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小轴承大学问!谈谈散热风扇的轴承设计

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  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。

轴承
小轴承大学问!谈谈散热风扇的轴承设计

 

 

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,羊毛出在羊身上,最重要的因素,还是风扇自身的轴承。

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

轴承
含油轴承原理

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。

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酷冷至尊 ICT-D925R

小编点评:

  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

轴承
技术原理

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

轴承
液压轴承散热器

小编点评:

  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。

 

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双滚珠轴承

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双滚珠轴承原理

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)

轴承
采用双滚珠轴承的散热器

编辑点评:

  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

轴承
原理

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

轴承
采用单滚珠轴承的散热器,目前市面这种散热器很少

编辑点评:

  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。

 

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来福轴承

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来福轴承原理

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

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采用来福轴承的散热器

  编辑点评: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。 

 

 

流体动态轴承

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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

轴承
采用流体动态轴承的散热器

编辑点评:

  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。

 

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纳米陶瓷轴承

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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

轴承

编辑点评:

  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

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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

轴承
磁悬浮轴承的散热器

小编点评:

  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。

 

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气压球形轴承

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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。

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气压球形轴承的散热器
 

编辑点评:

  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?

安钛克 诸神H1250

  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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