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怎樣評估含油軸承風扇的可靠性
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嘉興順電子科技 - 

時間 : 2020-05-12 14:27 瀏覽量 : 3

風扇做為積極熱管散熱的關鍵電子器件,具備高效率,價格低等特點,且被普遍應用于電子設備中,如筆記本,開關電源,網絡服務器等。可是風扇也是有噪聲大,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不惜成本選用被動散熱,如iPhoneNewMacBook就選用了無風扇設計方案。如圖所示1圖示。自然這也是歸功于新CPU的高效率環保節能。

無風扇被動散熱盡管有眾多益處,可是現階段只適用小輸出功率商品。針對功率大的商品,風扇仍然是流行的熱管散熱方案設計。在較長一段時間內,工程項目專業技術人員仍然會應對那樣一個難題:即如何去評定和挑選一款靠譜的風扇以考慮系統軟件商品的規定。

這篇文章發表從風扇的構造歸類剛開始,重中之重詳細介紹含油軸承的無效原理和壽命影響因素,并融合實例詳細介紹怎樣在具體工程項目中評定一款含油軸承風扇的可信性。


                            圖1  全新MacBook結構圖

1.風扇的歸類和構造

風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。

含油軸承的風扇是如今目前市面上數最多的,非常容易購到且價錢最劃算的風扇。可是使用時間長后,塵土吸咐增加,潤滑脂會因為磨擦發燙而蒸發,造成 風扇噪聲提升,壽命急劇下降。這也是文中重中之重探討這類風扇的緣故。含油軸承還能夠細分化為液壓機軸承,來福軸承,Hypro軸承等,但全是選用了動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。含油軸承構造如圖2圖示。



含油軸承結構

鋼珠軸承風扇也是目前市面上較為時興的風扇。此風扇的軸承已不僅借助潤滑液添充軸芯與軸套間的間隙,只是將室內空間略加擴張,在這其中嵌入多個金屬材料鋼珠。當軸芯與聯軸器相對速度時,鋼珠也隨著翻轉,并不與二者產生滾動摩擦,減少旋轉摩擦阻力,降低動能耗損。若僅以一道鋼珠支撐點,無法確保圓弧的平穩,因此一般必須兩條鋼珠開展管束。但因為構造比較繁雜,鋼珠軸承的制造成本相對性較高,以便操縱生產成本,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。雙鋼珠軸承一般商品壽命達到50000~100000鐘頭。鋼珠軸承構造如圖所示3圖示。


3   雙滾珠軸承結構

風扇按進風口方法大概能夠 分成兩大類:即抽濾出風和軸排出風。

抽濾進風口風扇是將流體力學從風扇的徑向吸進后運用向心力將流體力學從圓上方位甩出來,例如鼓風機電機,油煙機等。圖4圖示為抽濾進風口風扇構造。



圖4 離心出風風扇結構

軸排出風風扇的特性是流體力學順著風扇葉片的徑向穿過。例如電風扇與家庭用的排風扇等。圖5圖示為軸排出風風扇構造。

軸流出風風扇結構

2.含油軸承風扇的無效原理

含油軸承風扇的無效關鍵分成兩類:即電子元件無效和軸承機械設備脆化無效。電子元件無效和別的電子設備并沒有獨到之處,因此這兒會關鍵詳細介紹軸承機械設備脆化無效。

軸承機械設備脆化無效的關鍵緣故是軸芯和軸套間的潤滑脂蒸發或無效造成 原來的動壓浮油軸承[2]造成金屬表層 間的滾動摩擦。常見的軸芯原材料是鋼,聯軸器原材料是銅,因為鋼比銅硬,因此長期的金屬材料間滾動摩擦會導致軸承表層損壞并造成金屬材料屑阻攔風扇旋轉,最后會卡住軸承。如圖所示6圖示。


金屬間摩擦造成軸承卡死示意圖

另外,潤滑脂蒸發,無效和風扇不平衡也會導致軸芯與聯軸器兩邊的損壞加重和空隙增大,最后造成 風扇旋轉時的搖晃和噪聲增大。如圖所示7圖示。

軸承晃動示意圖

3.軸承機械設備脆化的影響因素

危害含油軸承機械設備脆化的要素關鍵有操作溫度,風扇轉速比,電源開關頻次,風扇電機轉子的轉子動平衡,風扇的搭建方位和自然環境中的塵土或外地人臟東西。

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


潤滑油參數示意圖

潤滑油黏度與溫度關系圖

風扇轉速比:風扇轉速比和壽命反比。轉速比越高,潤滑脂液體磨擦造成的溫度也越高,那樣會加快潤滑脂蒸發,減少軸承壽命。

電源開關頻次:含油軸承在啟動都還沒產生油楔,軸芯與軸承還處在金屬材料觸碰當中,會造成輕度的損壞,因此經常電源開關也會危害軸承壽命[2]。

風扇電機轉子的轉子動平衡:風扇電機轉子的轉子動平衡越好,同樣轉速比狀況下造成的向心力便會越小,因此對軸承造成的損壞也會越小,那樣軸承的壽命便會增加。向心力與偏心距的關聯如圖所示10所示。


·不平衡質心所造成的向心力

·此向心力等于一偏心距e所造成的向心力



10離心力與偏心距的關系

風扇的搭建方位:因為風扇的搭建領域差異,功效在軸承上的作用力也會不一樣。基礎理論上當受騙重力方向和軸承平行面時,電機轉子對軸承的作用力地應力最少。如圖所示11圖示。


11  重力方向和軸承平行

塵土或外地人臟東西:空氣中的塵土進到軸承后將會會阻塞軸承的進氣系統,毀壞含油軸承原來的動壓浮油和潤化作用,導致無效。外地人臟東西如果是化學纖維或蟲類得話,還將會會阻塞離心葉輪旋轉。如圖所示12圖示。


12a  灰塵進入風扇示意圖

12b)灰塵進入風扇軸承堵塞潤滑毛細孔圖

12c)纖維堵塞風扇圖

4.怎樣評定風扇的可信性和壽命

(1)基礎理論測算和認證

了解了風扇的構造,無效原理和影響因素,那我們可以依照下邊好多個流程去前期設計或挑選一款風扇。第一步便是基礎理論測算。那便是依據對風扇的應用標準,例如轉速比,操作溫度,潤滑脂主要參數,機械設備規格等,按雷洛方程組[2](公式計算1Reynolds方程組)去測算軸承的承載能力。隨后依據風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],依據高低不平考量和具體應用狀況測算出,作用力能夠 依據搭建方位依照牛頓力學去剖析。


假如計算公式結果可以考慮,那麼軸承在健身運動全過程中軸芯和軸套間理論上是徹底的動壓浮油潤化。自然它是理想化狀況,因此第二步大家也要用接電源測試標準確定軸芯和軸套間是不是在具體工作上確實存有動壓浮油潤化。這兒往往再三注重動壓浮油是由于動壓浮油軸承的基礎理論壽命是10~十五年[2]。只能存有動壓浮油潤化,風扇的壽命才也有一定的確保。當軸承間金屬材料滾動摩擦產生后,風扇會迅速無效。導電性檢測如圖所示13圖示。導電性檢測必須充分考慮具體運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。

13 導電測試

2)試驗認證和壽命評價方法

可信性試驗認證常見的方式是高低溫試驗,以便節約時間,加快檢測是不可或缺的。融合前邊的無效原理和壽命影響因素,這兒關鍵詳細介紹的是高溫高低溫試驗方式。但這一高溫高低溫試驗會融合風扇的搭建方位,塵土檢測和電源開關高低溫試驗。目地是關鍵評定潤滑脂在高溫狀況下的蒸發狀況,也有向心力,作用力,塵土和經常電源開關對軸承壽命的危害。


1是實際案例采用的測試條件

注:

1)風扇電源開關頻次和風扇電源開關周期時間可依據具體情況設置,但要考慮到油溫度制冷時間。

2)IP防水等級可依據具體應用狀況設置。檢測完的試品提議再次高低溫試驗并與一般高溫脆化試品的試品比照。

3)無效規范:噪聲提升5分鐘貝或是轉速比,起動電流量擴大15%。

這兒提議應用2個脆化溫度測試,那樣可以用試驗數據驗證風扇的壽命加快因素,而不是立即選用IPC提議的10度二倍的關聯去測算壽命[4]。在高低溫試驗中把風扇檢測到無效會必須較長的時間,這里提議能夠 檢測基本參數的衰退來評定壽命,例如把轉速比減少15%,起動電流量提升15%或噪聲提升5分鐘貝做為無效時間,那樣既能夠 減少時間,又可以取得較為真正的數據信息[4]。

(3)數據統計分析

表2是依照表1設置標準獲得的2組高低溫試驗數據信息。這兒大家選用ALTA手機軟件提議的威布爾分布和斯托克頓紐斯實體模型去分析數據[5]。如圖所示14我們可以獲得風扇無效的形參β=8.9268和活化能Ea=0.0667。


  老化測試數據

14   ALTA分析結果

從剖析結果我們可以見到,具體數據的分析結果和IPC-9591提議的樣子主要參數和活化能差許多。因而針對銷售電價規定的商品,目前的參照將會規范并不適合。

依據:

現階段,風扇在每個制造行業上都有普遍的應用。伴隨著顧客系統對商品的可信性規定愈來愈高,必然驅使我們在設計方案中采用可信性更強的風扇。在這類狀況下,參照應用目前的規范去評定風扇可信性將會會一些局限,導致不可以考慮顧客規定的潛在性風險性。本畢業論文根據詳細介紹風扇類型,含油軸承的無效原理和壽命影響因素,并根據具體實例融合基礎理論測算和試驗認證緊密結合的方式,為設計方案工作人員出示一個新的構思去評定一款風扇的可信性,進而考慮設計方案規定并做到系統軟件的最優控制設計方案。


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