風(fēng)扇做為積極熱管散熱的關(guān)鍵電子器件，具備高效率，價(jià)格低等特點(diǎn)，且被普遍應(yīng)用于電子設(shè)備中，如筆記本，開關(guān)電源，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等。可是風(fēng)扇也是有噪聲大，壽命和可信性劣等缺陷。有商品以便追求極致特性和可信性會(huì)不惜成本選用被動(dòng)散熱，如iPhoneNewMacBook就選用了無風(fēng)扇設(shè)計(jì)方案。如圖所示1圖示。自然這也是歸功于新CPU的高效率環(huán)保節(jié)能。

無風(fēng)扇被動(dòng)散熱盡管有眾多益處，可是現(xiàn)階段只適用小輸出功率商品。針對(duì)功率大的商品，風(fēng)扇仍然是流行的熱管散熱方案設(shè)計(jì)。在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，工程項(xiàng)目專業(yè)技術(shù)人員仍然會(huì)應(yīng)對(duì)那樣一個(gè)難題：即如何去評(píng)定和挑選一款靠譜的風(fēng)扇以考慮系統(tǒng)軟件商品的規(guī)定。

這篇文章發(fā)表從風(fēng)扇的構(gòu)造歸類剛開始，重中之重詳細(xì)介紹含油軸承的無效原理和壽命影響因素，并融合實(shí)例詳細(xì)介紹怎樣在具體工程項(xiàng)目中評(píng)定一款含油軸承風(fēng)扇的可信性。

                            圖1  全新MacBook結(jié)構(gòu)圖

1.風(fēng)扇的歸類和構(gòu)造

風(fēng)扇按軸承種類大概能夠 分成兩大類：即含油軸承和鋼珠軸承。

含油軸承的風(fēng)扇是如今目前市面上數(shù)最多的，非常容易購到且價(jià)錢最劃算的風(fēng)扇。可是使用時(shí)間長(zhǎng)后，塵土吸咐增加，潤(rùn)滑脂會(huì)因?yàn)槟ゲ涟l(fā)燙而蒸發(fā)，造成 風(fēng)扇噪聲提升，壽命急劇下降。這也是文中重中之重探討這類風(fēng)扇的緣故。含油軸承還能夠細(xì)分化為液壓機(jī)軸承，來福軸承，Hypro軸承等，但全是選用了動(dòng)壓浮油軸承的基本原理[2]。軸承的不一樣，商品壽命也也有不一樣的主要表現(xiàn)。含油軸承構(gòu)造如圖2圖示。

圖2  含油軸承結(jié)構(gòu)

鋼珠軸承風(fēng)扇也是目前市面上較為時(shí)興的風(fēng)扇。此風(fēng)扇的軸承已不僅借助潤(rùn)滑液添充軸芯與軸套間的間隙，只是將室內(nèi)空間略加擴(kuò)張，在這其中嵌入多個(gè)金屬材料鋼珠。當(dāng)軸芯與聯(lián)軸器相對(duì)速度時(shí)，鋼珠也隨著翻轉(zhuǎn)，并不與二者產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，減少旋轉(zhuǎn)摩擦阻力，降低動(dòng)能耗損。若僅以一道鋼珠支撐點(diǎn)，無法確保圓弧的平穩(wěn)，因此一般必須兩條鋼珠開展管束。但因?yàn)闃?gòu)造比較繁雜，鋼珠軸承的制造成本相對(duì)性較高，以便操縱生產(chǎn)成本，便造成了雙鋼珠與單鋼珠兩大類鋼珠軸承。雙鋼珠軸承要比單鋼珠的特性好點(diǎn)。雙鋼珠軸承一般商品壽命達(dá)到50000～100000鐘頭。鋼珠軸承構(gòu)造如圖所示3圖示。

圖3   雙滾珠軸承結(jié)構(gòu)

風(fēng)扇按進(jìn)風(fēng)口方法大概能夠 分成兩大類：即抽濾出風(fēng)和軸排出風(fēng)。

抽濾進(jìn)風(fēng)口風(fēng)扇是將流體力學(xué)從風(fēng)扇的徑向吸進(jìn)后運(yùn)用向心力將流體力學(xué)從圓上方位甩出來，例如鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)，油煙機(jī)等。圖4圖示為抽濾進(jìn)風(fēng)口風(fēng)扇構(gòu)造。

圖4 離心出風(fēng)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)

軸排出風(fēng)風(fēng)扇的特性是流體力學(xué)順著風(fēng)扇葉片的徑向穿過。例如電風(fēng)扇與家庭用的排風(fēng)扇等。圖5圖示為軸排出風(fēng)風(fēng)扇構(gòu)造。

圖5 軸流出風(fēng)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)

2.含油軸承風(fēng)扇的無效原理

含油軸承風(fēng)扇的無效關(guān)鍵分成兩類：即電子元件無效和軸承機(jī)械設(shè)備脆化無效。電子元件無效和別的電子設(shè)備并沒有獨(dú)到之處，因此這兒會(huì)關(guān)鍵詳細(xì)介紹軸承機(jī)械設(shè)備脆化無效。

軸承機(jī)械設(shè)備脆化無效的關(guān)鍵緣故是軸芯和軸套間的潤(rùn)滑脂蒸發(fā)或無效造成 原來的動(dòng)壓浮油軸承[2]造成金屬表層 間的滾動(dòng)摩擦。常見的軸芯原材料是鋼，聯(lián)軸器原材料是銅，因?yàn)殇摫茹~硬，因此長(zhǎng)期的金屬材料間滾動(dòng)摩擦?xí)?dǎo)致軸承表層損壞并造成金屬材料屑阻攔風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，最后會(huì)卡住軸承。如圖所示6圖示。

圖6 金屬間摩擦造成軸承卡死示意圖

另外，潤(rùn)滑脂蒸發(fā)，無效和風(fēng)扇不平衡也會(huì)導(dǎo)致軸芯與聯(lián)軸器兩邊的損壞加重和空隙增大,最后造成 風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)的搖晃和噪聲增大。如圖所示7圖示。

圖7  軸承晃動(dòng)示意圖

3.軸承機(jī)械設(shè)備脆化的影響因素

危害含油軸承機(jī)械設(shè)備脆化的要素關(guān)鍵有操作溫度，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速比，電源開關(guān)頻次，風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，風(fēng)扇的搭建方位和自然環(huán)境中的塵土或外地人臟東西。

操作溫度：風(fēng)扇辦公環(huán)境的溫度會(huì)危害到潤(rùn)滑脂的蒸發(fā)和粘度，從而危害到風(fēng)扇的壽命。圖8圖示的是潤(rùn)滑脂主要參數(shù)平面圖，在其中操作溫度，黏度和蒸發(fā)率主要參數(shù)與軸承的壽命密切相關(guān)。另外如圖所示9圖示，潤(rùn)滑脂粘度與溫度也是立即有關(guān)，這立即危害著軸承是否浮油潤(rùn)化，因此操作溫度立即決策潤(rùn)滑脂的挑選。

圖8  潤(rùn)滑油參數(shù)示意圖

圖9 潤(rùn)滑油黏度與溫度關(guān)系圖

風(fēng)扇轉(zhuǎn)速比：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速比和壽命反比。轉(zhuǎn)速比越高，潤(rùn)滑脂液體磨擦造成的溫度也越高，那樣會(huì)加快潤(rùn)滑脂蒸發(fā)，減少軸承壽命。

電源開關(guān)頻次：含油軸承在啟動(dòng)都還沒產(chǎn)生油楔，軸芯與軸承還處在金屬材料觸碰當(dāng)中，會(huì)造成輕度的損壞，因此經(jīng)常電源開關(guān)也會(huì)危害軸承壽命[2]。

風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡：風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡越好，同樣轉(zhuǎn)速比狀況下造成的向心力便會(huì)越小，因此對(duì)軸承造成的損壞也會(huì)越小，那樣軸承的壽命便會(huì)增加。向心力與偏心距的關(guān)聯(lián)如圖所示10所示。

·不平衡質(zhì)心所造成的向心力

·此向心力等于一偏心距e所造成的向心力

圖10離心力與偏心距的關(guān)系

風(fēng)扇的搭建方位：因?yàn)轱L(fēng)扇的搭建領(lǐng)域差異，功效在軸承上的作用力也會(huì)不一樣。基礎(chǔ)理論上當(dāng)受騙重力方向和軸承平行面時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)軸承的作用力地應(yīng)力最少。如圖所示11圖示。

圖11  重力方向和軸承平行

塵土或外地人臟東西：空氣中的塵土進(jìn)到軸承后將會(huì)會(huì)阻塞軸承的進(jìn)氣系統(tǒng)，毀壞含油軸承原來的動(dòng)壓浮油和潤(rùn)化作用，導(dǎo)致無效。外地人臟東西如果是化學(xué)纖維或蟲類得話，還將會(huì)會(huì)阻塞離心葉輪旋轉(zhuǎn)。如圖所示12圖示。

圖12（a）  灰塵進(jìn)入風(fēng)扇示意圖

圖12（b）灰塵進(jìn)入風(fēng)扇軸承堵塞潤(rùn)滑毛細(xì)孔圖

圖12（c）纖維堵塞風(fēng)扇圖

4.怎樣評(píng)定風(fēng)扇的可信性和壽命

（1）基礎(chǔ)理論測(cè)算和認(rèn)證

了解了風(fēng)扇的構(gòu)造，無效原理和影響因素，那我們可以依照下邊好多個(gè)流程去前期設(shè)計(jì)或挑選一款風(fēng)扇。第一步便是基礎(chǔ)理論測(cè)算。那便是依據(jù)對(duì)風(fēng)扇的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，例如轉(zhuǎn)速比，操作溫度，潤(rùn)滑脂主要參數(shù)，機(jī)械設(shè)備規(guī)格等，按雷洛方程組[2]（公式計(jì)算1Reynolds方程組）去測(cè)算軸承的承載能力。隨后依據(jù)風(fēng)扇搭建方位分辨軸承造成的承載能力是不是能超過向心力和作用力之和。向心力可參照ISO1940[3]，依據(jù)高低不平考量和具體應(yīng)用狀況測(cè)算出，作用力能夠 依據(jù)搭建方位依照牛頓力學(xué)去剖析。

假如計(jì)算公式結(jié)果可以考慮，那麼軸承在健身運(yùn)動(dòng)全過程中軸芯和軸套間理論上是徹底的動(dòng)壓浮油潤(rùn)化。自然它是理想化狀況，因此第二步大家也要用接電源測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)確定軸芯和軸套間是不是在具體工作上確實(shí)存有動(dòng)壓浮油潤(rùn)化。這兒往往再三注重動(dòng)壓浮油是由于動(dòng)壓浮油軸承的基礎(chǔ)理論壽命是10~十五年[2]。只能存有動(dòng)壓浮油潤(rùn)化，風(fēng)扇的壽命才也有一定的確保。當(dāng)軸承間金屬材料滾動(dòng)摩擦產(chǎn)生后，風(fēng)扇會(huì)迅速無效。導(dǎo)電性檢測(cè)如圖所示13圖示。導(dǎo)電性檢測(cè)必須充分考慮具體運(yùn)用中最不盡人意的狀況，例如最高溫度，較大高低不平考量等。

圖13 導(dǎo)電測(cè)試

2）試驗(yàn)認(rèn)證和壽命評(píng)價(jià)方法

可信性試驗(yàn)認(rèn)證常見的方式是高低溫試驗(yàn)，以便節(jié)約時(shí)間，加快檢測(cè)是不可或缺的。融合前邊的無效原理和壽命影響因素，這兒關(guān)鍵詳細(xì)介紹的是高溫高低溫試驗(yàn)方式。但這一高溫高低溫試驗(yàn)會(huì)融合風(fēng)扇的搭建方位，塵土檢測(cè)和電源開關(guān)高低溫試驗(yàn)。目地是關(guān)鍵評(píng)定潤(rùn)滑脂在高溫狀況下的蒸發(fā)狀況，也有向心力，作用力，塵土和經(jīng)常電源開關(guān)對(duì)軸承壽命的危害。

表1是實(shí)際案例采用的測(cè)試條件

注：

1）風(fēng)扇電源開關(guān)頻次和風(fēng)扇電源開關(guān)周期時(shí)間可依據(jù)具體情況設(shè)置，但要考慮到油溫度制冷時(shí)間。

2）IP防水等級(jí)可依據(jù)具體應(yīng)用狀況設(shè)置。檢測(cè)完的試品提議再次高低溫試驗(yàn)并與一般高溫脆化試品的試品比照。

3)無效規(guī)范：噪聲提升5分鐘貝或是轉(zhuǎn)速比，起動(dòng)電流量擴(kuò)大15%。

這兒提議應(yīng)用2個(gè)脆化溫度測(cè)試，那樣可以用試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證風(fēng)扇的壽命加快因素，而不是立即選用IPC提議的10度二倍的關(guān)聯(lián)去測(cè)算壽命[4]。在高低溫試驗(yàn)中把風(fēng)扇檢測(cè)到無效會(huì)必須較長(zhǎng)的時(shí)間，這里提議能夠 檢測(cè)基本參數(shù)的衰退來評(píng)定壽命，例如把轉(zhuǎn)速比減少15%，起動(dòng)電流量提升15%或噪聲提升5分鐘貝做為無效時(shí)間，那樣既能夠 減少時(shí)間，又可以取得較為真正的數(shù)據(jù)信息[4]。

（3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

表2是依照表1設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)獲得的2組高低溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息。這兒大家選用ALTA手機(jī)軟件提議的威布爾分布和斯托克頓紐斯實(shí)體模型去分析數(shù)據(jù)[5]。如圖所示14我們可以獲得風(fēng)扇無效的形參β=8.9268和活化能Ea=0.0667。

  表2  老化測(cè)試數(shù)據(jù)

圖14   ALTA分析結(jié)果

從剖析結(jié)果我們可以見到，具體數(shù)據(jù)的分析結(jié)果和IPC-9591提議的樣子主要參數(shù)和活化能差許多。因而針對(duì)銷售電價(jià)規(guī)定的商品，目前的參照將會(huì)規(guī)范并不適合。

依據(jù)：

現(xiàn)階段，風(fēng)扇在每個(gè)制造行業(yè)上都有普遍的應(yīng)用。伴隨著顧客系統(tǒng)對(duì)商品的可信性規(guī)定愈來愈高，必然驅(qū)使我們?cè)谠O(shè)計(jì)方案中采用可信性更強(qiáng)的風(fēng)扇。在這類狀況下，參照應(yīng)用目前的規(guī)范去評(píng)定風(fēng)扇可信性將會(huì)會(huì)一些局限，導(dǎo)致不可以考慮顧客規(guī)定的潛在性風(fēng)險(xiǎn)性。本畢業(yè)論文根據(jù)詳細(xì)介紹風(fēng)扇類型，含油軸承的無效原理和壽命影響因素，并根據(jù)具體實(shí)例融合基礎(chǔ)理論測(cè)算和試驗(yàn)認(rèn)證緊密結(jié)合的方式，為設(shè)計(jì)方案工作人員出示一個(gè)新的構(gòu)思去評(píng)定一款風(fēng)扇的可信性，進(jìn)而考慮設(shè)計(jì)方案規(guī)定并做到系統(tǒng)軟件的最優(yōu)控制設(shè)計(jì)方案。