九大軸承技術(shù)發(fā)展史：從含油到磁懸浮

　　因?yàn)椴煌S承擁有不同的表現(xiàn)效果，不能一概而論，更不能道聽途說。昆山福瑞格機(jī)電科技有限公司小編在這里給大家分享一下，市場上散熱風(fēng)扇軸承的相關(guān)知識，希望對大家有所幫助。

　　軸承類型是指風(fēng)冷散熱器風(fēng)扇所使用的軸承類形。在機(jī)械工程上，軸承的類形非常多，但在散熱器產(chǎn)品上使用的也就那么幾種：使用滑動摩擦的含油軸承(套筒軸承)和使用滾動摩擦的滾珠軸承以及兩種軸承形式混合這三種。

　　近些年來各大散熱器廠商在軸承方面推出的新技術(shù)，諸如納米陶瓷軸承、來福軸承等也都是對上面這幾種基本形式軸承加以改進(jìn)而成，運(yùn)作原理還是沒有變化。普通風(fēng)冷散熱器上主要使用含油軸承和滾珠軸承。

　　含油軸承是使用滑動摩擦的套筒軸承，使用潤滑油作為潤滑劑和減阻劑。雖然噪音低，制造成本也低，但磨損嚴(yán)重，壽命較滾珠軸承有很大差距。而且使用時間一長，由于油封的原因，潤滑油會逐漸揮發(fā)，而且灰塵也會進(jìn)入軸承，從而引起風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢，噪音增大等問題。要持續(xù)加油或換新。

　　滾珠軸承改變了軸承的摩擦方式，采用滾動摩擦，這一方式更為有效的降低了軸承面之間的摩擦現(xiàn)象，有效提升了風(fēng)扇軸承的使用壽命，也因此將散熱器的使用壽命延長。所帶來的缺點(diǎn)就是工藝更為復(fù)雜，導(dǎo)致成本提升，同時也帶來更高的工作噪音。

　　當(dāng)前磁懸浮軸承(Magnetic Bearing)開始流行，事實(shí)上其還不能算做是一種單獨(dú)的軸承方式。因?yàn)槠渚唧w應(yīng)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。磁懸浮軸承是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸。與傳統(tǒng)的滾珠軸承、含油軸承相比，磁軸承不存在機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行到很高的轉(zhuǎn)速，具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。

　　近些年來各大散熱器廠商在軸承方面推出的新技術(shù)，諸如磁浮軸承、流體保護(hù)系統(tǒng)軸承、液壓軸承、來福軸承、納米陶瓷軸承等也都是對上面這些基本的軸承形式加以改進(jìn)而成，基本工作原理還是沒有變化。

●　含油軸承

普通含油軸承填充較多油料

傳統(tǒng)含油軸承油料容易揮發(fā)和沾染灰塵

　　含油軸承(Sleeve Bearing) 是使用滑動摩擦的套筒軸承，使用潤滑油作為潤滑劑和減阻劑，初期使用時運(yùn)行噪音低，制造成本也低，但是這種軸承磨損嚴(yán)重，壽命較滾珠軸承有很大差距。而且這種軸承使用時間一長，由于油封的原因(電腦散熱器產(chǎn)品都不可能使用高檔油封，一般也就是普通的紙油封)，潤滑油會逐漸揮發(fā)，而且灰塵也會進(jìn)入軸承，從而引起風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢，噪音增大等問題，嚴(yán)重的還會因?yàn)檩S承磨損造成風(fēng)扇偏心引發(fā)劇烈震動。出現(xiàn)這些現(xiàn)象，要么打開油封加油，要么就只有淘汰另購新風(fēng)扇。

含油軸承示例

　　以金屬粉末為主要原料，用粉末冶金法制作的燒結(jié)體，其本來就是多孔質(zhì)的，而且具有在制造過程中可較自由調(diào)節(jié)孔隙的數(shù)量、大小、形狀及分布等技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)。 利用燒結(jié)體的多孔性，使之含浸10%-40%(體積分?jǐn)?shù))潤滑油，于自行供油狀態(tài)下使用。運(yùn)轉(zhuǎn)時，軸承溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大，因而自動進(jìn)入滑動表面以潤滑軸承，停止工作時油又隨溫度下降被吸回孔隙。

　　含油軸承具有成本低、能吸振、噪聲小、在較長工作時間內(nèi)不用加潤滑油等特點(diǎn)，特別適用于不易潤滑或不允許油臟污的工作環(huán)境。孔隙度是含油軸承的一個重要參數(shù)。在高速、輕載下工作的含油軸承要求含油量多，孔隙度宜高。在低速、載荷較大下工作的含油軸承要求強(qiáng)度高，孔隙度宜低。這種軸承發(fā)明于20世紀(jì)初，因其制造成本低、使用方便，得到了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已成為汽車、家電、音響設(shè)備、辦公設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械、精密機(jī)械等各種工業(yè)制品發(fā)展不可或缺的一類基礎(chǔ)零件。

　　含油軸承分為銅基、鐵基、銅鐵基等。

●　單滾珠軸承

單滾珠軸承原理示例

　　單滾珠軸承(1 Ball+1 Sleeve Bearing) 是對傳統(tǒng)含油軸承的改進(jìn)，采用滑動摩擦和滾動摩擦混合的形式，其實(shí)就是用一個滾珠軸承搭配一個含油軸承的方式來降低雙滾珠軸承的成本，它的轉(zhuǎn)子與定子之間用滾珠進(jìn)行潤滑，并配以潤滑油。它克服了含油軸承壽命短，運(yùn)行不穩(wěn)定的毛病，而成本上升極為有限。單滾珠軸承吸收了含油軸承和雙滾珠軸承的優(yōu)點(diǎn)，將軸承的使用壽命提升到了40000小時，缺點(diǎn)是在加入滾珠之后，運(yùn)行噪聲有所增大，但仍小于雙滾珠軸承。

　　噪音低、壽命長是單滾珠軸承的特點(diǎn)，克服了雙滾珠的高噪音，高成本，高難度的缺點(diǎn)。繼承了雙滾珠較長壽命的優(yōu)點(diǎn)，吸收了油封軸承噪音低的優(yōu)點(diǎn)，可以說是低價(jià)位里首選的軸承。與其媲美的有液壓軸承，壽命在4~5萬小時，優(yōu)點(diǎn)在于長期使用噪音不會增加，無需添加潤滑劑。單滾珠軸承在長期使用后噪音略微增加，可以添加潤滑脂來解決問題。但是液壓軸承不用，因此液壓軸承難度高，價(jià)格高。

●　雙滾珠軸承

雙滾珠軸承原理示例

全封閉滾珠軸承

　　雙滾珠軸承(2 Ball Bearing) 屬于比較高檔的軸承，采用滾動摩擦的形式，采用了兩個滾珠軸承，軸承中有數(shù)顆微小鋼珠圍繞軸心，當(dāng)扇頁或軸心轉(zhuǎn)動時，鋼珠即跟著轉(zhuǎn)動。因?yàn)槎际乔蝮w，所以摩擦力較小，且不存在漏油的問題。雙滾珠軸承的優(yōu)點(diǎn)是壽命超長，大約在50000-100000小時?？估匣阅芎?，適合轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)扇。

　　雙滾珠軸承的缺點(diǎn)是制造成本高，并且在同樣的轉(zhuǎn)速水平下噪音最大。雙滾珠軸承和液壓軸承的封閉性較好，尤其是雙滾珠軸承。雙滾珠軸承被整個嵌在風(fēng)扇中，轉(zhuǎn)動部分沒有與外界直接接觸。在密封的環(huán)境中，軸承的工作環(huán)境比較穩(wěn)定。因此5000轉(zhuǎn)級別的大口徑風(fēng)扇幾乎都使用雙滾珠軸承。不過液壓軸承由于具備獨(dú)特的還回式油路，所以潤滑油泄露的可能性較小，根本不用過多擔(dān)心。

★ 液壓軸承

　　液壓軸承(Hydraulic Bearing) 是由AVC首創(chuàng)的技術(shù)，是在含油軸承的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。液壓軸承擁有比含油軸承更大的儲油空間，并有獨(dú)特的環(huán)回式供油回路。液壓軸承風(fēng)扇的工作噪音有明顯的降低，使用壽命也非常長，可達(dá)到40000小時。液壓軸承實(shí)質(zhì)上仍然是一種含油軸承。但這種經(jīng)過了改進(jìn)，壽命比普通油封軸承大大延長了，并且繼承了含油軸承的優(yōu)點(diǎn)——運(yùn)行噪音小。目前液壓軸承已經(jīng)在AVC散熱器中得到了應(yīng)用，但并非所有的AVC散熱器都采用液壓軸承風(fēng)扇。

★ 來福軸承

左為含油軸承，右為來福軸承

　　來福軸承(Rifle Bearing) 技術(shù)的代表廠商是CoolerMaster，目前CoolerMaster已經(jīng)將旗下的大部分傳統(tǒng)含油軸承風(fēng)扇升級到來福軸承。作為傳統(tǒng)含油軸承的改進(jìn)，來福軸承采用耐磨材料制成高含油中空軸承，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(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時含油將形成反向回游，從而避免含油流失，因此提升了軸承壽命。來福軸承風(fēng)扇通過采用以上結(jié)構(gòu)及零件，使得含油及保油能力大幅提升，并降低了噪音。

★ 流體動態(tài)軸承

流體動態(tài)軸承示例

　　流體動態(tài)軸承(Hypro Bearing) 其名稱來源于HY(Hydrodynamic wave，流體力學(xué)波)PRO(Oil protection system，油護(hù)系統(tǒng))，系知名散熱器及風(fēng)扇設(shè)計(jì)制造廠家ADDA的專利產(chǎn)品，也是在傳統(tǒng)含油軸承基礎(chǔ)之上進(jìn)行多項(xiàng)改進(jìn)而成。流體動態(tài)軸承與液壓軸承可謂殊途同歸，兩種設(shè)計(jì)各自采用了一些獨(dú)到的改進(jìn)措施，但精髓同為循環(huán)油路系統(tǒng)，各方面的表現(xiàn)也基本相當(dāng)。通常產(chǎn)品壽命可達(dá)50000小時以上。

ADDA風(fēng)扇

★ 納米陶瓷軸承

　
富士康散熱器率先引入納米陶瓷軸承

　
納米陶瓷軸承外觀

　　納米陶瓷軸承(NANO Ceramic Bearing，NCB) 在本質(zhì)上仍然是一種含油軸承，是由富士康在其產(chǎn)品中首先引入的。傳統(tǒng)含油軸承風(fēng)扇在使用過程中磨損比較嚴(yán)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(shù)采用了特殊的高分子材料與特殊添加劑充分融合。

納米陶瓷軸承示例

納米氧化鋯在顯微鏡下的顆粒

　　軸承核心全面采用特殊的二氧化皓材料，使用沖模及燒結(jié)工藝制成，晶體顆粒由過去的60um下降到了0.3um，具有堅(jiān)固、光滑、耐磨等特性。納米陶瓷軸承具有很強(qiáng)的耐高溫能力，不易揮發(fā)，這大大延長了風(fēng)扇的使用壽命，納米軸承的性質(zhì)與陶瓷類似，越磨越光滑。據(jù)測試，采用納米陶瓷軸承的風(fēng)扇平均使用壽命都在15萬小時以上。這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)并非真正的納米技術(shù)，所使用的材料也并非真正的納米級材料，只不過是采用了納米這樣的字眼來吸引眼球罷了。

納米級氧化鋯物理特性

　　納米級氧化鋯粉具有大幅降低燒結(jié)溫度、高硬度、高強(qiáng)度的特點(diǎn)。在熱膨脹系數(shù)、摩擦系數(shù)、密度、硬度等方面的參數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油封軸承及滾珠軸承所使用的青銅以及軸承鋼，甚至于有些參數(shù)已達(dá)到可與鉆石系數(shù)相媲美的程度。利用這些特點(diǎn)使納米陶瓷軸承本身可以將密度做到很小，使耐高溫程度得以擴(kuò)大，并且具有了極強(qiáng)的絕緣性及抗壓、耐氧化、耐腐蝕的特性，大幅領(lǐng)先傳統(tǒng)工藝風(fēng)扇生產(chǎn)。

　　傳統(tǒng)油封軸承風(fēng)扇在使用過程中磨耗嚴(yán)重，使用壽命非常短，而且很容易隨著溫度的升高使內(nèi)部受熱膨脹而卡住軸心，出現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低甚至停止轉(zhuǎn)動的情況，對各種設(shè)備的芯片而言這是極其危險(xiǎn)的。而采用納米陶瓷軸承的風(fēng)扇則具有非常強(qiáng)的耐高溫能力，而且納米級的粒子潤滑劑同時又具有不易揮發(fā)的特點(diǎn)，使采用納米陶瓷軸承的風(fēng)扇壽命成倍延長。

　　與滾珠軸承風(fēng)扇相比，納米陶瓷軸承風(fēng)扇的噪聲也得到了很好的控制，所產(chǎn)生的噪聲比雙滾珠軸承低2—3dB。納米陶瓷軸承風(fēng)扇在組裝過程中，也比滾珠軸承風(fēng)扇的工序簡單很多，從而在無形中使品質(zhì)得到了提高，成本得以降低。由于納米陶瓷軸承體積較小，所以在風(fēng)扇的設(shè)計(jì)中便可加長電機(jī)的繞線，從而增大功率提高轉(zhuǎn)速。相對于滾珠軸承風(fēng)扇，其中心面積更小，有效增加了葉片空間面積，增大了空氣流通量。

●　磁懸浮軸承

磁懸浮軸承構(gòu)造

　　磁懸浮軸承(Magnetic Bearing) 是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸。其原理是磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直，軸芯與磁浮線是平行的，所以轉(zhuǎn)子的重量就固定在運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉(zhuǎn)子懸空，在固定運(yùn)轉(zhuǎn)軌道上。與傳統(tǒng)的滾珠軸承、含油軸承相比，磁軸承不存在機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行到很高的轉(zhuǎn)速，具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。磁懸浮事實(shí)上只是一種輔助功能，并非是獨(dú)立的軸承形式，具體應(yīng)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。這項(xiàng)技術(shù)并沒有得到歐美國家的認(rèn)可。

磁懸浮軸承工作原理

主動式磁懸浮軸承原理

　　拿一個簡單的磁懸浮系統(tǒng)舉例，它是由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個向下的擾動，就會偏離其參考位置，這時傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器將檢測的位移變換成控制信號，然后功率放大器將這一控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子返回到原來平衡位置。因此，不論轉(zhuǎn)子受到向下或向上的擾動，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

　　磁懸浮軸承(Magnetic Bearing) 的馬達(dá)采用磁懸浮(Magnetic System，MS)設(shè)計(jì)，其磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直，故軸芯與磁浮線是平行的，所以轉(zhuǎn)子的重量就固定在運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉(zhuǎn)子懸空，在固定運(yùn)轉(zhuǎn)軌道上。因此，磁懸浮事實(shí)上只是一種輔助功能，并非是獨(dú)立的軸承形式，具體應(yīng)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。這項(xiàng)技術(shù)并沒有得到歐美國家的認(rèn)可。

★ 汽化軸承

　　汽化軸承(VAPO Bearing) 是由Sunon將磁懸浮技術(shù)改進(jìn)而來的，就是把含油軸承的軸套硬度加強(qiáng)，并且采用特殊的材料，其內(nèi)層表面也是經(jīng)過特殊加工的，這樣就克服了含油軸承不耐高溫的缺點(diǎn)，再和磁懸浮技術(shù)配合，就大大延長了使用壽命。

　　隨著控制理論的發(fā)展以及對磁懸浮軸承系統(tǒng)性能要求的不斷提高，磁懸浮系統(tǒng)控制器需要實(shí)現(xiàn)的控制算法的復(fù)雜程度日漸加大。傳統(tǒng)的模擬控制器雖然具有成本低、速度快、性能穩(wěn)定、對PID控制算法適應(yīng)良好等優(yōu)點(diǎn)，但卻難以滿足用戶日益增高的需求。于是數(shù)字控制成為磁軸系統(tǒng)控制的主流趨勢, 臺灣SUNON主要出品SUNON磁浮VAPO軸承風(fēng)扇。

★ 特殊個體——外磁式軸承

外磁式風(fēng)扇外觀

外磁式風(fēng)扇內(nèi)部構(gòu)造

　　外磁式（T.M.D）風(fēng)扇的特點(diǎn)是將電機(jī)移到邊框周圍，中心只以很小的軸承支撐。帶來的好處是顯而易見的：增大了過風(fēng)面積和極大地縮小了盲區(qū)。據(jù)稱這種設(shè)計(jì)可增加30%的風(fēng)量和靜壓，并且由于T.M.D技術(shù)還將專利扇葉和導(dǎo)流外環(huán)結(jié)合為一體，能夠使氣流更集中且減少湍流的產(chǎn)生，從而提高了散熱效率并降低5%的噪音。一般而言配備滾珠會更合適一些，摩擦力小，使用壽命也更長。用液壓軸承沒什么不可以，只是軸承老化可能導(dǎo)致啟動速度減慢，而且使用壽命也不及滾珠軸承。

●　軸承類型對比

對比數(shù)據(jù)

　　通過對比不難看出，伴隨不斷改進(jìn)和完善，龐大的含油軸承家族已經(jīng)能夠勝任主流應(yīng)用需求。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的液壓風(fēng)扇，壽命基本上在3萬-5萬小時之間，完全能夠勝任普通應(yīng)用需求。而靜音效果也明顯要好過滾珠風(fēng)扇，因此玩家在選購風(fēng)扇時無需盲目追求滾珠風(fēng)扇。況且滾珠風(fēng)扇的工藝難度相對較高，價(jià)格也更貴。不過對于追求壽命的玩家來說，倒不妨選購雙滾珠風(fēng)扇，還有納米陶瓷軸承。而對于追求超靜音的玩家來說，選購磁懸浮風(fēng)扇則會更好一些，不過弊端就是工藝難度高，價(jià)格比較昂貴一些。

總結(jié)：

　　通過以上介紹不難發(fā)現(xiàn)，小小散熱風(fēng)扇挑選起來還是有很多門道可循。而且有時壽命與靜音、靜音與成本、壽命與成本之間是不成正比的，因此在挑選時一定要多加注意和區(qū)分。千萬不要顧此失彼，當(dāng)然也不要錯過自己最需要的功能，建議結(jié)合消費(fèi)能力、應(yīng)用環(huán)境及風(fēng)量大小等特點(diǎn)來進(jìn)行挑選。

　　隨著智能化行業(yè)，新能源行業(yè)，各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，散熱市場需求日益增大。為滿足客戶的一站式選擇體驗(yàn)，福瑞格在擁有自己生產(chǎn)產(chǎn)能的同時，先后與行業(yè)巨頭成功攜手，?目前福瑞格合作的散熱風(fēng)扇品牌有ADDA、SUNON，生產(chǎn)工廠均已通過ISO9001、ISO14001、QS9000，TS14969等認(rèn)證。產(chǎn)品通過TUV、VDE、CSA、UL、CE、CCC等質(zhì)量認(rèn)證。品牌相關(guān)產(chǎn)品與惠普、Aiwa、西門子、Compaq、廣達(dá)電腦、acer、索尼、三星電子、日立、微軟、BenQ、研華科技、大華、?？低?、大疆無人機(jī)、海爾、Lenovo...等諸多國際品牌廠家合作，在散熱風(fēng)扇業(yè)界具相當(dāng)知名度。

　　昆山福瑞格機(jī)電科技有限公司始終以“專業(yè)服務(wù)客戶，誠信造就未來”為理念，以最專業(yè)的產(chǎn)品和最貼心的服務(wù)為客戶持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值，歷年來福瑞格為全球各地的客戶提供了優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)，同時也受到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛好評與信賴，取得良好的社會聲譽(yù)。經(jīng)過幾年的努力，公司不斷壯大，產(chǎn)品常年出口東南亞，歐美等地，同時在國內(nèi)也開辟了廣大的貿(mào)易市場和一批忠實(shí)的客戶群體。智慧創(chuàng)造卓越，汗水澆筑輝煌，我們懷著強(qiáng)烈的時代使命感，發(fā)揚(yáng)求真務(wù)實(shí)、開拓創(chuàng)新的精神，腳踏實(shí)地、努力拼搏，爭創(chuàng)一流企業(yè)和一流的品牌。

  　更多風(fēng)扇問題，請進(jìn)昆山福瑞格機(jī)電科技官網(wǎng)http://www.wdwangluo.com咨詢。 在線客服