影響風扇壽命關鍵!風扇軸承系統詳解

影響風扇壽命關鍵！風扇軸承系統詳解

2013年02月21日 00:32作者：王振環編輯：王振環

    泡泡網散熱器頻道2月21日 在前幾期的菜鳥學堂中筆者為大家講解了有關散熱器的相關知識，在文章中提到了些散熱器風扇（軸承）的相關知識。但是由於篇幅的原因，未能為大家做詳細的介紹，今天筆者就為大家詳細講解下風扇軸承的相關知識。

    對DIY有濃厚興趣的朋友，除了要對硬體有個大致的了解，對於硬體周邊設備也要熟知一二——在文章開始之前讓我們先對散熱風扇的各個參數有個大致的認識。下面筆者就為大家介紹下風扇的常規參數。

　　風扇尺寸：主要標示了風扇的大小，一般以mm為單位。風扇的尺寸有兩種度量規格：一種是使用體積，如80*80*20mm，這種表示方法為長*寬*高。另一種是根據風扇尺寸的直徑，一般來說與風扇的體積參數中的長和寬相等，我們通常所說的8CM風扇、12CM風扇就是這種命名。

　　額定電壓：是風扇在穩定運行下的電壓指數，市場上常見的直流風扇電壓普遍為12V。

    風扇轉速：單位為rpm(轉每分)，這是風扇一個比較重要的參數，大轉速表明可以帶來大風量。

　　風量：衡量一個風扇能力的一個最直觀的重要指標，單位為CFM標示的是立方英尺每分。

　　噪音值：是大家關心的又一個重要指數，雖然與散熱無關，可也左右著用戶的選購，單位是dBA(分貝)。

　　接頭：是一個風扇上比較重要的細節部件（兩針、三針、四針）容易被大家所忽略。

    2pin：直流電的正負極，一般紅線為正，黑線為負，只可以通過調速面板來控制風扇速度；3pin：增加的一條線為轉速的控制線，一般為黃色，有了這根線的風扇可以讓BIOS晶片讀出風扇轉速，並且通過軟體進行調速；4pin：在3pin的基礎上增加了測溫探頭，能夠讀出當前散熱器的溫度，一般有這根線的風扇都有智能溫控功能。

   軸承是風扇的靈魂部件，在下文中將有詳細介紹。

　　油封軸承(Sleeve Bearing)

　　油封軸承也叫自潤軸承或含油軸承，採用的是傳統的軸承技術，利用潤滑油填充軸芯與軸套間的空隙，軸承中的轉杆在潤滑劑的作用下，在軸床中轉動時，由於毛細作用，與周圍只會有點接觸，同時軸套表面分布的很多微孔內保存的潤滑油，使得摩擦力減到了最小，保證了工作時的穩定性。該軸承優點是初期噪音很小、磨損低，但缺點是後期容易吸附灰塵，且由於油封的原因，潤滑油隨軸承摩擦發熱而揮發，導致摩擦與震動增大，噪音劇增，壽命會大大縮短(平均使用壽命5,000-15,000小時)。

油封軸承示意圖

　　這類軸承可以說是目前市場上比較老的軸承技術了，不過由於製造成本低廉，在技術上容易實現，不少產品包括知名品牌都還在使用中，此外業類有一定說法:由於國內部分生產的Sleeve風扇因用料原因還很難做到1,5000小時，一般也只有8,000小時左右。

某油封軸承風扇拆解

　　雙滾珠軸承(Two Ball Bearing)

　　屬於比較高等的軸承，借「滾動摩擦小於滑動摩擦」這一原理產生的滾珠軸承技術可以實現較小的摩擦和遠高於油封軸承的使用壽命。這種風扇採用了兩個球軸承，軸承中有數顆微小鋼珠盤繞軸心，當扇頁或軸心轉一下時，鋼珠即跟著轉一下，因為都是球體，所以摩擦力較小。

雙滾珠軸承示意圖

　　其和含油軸承比較起來，滾珠軸承改變了軸承的摩擦方式，這一方式更為有效的降低了軸承面之間的摩擦現象，雙滾珠軸承封閉性較好，沒有與外界直接接觸，有效提升了風扇軸承的使用壽命(大約在40,000~55,000小時)。所帶來的缺點就是工藝更為複雜，導致成本提升,同時也帶來更高的工作噪音，當然，通過採用優質的材料和先進的製造工藝，雙滾珠風扇也完全可以在實現高性能的同時將噪音控制的很好，但這需要製造商擁有足夠的技術實力。雙滾珠軸承現在被業界廣泛看好，成為高品質風扇的首選，運轉穩定性無出其右，但價格也較高。

某雙滾珠軸承風扇拆解

　　單滾珠軸承(One Ball +One Sleeve)

　　這種風扇是對於傳統油封軸承的改進，採用了滑動摩擦和滾動摩擦兼配合，即吸收了油封軸承和雙滾珠軸承的優點，採用一道滾珠作為主支撐，而用另一道油封軸承分擔小部分受力，這樣不僅降低了成本，還減輕了震動，相比單純的含油軸承，其壽命理論提升到了40,000小時，缺點是運行噪聲還是較大，但仍小於雙滾珠軸承。

　　單滾珠軸承示意圖

　　液壓軸承(Hydraulic Bearing)

　　液壓軸承其實是在油封軸承的基礎上加以改進的一種風扇，由AVC首創。液壓軸承有更大的儲油空間，並有自己獨特的環回式供油迴路，在工作的噪音和使用壽命上都有突破，壽命宣稱可達到40,000小時，並且繼承了含油軸承的優點——運行噪音小。其設計上有以下特性：

　　1.增加磁懸浮擋板，令軸芯在旋轉過程中與軸套接觸的機會更少;

　　2.軸承底部固定端密封，形成較大儲油空間，可保存較多潤滑油;

　　3.採用低熱損耗的潤滑油脂，軸承在高溫狀態下仍可保證油脂的潤滑特性;

　　4.液壓自動循環油路系統，通過特殊油路連接軸承與儲油槽，令潤滑油形成循環迴路;

　　5.軸芯採用金屬粉末冶金技術，表面具有大量毛細孔，可吸附潤滑油，保證軸承的高潤滑度。

液壓軸承示意圖

　　因以上技術工藝，液壓軸承即使在高溫下，也可以達到雙滾珠軸承的低摩擦和高壽命要求，並保持了低的噪音!

　　　　磁懸浮軸承(Magnetic Bearing)

　　磁懸浮風扇這種技術類似於磁懸浮列車那樣，磁懸浮風扇的馬達有磁懸浮(Magnetic System，MS)設計，就是利用這樣的原理，將轉子與定子之間保持不接觸，其磁感應線與磁浮線成垂直，故軸芯與磁浮線是平行的，所以轉子的重量就固定在運轉的軌道上，利用幾乎是無負載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉子懸在空中，在固定運轉軌道上。但磁懸浮究竟上只是一種輔助功效，並非是獨立的軸承情勢，具體應用還得配合其他的軸承情勢，例如磁懸浮+球軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+汽化軸承等等，Sunon的風扇就採用了這種技術。

　　磁懸浮軸承示意圖

　　某磁懸浮軸承風扇拆解

　　汽化軸承(VAPO Bearing)

　　這種散熱風扇是由Sunon將磁懸浮技術改進而來的，就是把油封軸承的軸套硬度加強，並且採用特殊的材料，其內層也是經過特殊加工的，就克服了含油軸承不耐高溫的缺點，所以在硬度方面比SLEEVE軸承的要好，而且可以經受起更高的溫度和運轉時的摩擦，一般都可以運行在70℃以上。再和磁懸浮技能配合，就大大延長了使用壽命，這種也和AVC的液壓軸承很類似。

　　流體保護系統軸承(HYPRO Bearing)

　　其名稱來源於HY(Hydrodynamic wave) PRO(Oil protection system)特點有：

　　● 軸承系以比青銅(Bronze)更硬的新合金複合材料 (Alloy) 製成，磨損率低，壽命增長;

　　● 採用獨特之軸承結構能儲存並且維持較多油量，形成一個循環油路的保護潤滑系統，噪音自然降低;

　　● 結構上減少軸承與軸套之間的磨擦表面積，當Hypro軸承風扇運轉時，軸承溫度比其它軸承降低許多;

　　ADDA的風扇使用了這種技術，流體保護系統軸承與液壓軸承可謂殊途同歸，兩種設計各自採用一些獨到的改進措施，但精髓同為循環油路系統，各方面的體現也基本相當,通常產品宣稱壽命可達50,000小時以上。

　　某HYPRO軸承風扇拆解

　　來福軸承(Rifle Bearing)

　　作為傳統含油軸承的改進，來福軸承採用耐磨材料製成高含油中空軸承，減小了軸承與軸芯之間摩擦力，來福軸承還帶有逆向螺旋槽及擋油槽的軸芯，在風扇運轉時含油將形成逆向回遊，從而避免含油流失，因此提升了軸承壽命。來福軸承電扇通過採用以上結構及零件，使得含油及保油能力大幅提升，並降低了噪音，代表廠商是CoolerMaster。

納米陶瓷軸

　　納米陶瓷軸承(NANO Ceramic Bearing，NCB)

　　納米陶瓷軸承是由富士康在其產品中首先引入的，傳統含油軸承風扇在使用中磨損比較嚴重，納米軸承有效克服了這個問題，陶瓷軸承技能採用了特殊的高分子材料與特殊添加劑充實融合，軸承四周採用特殊的二氧化皓材料，使用衝模及燒結工藝製成，晶體顆粒由過去的60um下降到了0.3um，具備堅固、平滑、耐磨等特性。納米陶瓷軸承具備很強的耐高溫能力，這大大延長了其使用壽命，納米軸承的性質與陶瓷近似，越磨越平滑。據測試，採用納米陶瓷軸承的風扇平均使用壽命使用壽命較普通軸承提高到120,000～150,000小時以上。■<