虽然各家厂商的轴承名字各有差异，但都是在上面三种轴承形式上加以改进的，基本的工作原理并没有什么变化。一般而言，含油轴承由于油封原因，虽然在使用初期噪音低，但随着润滑油的挥发以及灰尘进入轴承，引起风扇转速变慢噪音增大等问题，使用寿命相对其他轴承类型要短，对于含油轴承，关键在于如何保护轴承的密封性才不会发生上面所说的问题，SONY的S-FDB（流体动态轴承）就很好的解决这一问题了，将含油轴承几层密封起来，使含油轴承既发挥它的静音效果又延长使用寿命。采用S-FDB的S-FLEX风扇滚珠轴承，分单滚珠轴承与双滚珠轴承，单滚珠轴承是对传统含油轴承改进，采用滑动摩擦和滚动摩擦混合的形式，它的转子与定子之间用滚珠进行润滑，并配以润滑油，但由于加入滚珠之后，噪音有所增大，但是却拥有含油轴承的静音特点与双滚珠的长寿特点，轴承的使用寿命提升到40000小时。双滚珠轴承采用了两个滚珠轴承，轴承中有数颗微小钢珠围绕轴心，当扇页或轴心转动时，钢珠即跟着转动。因为都是球体，所以摩擦力较小，且不存在漏油的问题，双滚珠轴承的优点是使用寿命超长，大约在50000-100000小时，缺点则是噪音要比上面两种轴承都要大。ZALMAN CNPS9700NT散热器上风扇采用的是双滚珠轴承。7.风叶片参数对散热性能有什么影响？这里介绍几个比较重要的扇叶参数对风扇性能的影响：1、叶片曲率：在一定范围内，叶片曲率越大，相同转速下，气体动能也就越大，即风量与风压越大；同时，叶片所受的阻力也越大，要求电机的扭力更大。叶片数目：热器上的风扇，首先我们来说下风扇扇叶为什么是奇数而不是偶数，风扇扇叶数量我们就没见过偶数的，因为如果使用偶数叶片，风扇就是一个对称性结构，在高速旋转式叶片就很容易发生谐振，严重时甚至会导致叶片断裂，为了避免这种情况，厂商在设计扇叶时候都全部使用奇数的扇叶数量。叶片间距：叶片间的距离过小，会导致气流扰动，增加叶片表面的摩擦，降低风扇效率；叶片间的距离过大，则会导致压力损失增大，风压不足。 叶片倾角：倾角越大，叶片上下表面间压力差越大，相同转速下风压越大；但上表面压力过大，可能产生回流现象，反而降低风扇性能。因此，叶片倾角也应在一定限度内提升。 叶片曲率：在一定范围内，叶片曲率越大，相同转速下，气体动能也就越大，即风量与风压越大；同时，叶片所受的阻力也越大，要求电机的扭力更大。 从叶片光滑度来讲，左图酷冷至尊的UV扇是光滑扇叶的代表，右侧的NF-S12B表面有些许颗粒感。8.影响风量的因素是什么? 转速与风量： 转速愈快单位时间吹出的风量多，故风量与转速成正比。 尺寸与风量： 风扇的尺寸越大风量越大，但是尺寸越大噪音越大。 静压与风量： 由波义耳定律知，PlV1=P2V2，所以风量与静压成反比。 叶片数与风量： 当转速已达极限，若要增加风量，唯有改变扇叶角度或增加叶片扇叶与风量成正比关系。 温度与风量： 由查理定律知，当压力固定的情况下，V1/T1=V2/T2，所以温度愈高空气体积愈大、密度愈低、重量愈经，故风扇风阻小，在相同消耗功率情况下，风量增加。 湿度与风量： 空气湿度愈大水份愈多，因水的比重比空气大故湿度愈高空气愈重，风量自然较少。9.我们需要怎样选择适合的风扇配合我们的散热系统呢? 计算机系统和工业用处不一样,所以不需要一些复杂的因素,一般再保证噪音合适的情况下最大的发挥效能就是最佳的 一般来说对于散热器,通常都需要选择偏重风压的风扇.因为散热片会有一定的阻力.很多散热器为了保证散热效果会设计大量密集的散热片,所以需要大风压的风扇用来吹透它,以保证散热中有足够的风量来带走热量.或者采用双风扇的方式,一面吹风一面抽风,这样相当于风扇串联,能提升一定的效率.另外由于风压和风量不可兼得,如果散热片间距较大,可以选择风量和风压较为平衡的风扇,以保证风量 对于机箱风扇 进风的风扇通常都会有硬盘位什么的,有些人还会选择增加防尘网防止灰尘,其抗阻也不低,建议选择风压和风量比较均衡的 而出风的风扇 尽量找个风量大的吧. 还有就是关于风扇进风口效率 这个要注意一下(特别是有前门的机箱) 进风口有物体阻挡会影响风扇效率,导致风量降低,如果有条件 最好保持5mm以上的空隙让风扇进风. 另外还有就是风扇电机.有些风扇电机很大的风扇不适合用来吹散热片,因为电机处是没有风的,会浪费一定的散热面积,相对来说稍大一点的影响不大,那种占据大多数的就要考虑一下了。 10.并联风扇和串联风扇对风量和风压的影响如何? 并联风扇： 11.为什么我买的分贝数超小的超静音风扇还是很吵? 对于目前风扇市场普遍的虚标问题.作为一个玩家应该要知情.目前噪音方面基本都是往低了标.风量风压基本都往高了标.尤其以噪音最为严重.很多超静音风扇甚至号称风扇噪音是个位数.12.如何保养我们的风扇? 国内空气环境不是很好,个人建议应该尽量不要让它们长时间工作在灰尘大的地方,对于普通风扇来说 特别是没有经过良好密封的轴承 如果轴承进入灰尘,会导致润滑效果变差,产生杂音,产 生振动等一系列问题,个人建议风扇积攒灰尘多了就清理一下,免得灰尘进入轴承, 灰尘大了不仅会影响风扇 还会影响散热器的效果 而且有些风扇很有可能被灰尘卡住导致停转!这样会使你的电脑长时间处于高温中.油封的风扇长时间运作以后会有润滑油蒸发的现象,如果感觉轴承有较大的摩擦声,可以考虑拆开加润滑油来润滑轴承和轴,减少摩擦,对于不能拆开的密封油封,要么你凑合用,要么去买新的. 另外不要在电压上面给风扇太大的波动,虽然这个情况很罕见,但是输出电压不稳定肯定会对电机造成损害. 13.风扇的风声好大.怎么减速? 对于某些电流较高的风扇,接12V会有较大的噪音,通过减速可以减少因高速产生的噪音, 大部分风扇都可以通过电压调速,可以通过降低电压的方法来减速,具体方法有很多,对于单个风扇,可以采用接减速线,直接从电脑的大4D接口取5V电压等等来减速, 对于多个风扇,可以考虑购买调速器,市面上有很多风扇调速器,可以根据喜好购买,调速器可以自己控制转速,相对来说比减速线等方法灵活,可以自己根据电脑温度调整转速,有些调速器还能自动根据自带的温度探头调整风扇转速 不过要注意,风扇本身有一个启动电压,也就是风扇在