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这个机箱不太冷 散热风扇里的学问

  【IT168 产品资讯】如果要问你,在一台电脑整机的所有配件中,必不可少但同时又是最不起眼,最不容易受到关注的产品是什么?你会怎么认为?机箱?电源?鼠标?其实这些都不算,真正容易被忽略的是——风扇。风扇对整机的影响是很大的,一款劣质的风扇,不但可能令你的系统因高温而烧毁,而且发出的噪音*会令你的精神日渐衰弱。也许有人会认为风扇是技术含量很低的产品,其实不然,一款高规格的风扇,可以包含很多的先进技术,一款好的风扇,应该可以悄无声息为你的电脑系统提供一个凉爽的工作环境。

 

风扇已是电脑主机必不可少的配件

  电脑风扇的组成很简单,就是叶片、电机、轴承和框架。但是一款风扇要做到风量大、静音,甚至转速可控,还是需要一些不少技术来支持的。风扇电机通常采用直流无刷电机,其原理初中就学过了这里不废话。差异较大的是轴承的设计。与机械五金方面的轴承不同的是,这里的轴承形式指的是电机转子与定子的接触方式,这很大程度上决定了风扇的噪音大小。

 

散热风扇的标准结构


  *风扇噪音   
  
  风扇噪音指的是风扇工作时产生杂音的大小,受多方面因素影响,单位为分贝(dB)。目前常见的CPU风扇噪声在30dBA(分贝)左右,一般认为小于28dBA就还可以了,小于26dBA就已经很好了。此外现在很多风扇配合主板后可以有转速自动调节的功能,这对实际使用意义较大。

  *噪音当量

  按普通人耳的听觉感受:

  0-20dBA,很静,人耳几乎感觉不到
  20-40dBA,安静,犹如轻声絮语
  40-60dBA,一般,普通室内谈话的效果
  60-70dBA,吵闹,令人烦躁,有损神经
  70-90dBA,很吵,神经细胞收到损害
  90-100dBA,听力受损

  散热风扇常用轴承形式

  在机械工程方面,轴承的类形非常多,但在散热器产品上使用的轴承形式按基本可分三类:使用滑动摩擦的套筒轴承(Sleeve Bearing)和使用滚动磨擦的滚珠轴承(Ball Bearing)以及两种轴承形式混合这三种。近些年来各大散热器厂商在轴承方面推出的新技术,诸如磁浮轴承、流体保护系统轴承、液压轴承、来福轴承、纳米陶瓷轴承等也都是对上面这些基本的轴承形式加以改进而成,基本工作原理还是没有变化。

  含油轴承(Sleeve Bearing)

  是使用滑动摩擦的套筒轴承,使用润滑油作为润滑剂和减阻剂。可以说是现在市场上最常见的一种轴承技术,由于成本低廉,制造简单,不少产品包括知名品牌都还在继续使用中。其优点是初期使用时安静,噪音低,价格便宜。不过这种轴承使用时间一长,由于油封的原因(电脑散热器产品都不可能使用高档油封,一般也就是普通的纸油封),润滑油会逐渐挥发,而且灰尘也会进入轴承,从而引起风扇转速变慢,噪音增大等问题,严重的还会因为轴承磨损造成风扇偏心引发剧烈震动,平均寿命只有8000~15000小时。


品牌风扇往往有可靠的油封设计

  单滚珠轴承(1 Ball+1 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,其实就是用一个滚珠轴承搭配一个含油轴承的方式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。它克服了含油轴承寿命短,运行不稳定的毛病,而成本上升极为有限。单滚珠轴承吸收了含油轴承和双滚珠轴承的优点,将轴承的使用寿命提升到了40000小时,缺点是在加入滚珠之后,运行噪声有所增大,但仍小于双滚珠轴承。

  双滚珠轴承(2 Ball Bearing)

  属于比较高档的轴承,采用滚动摩擦的形式,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寿命超长,大约在50000-100000小时;抗老化性能好,适合转速较高的风扇。双滚珠轴承的缺点是制造成本高,并且在同样的转速水平下噪音最大。双滚珠风轴承和液压轴承的封闭性较好,尤其是双滚珠轴承。双滚珠轴承被整个嵌在风扇中,转动部分没有与外界直接接触。在密封的环境中,轴承的工作环境比较稳定。因此5000转级别的大口径风扇几乎都使用双滚珠轴承。而液压轴承由于具备独特的还回式油路,所以润滑油泄露的可能性较小。

  来福轴承(Rifle Bearing)

  技术的代表厂商是CoolerMaster酷冷至尊,目前酷冷至尊已经将旗下的大部分传统含油轴承风扇升级到来福轴承。作为传统含油轴承的改进,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。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。

  流体保护系统轴承(Hypro Bearing)

  其名称来源于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台湾协喜ADDA的专利产品,也是在传统含油轴承基础之上进行多项改进而成。流体保护系统轴承与液压轴承可谓殊途同归,两种设计各自采用了一些独到的改进措施,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。

  液压轴承(Hydraulic Bearing)

  是由AVC创新的技术,是在含油轴承的基础上改进而来的。液压轴承拥有比含油轴承更大的储油空间,并有独特的环回式供油回路。液压轴承风扇的工作噪音有明显的降低,使用寿命也非常长,可达到40000小时。液压轴承实质上仍然是一种含油轴承。但这种经过了改进,寿命比普通油封轴承大大延长了,并且继承了含油轴承的优点——运行噪音小。目前液压轴承已经在AVC散热器中得到了应用,但并非所有的AVC散热器都采用液压轴承风扇。

 

  汽化轴承(VAPO Bearing)

  是由Sunon将磁悬浮技术改进而来的,就是把含油轴承的轴套硬度加强,并且采用特殊的材料,其内层表面也是经过特殊加工的,这样就克服了含油轴承不耐高温的缺点,再和磁悬浮技术配合,就大大延长了使用寿命。

  磁悬浮轴承(Magnetic Bearing)

  的马达有磁悬浮(Magnetic System,MS)设计,其磁感应线与磁浮线成垂直,故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,形成整个转子悬空,在固定运转轨道上。

 

磁浮风扇轴承结构

  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,轴承核心全面采用特殊的二氧化皓材料,使用冲模及烧结工艺制成,晶体颗粒由过去的60um下降到了0.3um,具有坚固、光滑、耐磨等特性。纳米陶瓷轴承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,采用纳米陶瓷轴承的风扇平均使用寿命都在15万小时以上。

  各类轴承风扇的工作寿命及噪音对比表格


 

  如何令风扇更安静

  看了这么多,你肯定会有疑问,究竟什么样的风扇最安静呢?当然是不转的风扇最安静……开句玩笑。首先我们要知道,想令风扇更安静,目前常见的做法有三种:

  1.降低风扇转速
  2.加大通风面积
  3.改进轴承设计

  关于第一点,要实现降低转速的话,就需要在风扇电路部分加入一个降压电路*。另外还有的风扇还加入了温度控制电路(就是风扇转速可控),无论哪种做法,肯定都会令风扇的生产成本提高。

  关于第二点,这其实和第一点是相辅相成的,因为风扇转速降低了势必会导致散热效果下降,但是通过加大通风面积*,就可以弥补因转速降低带来的散热性能降低的问题。目前我们能见到较大的机箱风扇是12CM口径,其实不少高端电脑电源早已开始采用12CM风扇散热。另外一些有技术实力的厂家,还通过改善风扇扇叶的造型来提高通风率。

 

这种异性扇叶的设计,就是为了提高通风率

 

边框镂空据说也可以提高通过风量

  关于第三点,请参考前页关于轴承形式和功效的解释。


  *风扇转速

  风扇转速是指风扇扇页每分钟旋转的次数,单位是rpm。风扇转速由电机内线圈的匝数、工作电压、风扇扇页的数量、倾角、高度、直径和轴承系统共同决定。在风扇结构固定的情况下,直流风扇(即使用直流电的风扇)的转速随工作电压的变化而同步变化。

  *风量的计算

  风量是指风冷散热器风扇每分钟送出或吸入的空气总体积,如果按立方英尺来计算,单位就是CFM;如果按立方米来算,就是CMM,散热器产品经常使用的风量单位是CFM。在散热片材质相同的情况下,风量是衡量风冷散热器散热能力的最重要的指标。显然,风量越大的散热器其散热能力也越高。这是因为空气的热容是一定的,更大的风量,也就是单位时间内更多的空气能带走更多的热量。当然,同样风量的情况下散热效果和风的流动方式有关。
 

  风扇品牌推荐

  如果你不能确认你所购买的风扇是否符合上述三条要求,那么建议你首选一些国际知名品牌的风扇产品,其与普通品牌的差价并不大,而且这些风扇知名品牌的受关注度,相信远远低于其他DIY配件。

  在OEM市场,目前公认做得最好的散热风扇产品是三洋电机SANYO和日本美蓓亚NMB,另外还有Boxer,Papst,台湾协喜ADDA、GP、台达Delta,建准SUNON,以及日本电产Nidec等知名品牌。但是通常只能在网上,或者二手市场淘到这些产品,因为大多为拆机品,所以价格非常的低廉。

 

三洋在电机领域颇有盛名


NMB的轴承是世界优秀的

  在独立风扇市场(有独立包装,单独出售的风扇产品),国内能买到的知名品牌,有Enermax安耐美(去年底进入中国市场),Coolermaster酷冷至尊,AVC,A-PACK……这些。

 

安耐美风扇无论外观还是设计都有独到之处

 

A-PACK是韩国第一散热器品牌

  关于散热风扇的一些误读

  二手拆机风扇很好?

  现在有不少发烧友对于旧货市场的进口仪器拆机风扇趋之若鹜,就是因为很多高档仪器里面的风扇是上述高级别风扇产品。其实,这些风扇并不适合于家用电脑机箱使用,为什么呢?还是设计用途的原因。

  首先我们要知道,电脑用风扇主要有静音的要求,但是很多工厂机器及仪器没这个需求,他们要的就是巨大的散热量。因此,很多拆机风扇有着惊人的转速和通风量没错,但是噪音也不容小觑,这些风扇大多采用双滚珠轴承的设计,价值高不错,而滚珠轴承所产生的噪音不是加加油就能消除的。

  还有一点就是,很多拆机风扇其实已经工作了很长时间,里面的润滑油还有多少无法得知,可能买回去用不久就因为油料干涸而报废了。

  滚珠轴承比含油轴承更好?

  如果单纯比较转速、寿命等,滚珠轴承比含油轴承好没错。但是任何产品都不能忽略一个应用环境的问题,道理同上,滚珠轴承虽然有着使用寿命长,工作稳定的特点,但是其固有噪音是无法消除的,这一点甚至不如最普通的含油轴承。而且在电脑散热方面,并不需要过高的转速(滚珠轴承通常工作在4000转以上),所以笔者认为,滚珠结构的风扇并不适合普通的电脑机箱。而一些专门针对电脑设计的改进型含油轴承风扇,我觉得会更合适。

  风扇加油用液态油?

  首先,给风扇加液态油就是错误的。通过第二页的轴承类型分解,我们知道使用滑动摩擦的套筒轴承,其中的润滑油会随着使用时间的延长而挥发,噪音也会逐渐加大。给轴承添加合适的油脂,不仅可以解决由此引起的噪音问题,而且会大大延长轴承的寿命。要正确的加油,必须先懂油。

  润滑油,俗称”机油”、”稀油”,包括矿物油和合成油。缝纫机油、钟表油等都属于润滑油,变压器油、菜油则不属此类(甚至有人给风扇添加菜油,是严重不可取的)。油脂,俗称”黄油”、”干油”,实质上是 润滑油+增稠剂 + (添加剂)的混合物,油脂起润滑作用的还是润滑油。增稠剂有两种:一是金属基,如锂基、钙基;还有复合基增稠剂,如复合锂,脲基等,它的作用是将油脂“保持”在轴承中。

  油脂有很多参数,如稠度、温度范围、润滑油种类、所以,油脂可以根据使用的润滑油和增稠剂的种类、稠度等参数来称呼。但是,由于行业内没有统一名称,叫法繁多,如最常用的2号锂基脂指的是稠度为2的、使用锂基增稠剂的油脂。

  明确一点,电脑风扇轴承,以及大部分大家见到的轴承,都是使用油脂(而不是液态油)来润滑的。油脂充填在滚动轴承的两个防尘盖之间,或者是轴套两端的密封圈之间。液态润滑油也可以起到润滑作用,但不能长时间地保持在轴承中。
 

  风扇用油的正确推荐

  8CM以上风扇推荐2#锂基润滑脂

  电脑上的风扇(包括笔记本)都属于高速轻载轴承,刚出厂时厂家已在风扇轴承内部加入适量的润滑脂(注意是脂而不是油),为什么不是液态润滑油呢?因为其流动性和挥发性都达不到电脑风扇的工作要求,所以电脑风扇内其实应该加的是润滑脂。润滑脂具有稳定性强,不易挥发等优点,所以电脑风扇内厂家加的都是润滑脂而不是润滑油。这就是为什么许多Diyer辛辛苦苦拆了风扇,加入所谓的润滑油、缝纫机油、摩托车机油后短时间内噪音有改善,但没过多久又会出现同样问题甚至更加严重的原因所在!因为没多久,润滑油就给风干挥发了。更严重的是,液态油的加入,还会稀释原先厂家加入的润滑脂,给风扇轴承带来致命性的破坏,实在是适得其反。

  从电脑风扇的应用环境和要求来看,油脂选择需要考虑温度、寿命以及噪音问题。据经验判断,电脑风扇轴承温度通常在25 ~80摄氏度,属于中温。一般的2号锂基脂可以长期在100度以内长期工作。所以,优质的2号锂基脂是可以满足要求的。

 

2#锂基润滑脂

  有人可能会认为这种油脂很贵,其实你可以去网上买小盒分装的,20~30g足够你的风扇使用多次,价格只要几元钱。

  8CM以下风扇推荐特白脂

  对于尺寸小于8CM的风扇(如笔记本风扇),就不建议使用这种润滑脂,因为相对小风扇来说,这种润滑脂的粘度可能还是太大了一点。这里推荐被广泛应用于模型、玩具塑料齿轮、塑料运动部件上的特白脂,它的粘度更低,不会影响到小尺寸轻量叶片的旋转。

 

特白脂

 

为笔记本风扇添加特白脂润滑
 

  上图笔记本风扇的上油其实不太正确,油脂只要抹在转子的轴心部分,以及定子的轴套内部,即可,涂得到处都是反而不好。而且,这明显是磁悬浮风扇,转子的磁体部分是不会接触到定子机芯的,所以磁体部分没必要上油。

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