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HTPC原动力论坛 » 电源与散热 » 小轴承大学问!谈谈散热风扇的轴承设计
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发表于 2015-4-26 18:05 | 只看该作者

[CPU散热] 小轴承大学问!谈谈散热风扇的轴承设计

本帖最后由 scwf998 于 2015-4-26 18:18 编辑

本文转自太平洋电脑网

原文地址:http://diy.pconline.com.cn/637/6376716.html

有电脑,就有散热。无散热,性能从何谈起?目前主流的散热方式有水冷以及风冷。但是由于成本、上手等因素,风冷散热的统治地位是不言而喻的。不过,每当你在干燥的冬天碰到那烦人的散热器噪声时,你应该恶补下,为什么老电脑散热器的噪音为何越来越明显?为何干燥冬天的散热器会让你头疼?这一次,DIY带你走进科学,走进轴承的世界。




关于轴承,你首先要知道的……


  首先,我们要知道,决定风扇噪音高低的因素有很多,包括转速、扇叶尺寸、风扇动平衡、还有使用者的噪音环境等。不过,最重要的因素,还是风扇自身的轴承。



  从我们日用家居衍生出来的风扇,发展了那么多年,产生了不同类型的轴承。什么液压轴承、滚珠轴承、磁悬浮轴承……多种多样,那么这些轴承对于风扇的静音和寿命都有哪些影响呢?又都有着什么区别呢?


  首先,我们来看看市面的轴承列表。




轴承类型技术含量销售价格噪音高低理论寿命
含油轴承5000-8000小时
液压轴承40000小时
单滚珠轴承中低40000小时
双滚珠轴承50000-100000小时
来福轴承中高40000小时
流体动态轴承50000小时
纳米陶瓷轴承中高80000-100000小时
磁悬浮轴承基本忽略50000小时
气压球形轴承基本忽略100000小时


如果大家觉得轴承的名字很陌生的话,那下面各个轴承的介绍就很有必要了。



含油轴承

介绍:

  含油轴承(Sleeve Bearing)是目前使用最普遍的一种散热风扇轴承。它使用润滑油作为润滑剂和减阻剂,适合低转速的风扇和小尺寸(9cm以下)的风扇使用,通常含油轴承风扇产品寿命为5000-8000小时。

优点:

1、价格非常低廉。

缺点:

1、轴承很容易磨损,寿命较短。

2、轴承套筒里的润滑油容易泄漏出来,噪音随之增大,并且会污染主板和其他配件。

点评:

尽量不要选择这种轴承,如果你使用的是这种含油轴承的散热风扇,在使用一段时间后记得添加润滑油,以免出现散热效率降低、高噪音的问题。或者,干脆扔掉算。


液压轴承

介绍:
  液压轴承(Hydraulic Bearing)最初由AVC首创,是在含油轴承的基础上改进而来的。液压轴承采用了独特的环式供油回路,在很大程度上减少了漏油的问题,寿命比普通含油轴承大大延长了,达到了40000小时并且继承了含油轴承的优点。是目前主流的轴承技术,轴承类型的风扇在目前散热器市场上有着较高的比重。
优点:
1、比含油轴承寿命更长、低噪音、价格低廉
缺点:
1、漏油问题依然存在
点评:
  液压轴承是主流的散热解决方案,广泛存在在机箱散热风扇、CPU散热器、部分显卡散热中。



双滚珠轴承
介绍:
  双滚珠轴承(Dual Ball Bearing或Two Ball Bearing)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。使用寿命达到了50000小时到100000小时。
优点:
1、封闭性较好
2、超长使用寿命
缺点:
1、成本高
2、噪音高(因为滚珠轴承摩擦点增加了2倍)
点评:
  双滚珠轴承属于比较高档的轴承,5000转级别的大口径风扇几乎都使用双滚珠轴承。所以我们可以看到,高端显卡一般都会重点宣传采用了双滚珠轴承。事实上,显卡散热器一般都采用这类轴承,所以可以作为消费者选择的性能参考。

单滚珠轴承
介绍:
  单滚珠轴承(ONE Ball Bearing或Ball+Sleeve Bearing)是对传统含油轴承的改进,采用滑动摩擦和滚动摩擦混合的形式,用一个滚珠轴承+一个含油轴承来降低双滚珠轴承的成本。它的转子与定子之间用滚珠进行润滑,并配以润滑油,使用寿命达到了40000小时。
优点:
1、克服了油封轴承寿命短,运行不稳定的毛病,
2、成本低。
缺点:
1、噪音比油封轴承高,但比双滚珠轴承低
点评:
  单滚珠轴承算是一种折衷的轴承,中庸之道,体现在不上不下的优缺点,所以适合普通用户选择,及省心又省钱。

来福轴承
介绍:
  来福轴承(Rifle Bearing)技术的代表厂商是CoolerMaster,CM已经将旗下的大部分传统油封轴承风扇升级到来福轴承。
  作为传统油封轴承的改进,来福轴承采用耐磨材料制成高含油中空轴承,减小了轴承与轴芯之间摩擦力,来福轴承还带有反向螺旋槽及挡油槽的轴芯,在风扇运转时含油将形成反向回游,从而避免含油流失,因此提升了轴承寿命达到了。来福轴承风扇通过采用以上结构及零件,使得含油及保油能力大幅提升,并降低了噪音。
优点:
1、寿命高,达到了40000小时
2、噪音低
3、几乎不漏油
缺点:
1、价格稍贵
点评:

来福轴承是一种专利轴承,存在在

酷冷至尊

的散热器中。从酷冷的口碑来看,这种轴承的确是该品牌的皇牌技术。对散热有一定要求的消费者不妨选择这类产品,图个安心。

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沙发
发表于 2015-4-26 18:18 | 只看该作者
流体动态轴承
介绍:
  流体动态轴承英文名为Hypro Bearing,其名来源于HY(Hydrodynamic wave,流体力学波)PRO(Oil protection system,油护系统),系知名散热器及风扇设计制造厂家ADDA的专利产品。
  同是在传统含油轴承基础之上进行多项改进而成,也可以看成是来福轴承的改良版。两种设计各自采用了一些独到的改进措施,利用人字形的沟槽设计可以有效的提升流体压力。不同于来福轴承的循环回路供油系统,流体动态轴承将润滑油脂始终固定在了轴心内部。但精髓同为循环油路系统,各方面的表现也基本相当,通常产品寿命可达50000小时以上。
优点:
1、进一步提升风扇寿命
2、降噪效果不错
3、寿命长
缺点:
1、价格稍贵
点评:
  流体动态轴承主要用在对静音要求很高的平台上,尤其是HTPC、迷你机箱等。作为新技术,它的综合性能十分不俗,而且成本控制不错,是一项前景很好的轴承技术。





纳米陶瓷轴承
介绍:
  纳米陶瓷轴承(NANO Ceramic Bearing,NCB) 在本质上仍然是一种含油轴承,是由富士康在其产品中首先引入的。传统含油轴承风扇在使用过程中磨损比较严重,长时间使用时的可靠性较低。纳米轴承有效的克 服了这个问题,陶瓷轴承技术采用了特殊的高分子材料与特殊添加剂充分融合。
  传统油封轴承风扇在使用过程中磨损比较严重,长时间使用时的可靠性较低。纳米轴承有效的克服了这个问题:陶瓷轴承技术采用了纳米级高分子材料与特殊添加剂充分融合,轴承核心全面采用纳米级的氧化锆粉,使用冲模及烧结工艺制成,晶体颗粒由过去的60um下降到0.3um,具有坚固、光滑、耐磨等特性。
  同时,纳米陶瓷轴承(NCB)具有很强的耐高温能力,不易挥发,这大大延长了风扇的使用寿命,纳米轴承的性质与陶瓷类似,越磨越光滑。据测试,采用纳米陶瓷轴承(NCB)的风扇平均使用寿命都在15万小时以上。
优点:
1、具备超强稳定性、耐温性、耐磨性,使用寿命超高,达到150000小时
2、噪声比双滚珠轴承低
缺点:
1、虽是“纳米”,实际并非纳米材料(0.3微米=300纳米)
2、目前成品不多
点评:
纳米陶瓷轴承是一种具有很大潜力的轴承。高科技堆料的它,自然有着过人的规格。超长的使用寿命,适合长时间开机的平台,如服务器工作站等。
磁悬浮轴承
介绍:
  提起磁悬浮技术,人们都会想到磁悬浮列车,通过列车底部与铁轨间的反向强磁场作用,将列车悬浮在轨道上方以减少摩擦系数。而磁浮轴承利用磁力作用将转子悬浮于空中,使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直,轴芯与磁浮线是平行的,所以转子的重量就固定在运转的轨道上,利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑,让成整个转子悬空。
优点:
1、磁悬浮轴承不存在机械接触,转子可以运行到很高的转速,具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点,
缺点:
1、磁悬浮事实上只是一种辅助功能,并非是独立的轴承形式,具体应用还得配合其它的轴承形式,例如磁悬浮+滚珠 轴承、磁悬浮+含油轴承、磁悬浮+汽化轴承等等。
2、价格不菲
点评:
  别小看小小的轴承,磁悬浮的黑科技都用到轴承上了,多么的高大上,由于它特殊的性质,特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中,或者要求绝对静音的环境中。加上这技术价格不菲,一般家用就用不上了。

气压球形轴承
介绍:
  最后介绍的是气压球形轴承(Barometric Ball Bearin)从结构上来看,这种气压球形轴承类似于磁浮轴承,只不过将固定金属球体的磁铁置于风扇的底部。并且在风扇轴心外框形成一定的气压来保证轴心旋转的稳定。
  目前该轴承属于新技术,采用这种轴承的散热器不多,包括酷冷至尊 Excalibur等。
优点:
1、具备和磁悬浮轴承一样的多种优点:低噪音、寿命长、无油迹、低能耗、低损耗等
2.、超长的使用寿命,达到了100000小时
缺点:
1、使用该轴承的产品不多。

点评:
气压球形轴承算是磁悬浮轴承的平民版,但继承了后者众多优点,而且具备很长的使用寿命。只是目前使用该轴承的产品不多,需要更多的市场观察。
小结:轴承该怎样选?
  经过以上对比,我们可以看到,含油轴承由于使用周期较短,轴承内部的油控直接影响运转时噪音大小,所以越来越被各知名大厂所摒弃。双滚珠轴承现在被业界广泛看好,成为高品质散热器风扇的首选,运转稳定性无出其右,但价格也较高。而作为物美价廉的选择,各大厂商的折衷方案就是采用单滚珠轴承。
  以上都是目前市面占主流地位的轴承,至于后面那些新轴承,本质上都是含油轴承演化出来。可能涉及专利、材料、技术问题,这些轴承的使用率不大。
  总的来说,好的风扇,除了其风量大和风压高之外,自身的可靠性是相当的重要,其中,风扇使用的轴承起着非常重要的作用。所以,大家在选购时候,不要一味关注转速、大小等表面问题,而散热器的核心——轴承才是我们需要做好功课的地方。
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藤椅
发表于 2015-4-26 23:28 | 只看该作者
以前很相信,现在的体会是:什么轴承都好,到了时候都得换。
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板凳
发表于 2015-5-7 22:24 | 只看该作者
NMB B19
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报纸
发表于 2015-5-23 16:20 | 只看该作者
好,顶一个
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地板
发表于 2015-7-21 11:27 | 只看该作者
一样一样的 辛苦楼主
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7
发表于 2015-10-7 16:15 | 只看该作者
辛苦楼主了,谢谢分享
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8
发表于 2015-10-19 14:19 | 只看该作者
谢谢分享
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9
发表于 2015-11-3 19:01 | 只看该作者
感谢楼主无私的分享与奉献
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10
发表于 2015-11-9 18:17 | 只看该作者
学习了  谢谢分享
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