散熱風扇可靠性關鍵影響部件——風扇軸承

2021-02-13 軸承百科

對於散熱來說,雖然說水冷、液冷是一個非常行之有效的散熱方式,但是更高的成本支 出,還是撼動不了風冷散熱的重要地位。但是相對於水冷散熱器,風冷散熱最讓人頭疼的就是風扇工作時產生的噪音。當然決定風扇噪音程度的因素有很多,包括風扇轉速、風扇尺寸、風扇的動平衡、使用環境……等等。其中最靈魂的一個重要因素就是風扇軸承的種類。

而當你對這些軸承知識有所了解之後,就會知道為什麼有些風扇 10 塊錢,而有些風扇卻要上百塊,甚至數百塊人民幣。並且,也能為你在選購 CPU 風扇或者機箱風扇時,提供一個有價值的參考信息,希望這篇文章對大家在選購風扇時有所幫助。

對於什麼是軸承,想必大家都很清楚,而在機械工程上,軸承的類型其實非常多,但在散熱器風扇、機箱風扇上能使用的,實際上也就那麼幾種:使用滑動摩擦的套筒軸承(含油軸承)和使用滾動磨擦的滾珠軸承 以及兩種軸承形式的混合軸承這三種。

而在近些年來各大散熱器廠商在軸承方面推出的新技術,比如什麼磁浮軸承、水波軸承、 磁芯軸承、來福軸承……等等。那麼這些軸承對於風扇的靜音和壽命都有哪些影響呢?又都有著什麼區別呢? 

首先,我們來看看市面的軸承列表。 

 軸承類型

技術含量

銷售價格

噪音高低

理論壽命

含油軸承

5000-8000小時

液壓軸承

40000小時

單滾珠軸承

中低

40000小時

雙滾珠軸承

50000-100000小時

來福軸承

中高

40000小時

流體動態軸承

50000小時

納米陶瓷軸承

中高

80000-100000小時

磁懸浮軸承

基本忽略

50000小時

氣壓球形軸承

基本忽略

100000小時

含油軸承原理

介紹:

含油軸承(Sleeve Bearing)是目前使用最普遍的一種散熱風扇軸承。它使用潤滑油作為潤滑劑和減阻劑,適合低轉速的風扇和小尺寸(9cm以下)的風扇使用,通常含油軸承風扇產品壽命為5000-8000小時。

優點:

1、價格非常低廉。

缺點:

1、軸承很容易磨損,壽命較短。

2、軸承套筒裡的潤滑油容易洩漏出來,噪音隨之增大,並且會汙染主板和其他配件。

酷冷至尊 ICT-D925R

技術原理

介紹:

液壓軸承(Hydraulic Bearing)最初由AVC首創,是在含油軸承的基礎上改進而來的。液壓軸承採用了獨特的環式供油迴路,在很大程度上減少了漏油的問題,壽命比普通含油軸承大大延長了,達到了40000小時並且繼承了含油軸承的優點。是目前主流的軸承技術,軸承類型的風扇在目前散熱器市場上有著較高的比重。

優點:

1、比含油軸承壽命更長、低噪音、價格低廉

缺點:

1、漏油問題依然存在

液壓軸承散熱器

液壓軸承是主流的散熱解決方案,廣泛存在在機箱散熱風扇、CPU散熱器、部分顯卡散熱中。

雙滾珠軸承原理

介紹:

雙滾珠軸承(Dual Ball Bearing或Two Ball Bearing)採用了兩個滾珠軸承,軸承中有數顆微小鋼珠圍繞軸心,當扇頁或軸心轉動時,鋼珠即跟著轉動,因為都是球體,所以摩擦力較小,且不存在漏油的問題。使用壽命達到了50000小時到100000小時。

優點:

1、封閉性較好

2、超長使用壽命

缺點:

1、成本高

2、噪音高(因為滾珠軸承摩擦點增加了2倍)

採用雙滾珠軸承的散熱器

雙滾珠軸承屬於比較高檔的軸承,5000轉級別的大口徑風扇幾乎都使用雙滾珠軸承。所以我們可以看到,高端顯卡一般都會重點宣傳採用了雙滾珠軸承。事實上,顯卡散熱器一般都採用這類軸承,所以可以作為消費者選擇的性能參考。

原理

介紹:

單滾珠軸承(ONE Ball Bearing或Ball+Sleeve Bearing)是對傳統含油軸承的改進,採用滑動摩擦和滾動摩擦混合的形式,用一個滾珠軸承+一個含油軸承來降低雙滾珠軸承的成本。它的轉子與定子之間用滾珠進行潤滑,並配以潤滑油,使用壽命達到了40000小時。

優點:

1、克服了油封軸承壽命短,運行不穩定的毛病,

2、成本低。

缺點:

1、噪音比油封軸承高,但比雙滾珠軸承低

採用單滾珠軸承的散熱器,目前市面這種散熱器很少

單滾珠軸承算是一種折中的軸承,中庸之道,體現在不上不下的優缺點,所以適合普通用戶選擇,及省心又省錢。

來福軸承原理

介紹:

來福軸承(Rifle Bearing)技術的代表廠商是CoolerMaster,CM已經將旗下的大部分傳統油封軸承風扇升級到來福軸承。

作為傳統油封軸承的改進,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,來福軸承還帶有反向螺旋槽及擋油槽的軸芯,在風扇運轉時含油將形成反向回遊,從而避免含油流失,因此提升了軸承壽命達到了。來福軸承風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。

優點:

1、壽命高,達到了40000小時

2、噪音低

3、幾乎不漏油

缺點:

1、價格稍貴

採用來福軸承的散熱器

來福軸承是一種專利軸承,存在在酷冷至尊的散熱器中。從酷冷的口碑來看,這種軸承的確是該品牌的皇牌技術。對散熱有一定要求的消費者不妨選擇這類產品,圖個安心。

流體動態軸承

介紹:

流體動態軸承英文名為Hypro Bearing,其名來源於HY(Hydrodynamic wave,流體力學波)PRO(Oil protection system,油護系統),系知名散熱器及風扇設計製造廠家ADDA的專利產品。

同是在傳統含油軸承基礎之上進行多項改進而成,也可以看成是來福軸承的改良版。兩種設計各自採用了一些獨到的改進措施,利用人字形的溝槽設計可以有效的提升流體壓力。不同於來福軸承的循環迴路供油系統,流體動態軸承將潤滑油脂始終固定在了軸心內部。但精髓同為循環油路系統,各方面的表現也基本相當,通常產品壽命可達50000小時以上。

優點:

1、進一步提升風扇壽命

2、降噪效果不錯

3、壽命長

缺點:

1、價格稍貴

採用流體動態軸承的散熱器

流體動態軸承主要用在對靜音要求很高的平臺上,尤其是HTPC、迷你機箱等。作為新技術,它的綜合性能十分不俗,而且成本控制不錯,是一項前景很好的軸承技術。

納米陶瓷軸承

介紹:

納米陶瓷軸承(NANO Ceramic Bearing,NCB) 在本質上仍然是一種含油軸承,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過程中磨損比較嚴重,長時間使用時的可靠性較低。納米軸承有效的克 服了這個問題,陶瓷軸承技術採用了特殊的高分子材料與特殊添加劑充分融合。

傳統油封軸承風扇在使用過程中磨損比較嚴重,長時間使用時的可靠性較低。納米軸承有效的克服了這個問題:陶瓷軸承技術採用了納米級高分子材料與特殊添加劑充分融合,軸承核心全面採用納米級的氧化鋯粉,使用衝模及燒結工藝製成,晶體顆粒由過去的60um下降到0.3um,具有堅固、光滑、耐磨等特性。

同時,納米陶瓷軸承(NCB)具有很強的耐高溫能力,不易揮發,這大大延長了風扇的使用壽命,納米軸承的性質與陶瓷類似,越磨越光滑。據測試,採用納米陶瓷軸承(NCB)的風扇平均使用壽命都在15萬小時以上。

優點:

1、具備超強穩定性、耐溫性、耐磨性,使用壽命超高,達到150000小時

2、噪聲比雙滾珠軸承低

缺點:

1、雖是「納米」,實際並非納米材料(0.3微米=300納米)

2、目前成品不多

納米陶瓷軸承是一種具有很大潛力的軸承。高科技堆料的它,自然有著過人的規格。超長的使用壽命,適合長時間開機的平臺,如伺服器工作站等。

磁懸浮軸承

介紹:

提起磁懸浮技術,人們都會想到磁懸浮列車,通過列車底部與鐵軌間的反向強磁場作用,將列車懸浮在軌道上方以減少摩擦係數。而磁浮軸承利用磁力作用將轉子懸浮於空中,使轉子與定子之間沒有機械接觸。其原理是磁感應線與磁浮線成垂直,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,讓成整個轉子懸空。

優點:

1、磁懸浮軸承不存在機械接觸,轉子可以運行到很高的轉速,具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油汙染等優點;

缺點:

1、磁懸浮事實上只是一種輔助功能,並非是獨立的軸承形式,具體應用還得配合其它的軸承形式,例如磁懸浮+滾珠 軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+汽化軸承等等。

2、價格不菲

磁懸浮軸承的散熱器

別小看小小的軸承,磁懸浮的黑科技都用到軸承上了,多麼的高大上,由於它特殊的性質,特別適用於高速、真空、超淨等特殊環境中,或者要求絕對靜音的環境中。加上這技術價格不菲,一般家用就用不上了。

氣壓球形軸承

介紹:

最後介紹的是氣壓球形軸承(Barometric Ball Bearin)從結構上來看,這種氣壓球形軸承類似於磁浮軸承,只不過將固定金屬球體的磁鐵置於風扇的底部。並且在風扇軸心外框形成一定的氣壓來保證軸心旋轉的穩定。

目前該軸承屬於新技術,採用這種軸承的散熱器不多,包括酷冷至尊 Excalibur等。

優點:

1、具備和磁懸浮軸承一樣的多種優點:低噪音、壽命長、無油跡、低能耗、低損耗等

2.、超長的使用壽命,達到了100000小時

缺點:

1、使用該軸承的產品不多。

氣壓球形軸承的散熱器

 

氣壓球形軸承算是磁懸浮軸承的平民版,但繼承了後者眾多優點,而且具備很長的使用壽命。只是目前使用該軸承的產品不多,需要更多的市場觀察。

經過以上對比,我們可以看到,含油軸承由於使用周期較短,軸承內部的油控直接影響運轉時噪音大小,所以越來越被各知名大廠所摒棄。雙滾珠軸承現在被業界廣泛看好,成為高品質散熱器風扇的首選,運轉穩定性無出其右,但價格也較高。而作為物美價廉的選擇,各大廠商的折衷方案就是採用單滾珠軸承。

以上都是目前市面佔主流地位的軸承,至於後面那些新軸承,本質上都是含油軸承演化出來。可能涉及專利、材料、技術問題,這些軸承的使用率不大。

總的來說,好的風扇,除了其風量大和風壓高之外,自身的可靠性是相當的重要,其中,風扇使用的軸承起著非常重要的作用。所以,大家在選購時候,不要一味關注轉速、大小等表面問題,而散熱器的核心——軸承才是我們需要做好功課的地方

(來源:熱設計)

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