超靜音型電腦風(fēng)扇散熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)

1、遼 寧 職 業(yè) 學(xué) 院liaoning vocational college 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)題目： 超靜音型電腦風(fēng)扇散熱器的機(jī)械設(shè)計(jì) 院 系： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱 職 稱 成 績(jī)： 遼寧職業(yè)學(xué)院機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)二一一年十二月制遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：_分 院： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 職稱 職稱 20 年 月 日本人聲明聲明內(nèi)容如下：我聲明，本論文及其設(shè)計(jì)工作是由本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。聲明人： 日 期： 遼寧職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文目錄摘要11 緒論

2、21.1 本課題來源21.2 本課題意義和作用21.3 目前國(guó)內(nèi)廠商靜音版散熱器風(fēng)扇的靜音情況31.4 本課題研究的內(nèi)容32 風(fēng)扇扇葉的設(shè)計(jì)42.1 確定民眾化的處理器發(fā)熱量42.1.1 確定分析對(duì)象42.1.2 分析處理器發(fā)熱量52.2 分析機(jī)箱內(nèi)部環(huán)境溫度。52.2.1 分析電腦機(jī)箱其它硬件發(fā)熱量52.2.2 分析機(jī)箱自身鋼板的有效散熱面積52.2.3 分析機(jī)箱自身鋼板的被動(dòng)散熱能力62.2.4 計(jì)算機(jī)箱內(nèi)每分鐘的總發(fā)熱量72.2.5 分析機(jī)箱內(nèi)部風(fēng)道72.2.6 分析機(jī)箱內(nèi)部工作溫度82.3 設(shè)計(jì)風(fēng)葉102.3.1 分析cpu散熱器風(fēng)扇所需風(fēng)量102.3.2 初步預(yù)制風(fēng)葉整體設(shè)計(jì)原則11

3、2.3.3 用autocad2006繪制風(fēng)扇粗略模擬草圖。112.3.4 設(shè)計(jì)風(fēng)葉曲率132.3.5 設(shè)計(jì)風(fēng)葉傾角132.3.6 設(shè)計(jì)風(fēng)葉間距，確定風(fēng)葉個(gè)數(shù)142.3.7 風(fēng)葉間距和個(gè)數(shù)的校核162.3.8 設(shè)計(jì)葉端間距162.3.9 設(shè)計(jì)風(fēng)葉弧度172.3.10 設(shè)計(jì)風(fēng)葉的軸心高度182.3.11 計(jì)算風(fēng)葉最大外徑192.3.12 整理設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制圖樣203 計(jì)算風(fēng)扇所需轉(zhuǎn)速213.1 計(jì)算風(fēng)扇每轉(zhuǎn)的理論風(fēng)量213.1.1 計(jì)算每片風(fēng)葉的空間容量213.1.2 計(jì)算風(fēng)扇每一轉(zhuǎn)的理論風(fēng)量223.1.3 對(duì)理論風(fēng)量進(jìn)行折算233.2 計(jì)算風(fēng)扇所需轉(zhuǎn)速243.2.1 計(jì)算風(fēng)扇的理論轉(zhuǎn)速243.2

4、.2 綜合分析，得到額定的轉(zhuǎn)速244 軸承和電機(jī)部分的設(shè)計(jì)254.1 選擇軸承254.1.1 各種風(fēng)扇軸承簡(jiǎn)介254.1.2 選用軸承254.2 設(shè)計(jì)電機(jī)264.2.1 選擇電機(jī)類型，確定是否有無功功率264.2.2 有刷電機(jī)與無刷電機(jī)的選擇274.2.3 所需電機(jī)功率的計(jì)算274.2.4 電機(jī)漆包線截面積的計(jì)算284.2.5 電機(jī)鐵芯的設(shè)計(jì)294.2.6 選擇鐵芯材料304.2.7 確定風(fēng)扇各部件的安裝方案305 散熱片的設(shè)計(jì)325.1 選擇散熱片樣式325.2 散熱片材料的選擇335.3 散熱片體積與片數(shù)等參數(shù)的確定335.4 散熱器裝配355.4.1 鋁質(zhì)散熱片與底部銅板的接觸355.4

5、.2 散熱片與風(fēng)扇間的裝配356 選擇加工材料及方式366.1 風(fēng)扇的加工366.1.1 風(fēng)扇的加工材料366.1.2 風(fēng)扇的加工方式366.2 散熱片的加工方式367 最終設(shè)計(jì)預(yù)覽圖378 結(jié)束語(yǔ)37參考文獻(xiàn)38附錄139附錄241附錄342致謝43 ii摘要近幾年個(gè)人電腦配置越來越高級(jí)，高配置必然擁有更大的熱功耗，都要配更強(qiáng)大的風(fēng)扇式散熱器，甚至用水冷來降溫。電腦風(fēng)扇噪聲越來越大，越來越影響人的心情和健康，為減小噪音，本文設(shè)計(jì)了一套靜音型cpu散熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其他構(gòu)件。本文從用戶需要的角度出發(fā)，和世界環(huán)境協(xié)會(huì)的環(huán)保要求，從電腦硬件方面的實(shí)際考查開始著手，通過實(shí)際調(diào)查，了解當(dāng)今最迫切解決的

6、問題。采集大量電腦中央處理器的熱功耗資料（詳情見附錄1）。對(duì)機(jī)箱內(nèi)的環(huán)境溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，針對(duì)具體的散熱環(huán)境，提出設(shè)計(jì)目準(zhǔn)則。認(rèn)真學(xué)習(xí)機(jī)械制造，了解空氣運(yùn)動(dòng)特性，知道物理學(xué)共振方面知識(shí)及其它物理知識(shí)。為散熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。經(jīng)過理論計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬，確定基本設(shè)計(jì)原則，確定技術(shù)要求，根據(jù)目前機(jī)械零部件的加工能力，技術(shù)水平，確定設(shè)計(jì)方案，再根據(jù)藝術(shù)的美感，合理修改樣式，將其藝術(shù)化。此次精心設(shè)計(jì)了一個(gè)靜音版散熱風(fēng)扇，可將噪音控制在18分貝以下，根據(jù)人耳對(duì)聲音感覺的靈敏度（見附錄2），10到30分貝是屬于極靜的環(huán)境。達(dá)到18分貝以下是相當(dāng)安靜的。還給工作在電腦前人們健康安靜的環(huán)境。而后再經(jīng)過認(rèn)

7、真計(jì)算和方案校核，修改設(shè)計(jì)的不足，查看機(jī)械零件手冊(cè)，選擇最合適的風(fēng)扇低噪音長(zhǎng)壽命且廉價(jià)電機(jī)類型和軸承類型，合理設(shè)計(jì)風(fēng)扇功率，尺寸大小。最終設(shè)計(jì)出了僅擁有五個(gè)扇葉，酷似飛機(jī)的螺旋槳的樣子形狀的風(fēng)扇，和與之配套的千翅蝴蝶形狀的散熱片，組成了適合多平臺(tái)的cpu散熱器。且風(fēng)扇和散熱片設(shè)計(jì)成可拆卸式，更是方便了日后的除塵，非常人性化。最后整理設(shè)計(jì)方案，繪制最終圖紙，編寫本篇論文。關(guān)鍵字： 靜音 藝術(shù)化 長(zhǎng)壽命 廉價(jià) 1 緒論1.1 本課題來源進(jìn)入18世紀(jì)是科技快速發(fā)展的時(shí)代，很多新生事物接踵而來。尤其電子計(jì)算機(jī)的誕生，讓科技突飛猛進(jìn)，很多疑難問題，經(jīng)過計(jì)算機(jī)都能輕易解決。需要人工大量運(yùn)算的問題，經(jīng)計(jì)算機(jī)

8、幾秒鐘就能搞定。時(shí)代在進(jìn)步，計(jì)算機(jī)也不僅僅應(yīng)用在當(dāng)初科學(xué)計(jì)算等專業(yè)領(lǐng)域了。由于計(jì)算機(jī)制造在進(jìn)步，速度越來越快，體積越來越小，價(jià)格越來越便宜，讓計(jì)算機(jī)也走進(jìn)了我們的日常生活中，走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，走進(jìn)了各行各界，計(jì)算機(jī)已經(jīng)無所不在了。計(jì)算機(jī)的性能也是今非昔比，單核心處理器由最初每秒計(jì)算五千次，到現(xiàn)在每秒二十億（主頻2.0ghz）次以上。但速度的提高確是以功耗增加和發(fā)熱量增大為代價(jià)的，為了讓電腦硬件不至于因高溫罷工，必然要加大散熱風(fēng)扇和中塔式散熱片，與此同時(shí)噪聲增加得也非常大。圖1 占據(jù)著主板大半壁江山的高檔中塔式cpu散熱器 1.2 本課題意義和作用 人們感到暢快的同時(shí)，噪聲問題越來越讓人感到厭煩，

9、因此擁有一臺(tái)極致靜音的電腦一直是diy玩家的夢(mèng)想。雖然國(guó)家已經(jīng)出了電腦噪音標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)人電腦不得高于55分貝，網(wǎng)吧電腦不得高于45分貝，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在夜深人靜時(shí)還是讓人心煩的。而且非品牌機(jī)，個(gè)人自己組裝電腦很多達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。不少diy玩家想方設(shè)法減低噪音，如為消除轉(zhuǎn)速高達(dá)每秒7200轉(zhuǎn)的硬盤噪音，采取懸掛硬盤的方式，為了消滅風(fēng)扇噪音，不惜重金買水冷裝置，但還有問題，水冷裝置的水箱散熱還是需要風(fēng)扇的，而且整套水冷近千元的價(jià)格也不是普通的人愿意接受的，短時(shí)間內(nèi)風(fēng)冷的地位還是無可動(dòng)搖的。因此設(shè)計(jì)出一種靜音型帶風(fēng)扇的散熱器非常實(shí)用。本文針對(duì)通常的散熱風(fēng)扇噪音大的問題，面向用戶和環(huán)保的要求，來設(shè)計(jì)可以大幅降低風(fēng)

10、扇噪音的機(jī)械結(jié)構(gòu)。從扇葉角度和曲率的選擇，轉(zhuǎn)速的選擇，軸承和電機(jī)的設(shè)計(jì)，以及風(fēng)量和風(fēng)壓的校核，多個(gè)風(fēng)扇之間的匹配問題進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。給電腦前的人們創(chuàng)造安靜的環(huán)境。1.3 目前國(guó)內(nèi)廠商靜音版散熱器風(fēng)扇的靜音情況在本次設(shè)計(jì)之初，預(yù)先調(diào)查研究了國(guó)內(nèi)幾個(gè)知名電腦散熱配件廠商的設(shè)計(jì)和制造現(xiàn)狀。查閱了國(guó)內(nèi)四大主力廠商，九州風(fēng)神、超頻三、酷冷至尊和tt的相關(guān)信息。由于靜音的概念很早就已經(jīng)提出了，所以各大廠商紛紛推出了自己的靜音版散熱器，每個(gè)廠商都有了自己的一整套技術(shù)。很多方式和技術(shù)的相似性，形成了一種趨勢(shì)，已經(jīng)掌握了靜音的基本規(guī)律，例如，優(yōu)化風(fēng)葉的各種角度和曲線。以大直徑低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇取代小直徑高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇。使用

11、新型電機(jī)軸承，以滾珠軸承取代含油軸承，液態(tài)軸承取代滾珠軸承，還有更好的磁懸浮軸承及精密陶瓷軸承。扇葉數(shù)目也廣泛采用了單數(shù)。扇葉形狀也基本形成了幾大種：蟬翼形、小翼形、鐮刀形、蝠翼形等幾種。各有各的優(yōu)級(jí)點(diǎn)。各個(gè)靜音版散熱器如雨后春筍般出現(xiàn)在市面上。很多標(biāo)稱靜音值達(dá)到了20分貝以下。圖2 超頻三的可拆卸蟬翼形風(fēng)葉（引自百度圖片）1.4 本課題研究的內(nèi)容這些大廠雖然產(chǎn)品靜音效果十分顯著，但其中還存在一些問題，很多靜音版風(fēng)扇，由于設(shè)計(jì)花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，制造技術(shù)要求也比較高，選材也要精選，因此往往價(jià)格很高，用戶需花很多錢購(gòu)買，本次課題，從大眾角度出發(fā)，站在普通用戶角度，來設(shè)計(jì)一種即節(jié)約成本，又能達(dá)到靜音效果的

12、大眾化風(fēng)扇散熱器。論文總體包含以下內(nèi)容：（1）對(duì)大眾化機(jī)箱結(jié)構(gòu)分析，確定機(jī)箱風(fēng)道走向，估算散熱器可制造的體積范圍。設(shè)計(jì)面積盡量大的散熱片。（2）分析中央處理器的發(fā)熱量，散熱環(huán)境情況，計(jì)算所需風(fēng)量。（3）根據(jù)散熱片所需風(fēng)量來設(shè)計(jì)風(fēng)扇，確定使用材料。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)速和允許噪音值合理選擇和設(shè)計(jì)軸承。（5）根據(jù)風(fēng)扇參數(shù)選擇電機(jī)類型，計(jì)算電機(jī)鐵芯大小、線圈匝數(shù)及漆包線截面積。確定線圈纏繞方式，優(yōu)化電機(jī)體積。（6）與機(jī)箱其它位置風(fēng)扇配套。2 風(fēng)扇扇葉的設(shè)計(jì)2.1 確定民眾化的處理器發(fā)熱量2.1.1 確定分析對(duì)象本次避開了高端的發(fā)燒級(jí)別的處理器，如英特爾二代酷睿（core）i7、amd八核推土機(jī)這類號(hào)稱變態(tài)類

13、的處理器，發(fā)燒級(jí)玩家通常要配備更大號(hào)的機(jī)箱和更大體積散熱器，甚至加水冷，不是民眾化的，而本課題研究的是大眾化的處理器的散熱器。同時(shí)也避開了過于老舊的處理器，課題針對(duì)lga775針腳及以上、1156針腳及以下等針腳的英特爾和amd處理器散熱器的設(shè)計(jì)（注：針腳指電腦處理器接口針腳的數(shù)目類別，不同針腳處理器要搭配不同的電腦主板）。采樣了多種型號(hào)處理器的熱功耗（詳見附錄1）。圖3 lga775針腳處理器背面的針腳觸點(diǎn)（引自百度圖片）2.1.2 分析處理器發(fā)熱量在官方網(wǎng)站上查閱處理器廠商的技術(shù)資料，找到各個(gè)處理器的廠商標(biāo)定電功耗值。雙核到四核cpu通常在60瓦到125瓦之間。分析處理器發(fā)熱的來源。分析處

14、理器消耗的電能轉(zhuǎn)換成了哪些能量，根據(jù)熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律（能量即不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，只能由一種形式能轉(zhuǎn)換成另一種形式能），處理器工作中整體沒有運(yùn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的部分為零；同理重力勢(shì)能等各種勢(shì)能也沒有產(chǎn)生；處理器工作中有電磁輻射，所以有微弱電能轉(zhuǎn)換成了電磁輻射能，但太微弱了基本可忽略不計(jì)；還有微弱的不足1%電能轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號(hào)能；而剩下的99%都變成了熱能。所以處理器的發(fā)熱量大致等于它的功耗。2.2 分析機(jī)箱內(nèi)部環(huán)境溫度。2.2.1 分析電腦機(jī)箱其它硬件發(fā)熱量顯卡：機(jī)箱中另一個(gè)發(fā)熱大戶就要數(shù)獨(dú)立顯卡了，中低端顯卡甚至就要比處理器發(fā)熱量還要大。顯卡是實(shí)足的電老虎（像nvid

15、ia geforce gtx590高達(dá)365瓦 ），但大眾化顯卡通常不會(huì)超過120瓦。主板：帶有集成顯卡的主板功耗通常在35瓦以下，不帶集成顯卡的主板功耗通常在20瓦以下。硬盤：目前臺(tái)式電腦，主流硬盤還是3.5英寸直徑、7200轉(zhuǎn)每分鐘的，采用液態(tài)軸承的機(jī)械式硬盤，單碟封裝的在8瓦左右，雙碟封裝的在9瓦左右。內(nèi)存：通常在3瓦左右。電源：由于電源出風(fēng)口也是機(jī)箱的一個(gè)出風(fēng)口，所以不計(jì)入機(jī)箱內(nèi)部產(chǎn)熱的一部分。根據(jù)能量守恒定律，任何電器只要沒對(duì)外做功，它所消耗的電能最終都要轉(zhuǎn)換成熱能。所以硬件電功耗大致就等于它的發(fā)熱量，整個(gè)機(jī)箱內(nèi)部不計(jì)處理器其發(fā)熱量大致為150瓦。（我們假想的都是電腦在80%以上負(fù)荷

16、工作）。2.2.2 分析機(jī)箱自身鋼板的有效散熱面積通常的機(jī)箱有四個(gè)面能夠通過熱輻射方式向外散熱。一個(gè)機(jī)箱有六個(gè)面，下面緊貼地面的一面由于挨著地面，熱輻射能力很差，而且熱空氣向上流動(dòng)，所以底面基本不散熱；機(jī)箱前面板最外面通常都是塑料制成的，熱傳導(dǎo)率很低，也可視為不散熱，就只剩下了四個(gè)面能向外輻射熱量。如果機(jī)箱做工不是很差，用來制作機(jī)箱的鋼板厚度在0.5毫米左右。目前機(jī)箱架構(gòu)主要有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，atx架構(gòu)，就是我們通常使用的機(jī)箱；btx架構(gòu)，是以后要流行的，對(duì)atx架構(gòu)做了優(yōu)化；和迷你小機(jī)箱的itx架構(gòu)。我們研究的是最廣泛的atx機(jī)箱。正對(duì)著箱前面板觀察尺寸大致為長(zhǎng)0.18m,寬0.4m,高0.4m。

17、由于熱空氣上升，上表面散熱較多需單獨(dú)計(jì)算。兩側(cè)面板的面積為： s（兩側(cè)板）=0.4（寬）×0.4（高）×2（兩個(gè)側(cè)板）=0.32后面板面積為： s（后面板）=0.18（長(zhǎng)）×0.4（高）=0.072兩側(cè)板和后面板總面積為： s（側(cè)+后）=s（兩側(cè)板）+ s（后面板）=0.32+0.072=0.392上面板面積為： s（上面板）=0.18（長(zhǎng)）×0.4（寬）=0.0722.2.3 分析機(jī)箱自身鋼板的被動(dòng)散熱能力查找常用材料熱導(dǎo)率表，分別找到鋼板和空氣的熱導(dǎo)率。得到：鋼板的熱導(dǎo)率為：58.6-41.9瓦每米每開爾文（w/m·k），取中間值50?？諝?/p>

18、的熱導(dǎo)率為：0.0244 w/m·k(注：指的是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，即攝氏25，相對(duì)濕度60%)。由于空氣的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼板的熱導(dǎo)率，所以計(jì)算機(jī)箱表皮所能向周圍空氣散發(fā)的熱量值，我們只計(jì)算空氣所能吸走的熱量值。計(jì)算機(jī)箱內(nèi)外溫差每增加一度時(shí)，機(jī)箱每分鐘所能自發(fā)向外散熱的熱量的值。計(jì)算熱傳導(dǎo)量的基本公式為：q=入×（t1-t2）×t×a/q是傳導(dǎo)的熱量，單位為焦耳（j）；入是材料的熱導(dǎo)率，與比熱容成反比，單位為：瓦每米每開爾文（w/m·k）,由于開氏溫度和攝氏溫度單位代表的溫差值相等，所以k可以用代替；是兩者之間距離，單位為米（m）；t1、t2是溫度差值

19、，單位為攝氏度（）；t是傳導(dǎo)時(shí)間，單位為秒（s）；a是傳導(dǎo)表面積單位為平方米（）。所以機(jī)箱表面在單位溫差下每分鐘對(duì)空氣的散熱值為：兩側(cè)面板加后面板：q（側(cè)+后）= 空氣熱導(dǎo)率× 單位溫差×60秒×s（側(cè)+后）/1（空氣距離可看作單位距離） =0.0244×1×60×0.392/1 =0.573888jq（上面板）=空氣熱導(dǎo)率× 單位溫差×60秒×s（上面板）/1（空氣距離可看作單位距離） =0.0244×1×60×0.072/1 =0.105408j2.2.4 計(jì)算機(jī)箱內(nèi)每分

20、鐘的總發(fā)熱量由于任何電器只要沒對(duì)外做功，消耗的電能最終都要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即熱量。計(jì)算硬件總電功率為：p（總）=p（處理器）+p（獨(dú)顯）+p（主板）+p（內(nèi)存）+p（硬盤） 125+120+20+3+9 277w取整280瓦。注：以上均按最大峰值耗電計(jì)算。因?yàn)閷?shí)際中電腦使用率多少對(duì)耗電影響非常大，很難估算。計(jì)算每分鐘消耗的電能：根據(jù)公式w=pt=p(總) ×60s=280×60=16800j即每分鐘產(chǎn)生16800焦耳的熱量。2.2.5 分析機(jī)箱內(nèi)部風(fēng)道如圖4所示，是一個(gè)典型的機(jī)箱內(nèi)部風(fēng)道圖：圖4 機(jī)箱內(nèi)部風(fēng)道圖（引自百度圖片）由圖可知，機(jī)箱內(nèi)部散熱風(fēng)道走向如下：進(jìn)風(fēng)口一共有a和

21、b兩個(gè)口，分別在機(jī)箱底板的最前面和左側(cè)側(cè)板上；出風(fēng)口有三處，分別為c、d、e，c為電源的散熱出風(fēng)口，d為機(jī)箱自身風(fēng)扇的出風(fēng)口，e為顯卡自帶的風(fēng)扇的出風(fēng)口。所以散熱風(fēng)道的總體走向?yàn)椋河傻装宓腶口和側(cè)板的b口吸入外部溫度較低的冷空氣，經(jīng)過風(fēng)扇由c、d、e三個(gè)口排出熱空氣。2.2.6 分析機(jī)箱內(nèi)部工作溫度分析各個(gè)出風(fēng)口的排風(fēng)量。其中c出口為電源自帶的風(fēng)扇的出風(fēng)口，因此我們要分析的是電源風(fēng)扇的風(fēng)量?，F(xiàn)在主流電源都為了靜音，采用下置直徑12cm和14cm大風(fēng)扇，而一般中端電源大多采用的是12cm的風(fēng)扇。電源在低功率輸出時(shí)，轉(zhuǎn)速較低，而當(dāng)電源輸出功率增大時(shí)，風(fēng)扇調(diào)速電路會(huì)自動(dòng)將轉(zhuǎn)速增加一個(gè)檔位。本課題取電

22、源70%負(fù)載下的風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況作為研究對(duì)象。并且以鑫谷牌電源的，勁持450黃金版電源的的風(fēng)扇作為參照來研究。鑫谷勁持450黃金版電源，額定輸出功率為350瓦，最大輸出功率為450瓦，散熱風(fēng)扇采用底部下壓式，直徑12cm大風(fēng)扇。圖5 底部下壓大風(fēng)扇式電源這個(gè)風(fēng)扇額定轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)每分鐘，風(fēng)量為0.8m3/min，也就是說每分鐘可以把0.8立方米的熱空氣由機(jī)箱排出。再看顯卡散熱風(fēng)扇的出風(fēng)口，通常帶風(fēng)扇的顯卡散熱器有前后兩個(gè)出風(fēng)口，其中前面風(fēng)口直接通向機(jī)箱外面，即圖4中的e出口。我們來分析這個(gè)出風(fēng)口每分鐘能排出多少熱空氣。本課題以代號(hào)為nvidia feforce gts450顯卡為研究對(duì)象，這個(gè)代號(hào)顯

23、卡是可以勝任大多數(shù)主流游戲的顯卡的代表。這個(gè)代號(hào)顯卡多數(shù)廠商采用下壓風(fēng)扇，配鋁片加雙熱管作為散熱器，有前后兩個(gè)出風(fēng)口。風(fēng)扇采用的是8cm直徑的小翼形風(fēng)扇，正常溫升情況下，轉(zhuǎn)速為1500r/min.風(fēng)量為0.6m3/min，所以每個(gè)風(fēng)口每分鐘要排出0.3立方米的熱空氣。一般情況下機(jī)箱尾部還要額外加裝一個(gè)8到10厘米直徑的風(fēng)扇，作為對(duì)機(jī)箱內(nèi)部的輔助散熱，這個(gè)風(fēng)扇的出風(fēng)口即圖4中的d口。市面上主流的靜音版8cm的風(fēng)扇，大多轉(zhuǎn)速不超過1000r/min，風(fēng)量一般不會(huì)超過0.4立方米每分鐘。所以機(jī)箱每分鐘往外排出的熱空氣體積v（排）大約為： v(排)=v(電源)+v(顯卡)+v(箱尾) =0.8+0.3

24、+0.4 =1.5 m3再來計(jì)算機(jī)箱內(nèi)溫升情況。所謂的溫升指的是工作部件的溫度比外界環(huán)境溫度升高的數(shù)值。前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)箱每分鐘要產(chǎn)生16800j的熱量。計(jì)算溫升的方法就是讓產(chǎn)熱與散熱達(dá)到平衡，這時(shí)候內(nèi)外溫度差值為多少時(shí)，才能達(dá)到這樣的平衡。由于前面已經(jīng)算出了機(jī)箱每分鐘自發(fā)能夠向外散發(fā)的熱量為：q（側(cè)+后）=0.573888jq（上面板）=0.105408j 由此可見機(jī)箱自發(fā)散熱相當(dāng)微弱，可以忽略這部分，只計(jì)算風(fēng)扇帶走的部分。機(jī)箱內(nèi)硬件每分鐘要產(chǎn)生16800j的熱量，風(fēng)扇每分鐘排出2.8立方米空氣，也就是說每分鐘排出的2.8立方米空氣要包含16800j的熱量，由此可算得溫升。查表得常態(tài)下：空氣

25、的比熱容為：1.005kj（kg·）?？諝獾拿芏葹?.29kg/ m3計(jì)算排出空氣質(zhì)量： m（排）=1.5 m3×1.29kg/ m3=1.935kg計(jì)算溫升： q=cmtt=q/ cm=16800/1000/(1.005×1.935)=8.6389768.7所以溫升為8.7。假設(shè)夏天外面溫度為30，則機(jī)箱內(nèi)部溫度為： t(內(nèi))=t(外)+ t =30+8.7 =38.7所以夏天機(jī)箱內(nèi)環(huán)境溫度大約為39。2.3 設(shè)計(jì)風(fēng)葉2.3.1 分析cpu散熱器風(fēng)扇所需風(fēng)量查找cpu資料，得到cpu最高工作溫度。通常cpu超過65就有可能發(fā)生因cpu過熱而導(dǎo)致電腦死機(jī)或自動(dòng)重啟

26、。所以本課題以65度為最高上限。所以cpu允許溫升為：t2=t(最高)-t(內(nèi)) =65-39=26所以最高溫升允許為21。由于處理器通常情況下并不能滿載工作，日常情況下，雙核處理器使用率只有30%上下，所謂的處理器性能過剩，而且算風(fēng)量是按照高端處理器算的，所以本課題沒有對(duì)允許溫升進(jìn)行留余量。課題按照普通民眾能夠用到的比較高端的處理器的發(fā)熱量為計(jì)算對(duì)象。我們采取的對(duì)象為附錄1中的amd fx推土機(jī)系列處理器，最中最高功耗的一個(gè)型號(hào)為125瓦。計(jì)算出其滿載時(shí)的每分鐘發(fā)熱量q（處理器）為：w=pt,即：q= pt q（處理器）=p（處理器）×60 =125×60 =7500j即

27、每分鐘要由空氣帶走7500j的熱量。計(jì)算所需空氣質(zhì)量： q=cmt m=q/(c×t) =7500/1000/(1.005×26) =0.2870264kg 0.29 kg計(jì)算空氣體積：v=m/1.29 kg/ m3 =0.29/1.290.22 m3 本課題考慮到實(shí)際情況很復(fù)雜，風(fēng)扇的風(fēng)不會(huì)全部能夠吹到散熱片上，并且吹到散熱片上的空氣不會(huì)全部能夠有效地帶走熱量，所以最后整定的風(fēng)量為理論上的1.6倍，由于風(fēng)扇供電電路模塊有自動(dòng)調(diào)速能力，所以非滿載情況下并不會(huì)因?yàn)檎ǖ娘L(fēng)量過大而增加不必要的噪音。因此最后得到風(fēng)量為：0.35 m3/min2.3.2 初步預(yù)制風(fēng)葉整體設(shè)計(jì)原則影

28、響風(fēng)扇噪音大小最大的因素最要數(shù)轉(zhuǎn)速的高低了，轉(zhuǎn)速的大小幾乎起決定性的因素，因此設(shè)計(jì)時(shí)就要盡量使風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速減低。減低轉(zhuǎn)速的方法可以增加風(fēng)葉的葉片曲率，增加葉片傾角，盡量加大風(fēng)葉，但風(fēng)葉加大了，就會(huì)占用圓周上的過多空間，使中心電機(jī)的一周360度能夠排列的風(fēng)葉個(gè)數(shù)減少。目前市面上主流風(fēng)扇大多為七葉和九葉等，我們可以根據(jù)實(shí)際情況在保證風(fēng)力穩(wěn)定的情況下略減一到兩片，同時(shí)再盡量加大些葉片弧度，使風(fēng)扇吹出來的風(fēng)，不至于過多地散射，使其能夠盡量集中地吹到正前方，增加風(fēng)壓，減少風(fēng)量的損失，使風(fēng)扇電機(jī)功率能更有效地轉(zhuǎn)化為能夠利用的風(fēng)。并且課題設(shè)計(jì)的風(fēng)扇縱向厚度采用目前廣泛使用的厚度2.5厘米標(biāo)準(zhǔn)，增加互換性。2.

29、3.3 用autocad2006繪制風(fēng)扇粗略模擬草圖。圖6 風(fēng)葉粗略模擬草圖下面圖7是風(fēng)扇風(fēng)葉放到扇框中的粗略模擬草圖圖7 風(fēng)扇整體模擬草圖2.3.4 設(shè)計(jì)風(fēng)葉曲率葉片曲率指的是將葉片以鐵餅方式橫放在桌面，貼著桌面看去，橫向卷曲程度。如圖8所示ug模擬設(shè)計(jì)圖。圖8 葉片曲率（圖中圈圈部分）風(fēng)葉曲率越大，推動(dòng)空氣流動(dòng)的力量越強(qiáng)大，但如果曲率過大，會(huì)造成葉片下的空氣過于集中在每片葉片下面一小片區(qū)域，會(huì)使氣流擾動(dòng)加大，也會(huì)造成風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)阻力急劇加大，降低單位電功率產(chǎn)生的風(fēng)動(dòng)力效率，因此必須在合理范圍內(nèi)選擇。所謂的曲率指的是半徑的倒數(shù)，當(dāng)半徑為1m時(shí)，曲率為1。根據(jù)風(fēng)扇對(duì)空氣的攏風(fēng)特性，只要葉片稍微有一

30、點(diǎn)彎曲，就可以大幅度改善風(fēng)葉聚攏空氣的能力，所以課題選擇風(fēng)扇葉片曲率為5，即葉片的卷曲的延長(zhǎng)圓的直徑為40厘米。這個(gè)曲率即能保證風(fēng)葉有較好的集風(fēng)能力，又能很大程度上減輕風(fēng)的脈動(dòng)，保證送風(fēng)的平穩(wěn)。2.3.5 設(shè)計(jì)風(fēng)葉傾角和風(fēng)葉曲率一樣，風(fēng)葉傾角對(duì)風(fēng)扇的送風(fēng)能力影響很大。風(fēng)葉傾角越大，每個(gè)葉片一次能夠吹出的空氣越多。但是也不能過大，也要在合理范圍內(nèi)。如圖9圖9 葉片傾角如果葉片傾角過大，甚至大于45度，勢(shì)必會(huì)引起風(fēng)力的橫向，即y方向的竄動(dòng)，干擾正常的風(fēng)向，引起自干擾，同時(shí)增加軸承所需的扭轉(zhuǎn)力矩。而且風(fēng)葉傾角過大，會(huì)使風(fēng)葉上下表面的壓強(qiáng)差相差很大，很有可能造成空氣的回流現(xiàn)象，由于氣流的相互攪動(dòng)，使風(fēng)

31、噪增加，并且引發(fā)空氣由于自身的摩擦，發(fā)熱增加，降低總體效率。因此此角最大不能大于45度。但也不能選擇臨界值45度，如果選擇45度，還不可避免地產(chǎn)生較多的橫向氣流擾動(dòng)。實(shí)際運(yùn)用中，要綜合各種因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇最合適的葉片傾角。那么本課題到底怎么選擇才是最合適的呢？本課題的原則是盡量降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)，但為了保證風(fēng)量足夠，就要加大每一轉(zhuǎn)的送風(fēng)量，于是要盡量加大葉片傾角，于是葉片傾角選擇40度。配合較大的葉片曲率，就能夠保證最大幅度加大每一轉(zhuǎn)的送風(fēng)量，最大幅度降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)數(shù)。2.3.6 設(shè)計(jì)風(fēng)葉間距，確定風(fēng)葉個(gè)數(shù)風(fēng)葉間距與風(fēng)葉個(gè)數(shù)之間存在很大的關(guān)聯(lián)，但除此之外電機(jī)直徑大小也會(huì)影響這兩者，通常的10cm的風(fēng)

32、扇，電機(jī)直徑大約不32毫米，本課題先初步假計(jì)使用35毫米電機(jī)，以后可以根據(jù)需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。計(jì)算直徑35毫米的周長(zhǎng)數(shù)值： 周長(zhǎng)l=直徑×圓周率 =35×3.14 =109.9取整數(shù)110毫米。由于我們選擇了較大的風(fēng)葉曲率和較大的風(fēng)葉傾角，因此風(fēng)葉體積和面積也相對(duì)較大，風(fēng)葉截面的頂端長(zhǎng)度達(dá)到了32毫米，最底端也達(dá)到了25毫米，而我們選擇了風(fēng)葉傾角為40度，可以計(jì)算出風(fēng)葉底端在電機(jī)圓周上占用的長(zhǎng)度。圖10 葉片傾角占用圓周長(zhǎng)計(jì)算每個(gè)風(fēng)葉底端占用的電機(jī)圓周長(zhǎng)度： 占用圓周長(zhǎng)度=風(fēng)葉底部截面長(zhǎng)度×葉片傾角a =25×cos40° =19.15取整數(shù)為

33、19毫米。而電機(jī)的圓周長(zhǎng)為110毫米，而每個(gè)風(fēng)葉的最前端和最后端不能有重疊的部分，因?yàn)橐矝]有必要兩個(gè)風(fēng)葉有生疊的部分，即增加風(fēng)扇整體的重量，也浪費(fèi)材料，同時(shí)由于風(fēng)葉重量的增加，會(huì)使電機(jī)功率加大，一是浪費(fèi)電能，二來加大電機(jī)功率，勢(shì)必要加大電機(jī)中鐵芯和繞組的體積，使中軸電機(jī)直徑增大，使風(fēng)扇中心很大一部分為風(fēng)力盲區(qū)，降低單位面積風(fēng)扇的有效風(fēng)量。因此每?jī)蓚€(gè)風(fēng)葉之間最好有幾毫米的空隙。而上文計(jì)算得到每個(gè)風(fēng)葉的最底部截面長(zhǎng)度為19毫米，電機(jī)圓周長(zhǎng)為110毫米，因此可以通過電機(jī)圓周長(zhǎng)除以風(fēng)葉底部長(zhǎng)度，然后商取整數(shù)確定風(fēng)葉個(gè)數(shù)。計(jì)算如下：電機(jī)圓周長(zhǎng)除以風(fēng)葉底部長(zhǎng)度/每個(gè)風(fēng)葉的最底部截面長(zhǎng)度=110/19=5

34、余數(shù)為15，即風(fēng)葉數(shù)目為5，空隙總量為15毫米。再來計(jì)算風(fēng)相鄰風(fēng)葉的空隙距離：相鄰風(fēng)葉空隙距離=空隙總量/風(fēng)葉個(gè)數(shù) =15/5 =3即相鄰兩個(gè)風(fēng)葉之間有3毫米空隙，非常合適。然后還要計(jì)算葉片間距： 葉片間距=電機(jī)圓周長(zhǎng)/風(fēng)葉個(gè)數(shù) =110/5 =22即風(fēng)葉間距為22毫米。2.3.7 風(fēng)葉間距和個(gè)數(shù)的校核通過分析，葉片間距22毫米理論上是相當(dāng)合適的，和葉片傾角和葉片曲率一樣，葉片間距對(duì)風(fēng)扇性能也有重要影響。比較小的風(fēng)葉間距可以大幅度降低風(fēng)的擾動(dòng)，使風(fēng)力非常平穩(wěn)地吹向散熱片。也降低了風(fēng)噪。風(fēng)葉個(gè)數(shù)的校核：通常無論是風(fēng)扇還是飛機(jī)的螺旋槳等，葉片的數(shù)目大多奇數(shù)，而不采用對(duì)稱的偶數(shù)，這是因?yàn)?，如果采用?/p>

35、數(shù)個(gè)數(shù)，而風(fēng)葉總體設(shè)計(jì)和制造中，存在一些缺陷，使風(fēng)葉總體對(duì)稱和平衡性達(dá)不到最佳，往往造成運(yùn)行中，由于不平衡導(dǎo)致噪聲和震動(dòng)大大增加，甚至發(fā)生共振。共振的危害是極大的，不止加大噪音，還具有破壞性。如果軸心的電機(jī)和軸承長(zhǎng)時(shí)間處于共振，很可能造成軸的疲勞而突然斷裂。因此為避免不必要的麻煩，風(fēng)葉個(gè)數(shù)多采用不對(duì)稱的奇數(shù)形式，本課題設(shè)計(jì)了擁有五片葉片的葉片個(gè)數(shù)，也恰恰符合了這一項(xiàng)要求。所以風(fēng)葉間距和風(fēng)葉個(gè)數(shù)目前都符合要求。2.3.8 設(shè)計(jì)葉端間距葉端間隙指的是俯視風(fēng)扇的圓盤面，風(fēng)葉最外緣與邊框的間距，如圖11：圖11 葉端間距葉端間距可能很多人對(duì)它對(duì)風(fēng)扇的總體影響到底有多大，恐怕并不知道，其實(shí)葉端間距對(duì)風(fēng)扇

36、性能的影響也是很大的。也是風(fēng)扇設(shè)計(jì)中的大難題。葉端間距過大會(huì)造成氣體的回流，降低效率，同時(shí)使有限的扇框的利用率降低。但如果葉端間距過大，則會(huì)使氣流與風(fēng)扇外框間的摩擦加大，造成功率的浪費(fèi)，也會(huì)使發(fā)熱增加，風(fēng)噪增加。通常傳統(tǒng)的風(fēng)葉都是風(fēng)葉最前端與最尾端與扇框距離保持一致，于是課題改變傳統(tǒng)形式，讓最尾端的葉端間距與最前端的葉端間距略大一點(diǎn)。讓最前端與扇框保持2毫米的葉端間距，而最尾端與扇框保持4毫米葉端間距，使效率與噪音達(dá)到雙平衡。如圖12：圖12 葉端間距風(fēng)葉最尾端比最前端略大2.3.9 設(shè)計(jì)風(fēng)葉弧度拿來一只風(fēng)扇，如果從上面俯視看去，會(huì)發(fā)現(xiàn)葉片并不是由軸心直線向外延伸出去的，而是帶有一定的弧線。如

37、圖13： 圖13 葉片弧度如果葉片沒有弧度，而是筆直地向外延伸出去，這樣風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，吹出的風(fēng)就會(huì)發(fā)散著向外吹出，風(fēng)力不集中，降低風(fēng)扇的有效風(fēng)力。如果使風(fēng)葉帶上一定的弧度向外延伸出去，這樣風(fēng)葉吹出的風(fēng)就會(huì)由于風(fēng)葉的弧度的影響，在出葉片時(shí)，被葉片的弧形曲線聚攏一下，使風(fēng)力集中，增加風(fēng)壓。但是風(fēng)葉弧度也不可過大，過大了會(huì)使葉片的面積增大，也會(huì)使流動(dòng)的空氣產(chǎn)生橫向的攪動(dòng)，產(chǎn)生紊流，降低效率，增加風(fēng)噪。因此也要在合理范圍內(nèi)選取。本課題選取了曲率半徑為100mm。本課題根據(jù)了初步設(shè)計(jì)的葉片延伸的曲率，計(jì)算了弧度。根據(jù)弧度的定義：弧長(zhǎng)等于半徑的弧，其所對(duì)的圓心角等于一弧度。所以可以看出弧度與所在圓的半徑?jīng)]有

38、關(guān)系。而所謂多少弧度指的就是其所對(duì)的圓心角的角度。因本課題將要設(shè)計(jì)的風(fēng)扇尺寸為90mm，內(nèi)徑的尺寸為86mm,所以內(nèi)框半徑為43mm,而所設(shè)計(jì)的電機(jī)直徑為35mm,葉端間距最前端為2mm,最尾端為4mm。所以平均葉端間距為： 平均葉端間距=（最前端葉端間距+最尾端葉端間距）/2 =（2+4）/2 =6/2 =3mm即平均葉端間距為3mm。然后來計(jì)算弧度?；《?弧長(zhǎng)/半徑弧長(zhǎng)=風(fēng)扇內(nèi)框直徑/2-電機(jī)直徑/2-平均葉端間距 =90/2-35/2-3 =45-17.5-3 =24.5mm本課題已經(jīng)選取曲率半徑為100mm,因此計(jì)算弧度為：弧度=24.5/100 =0.245即設(shè)計(jì)的葉片弧度為0.24

39、5弧度。2.3.10 設(shè)計(jì)風(fēng)葉的軸心高度本課題的軸心高度指套在電機(jī)上的電機(jī)殼的縱向厚度。如圖14： 圖14 軸心高度 軸心的高度和葉片的大小與風(fēng)扇的整體縱向尺寸密切相關(guān)，我們將要設(shè)計(jì)的風(fēng)扇的縱向尺寸為25mm，假設(shè)電機(jī)底座高度為3毫米，風(fēng)葉電機(jī)殼距離風(fēng)電機(jī)底座也是3毫米，然后風(fēng)扇最頂部距離風(fēng)扇邊框?yàn)?毫米，可以算得軸心高度為18毫米。但由于本課題中要設(shè)計(jì)的風(fēng)扇的葉片尺寸較大，所以要把葉片上的電機(jī)殼做成中間凸起的形狀，即可有足夠大的表面積安置風(fēng)葉，又可以增加藝術(shù)美感。如圖15為設(shè)計(jì)后的預(yù)想圖?？雌饋砗芟耧w機(jī)的螺旋槳。圖15 風(fēng)扇預(yù)想圖2.3.11 計(jì)算風(fēng)葉最大外徑根據(jù)前面已經(jīng)求得的參數(shù)，可以輕松

40、算得風(fēng)葉的最大半徑： 最大半徑=扇框內(nèi)半徑-最前端葉端間距 =43-2 =41mm所以風(fēng)葉最大半徑為41毫米。2.3.12 整理設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制圖樣綜上所述，本課題初步設(shè)計(jì)出了能夠很大程度上減少噪音的風(fēng)葉結(jié)構(gòu)，其各項(xiàng)參數(shù)如表1：表1 風(fēng)葉設(shè)計(jì)參數(shù)表格參數(shù)名稱數(shù)值風(fēng)扇葉片曲率5葉片傾角40度風(fēng)葉最大外徑41毫米風(fēng)葉間距22毫米風(fēng)葉數(shù)目5個(gè)葉端最小間距2毫米風(fēng)葉弧度0.245風(fēng)葉的軸心高度18毫米風(fēng)葉最大半徑41毫米風(fēng)葉平均半徑40毫米風(fēng)葉截面最頂端長(zhǎng)度32毫米風(fēng)葉截面最底端長(zhǎng)度25毫米根據(jù)整理得到的參數(shù)，繪制風(fēng)葉圖樣：圖16 風(fēng)葉圖樣3 計(jì)算風(fēng)扇所需轉(zhuǎn)速3.1 計(jì)算風(fēng)扇每轉(zhuǎn)的理論風(fēng)量3.1.1 計(jì)

41、算每片風(fēng)葉的空間容量計(jì)算每片風(fēng)葉的有效空間容量：風(fēng)葉長(zhǎng)度=風(fēng)葉平均半徑-電機(jī)直徑/2 =40-35/2 =22.5mm 根據(jù)圖17所示計(jì)算每個(gè)風(fēng)葉的空間容量：圖17 風(fēng)葉空間容量示意圖風(fēng)葉平均截面長(zhǎng)度=（風(fēng)葉截面最頂端長(zhǎng)度+風(fēng)葉截面最底端長(zhǎng)度）/2 =（32+25）/2 =57/2 =28.5mm設(shè)計(jì)的葉片傾角=40°；三角形面積s=底×高/2。風(fēng)葉空間容量=(x×y)/2×風(fēng)葉長(zhǎng)度 =（28.5×sin40°）×（28.5×cos40°）/2×22.5 =（18.32×21.83）/

42、2×22.5 =399.9256/2×22.5 =199.9628×22.5 =4499.163mm3 4500 mm34500 mm3 =4.5cm3(立方厘米)所以每片風(fēng)葉的空間容量為4.5立方厘米。3.1.2 計(jì)算風(fēng)扇每一轉(zhuǎn)的理論風(fēng)量雖然直觀上每一轉(zhuǎn)的風(fēng)量是等于每一片的風(fēng)葉的空間容量乘以風(fēng)葉的個(gè)數(shù)，但實(shí)際上由于每一片的風(fēng)葉都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以每片風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)一周都會(huì)將整個(gè)扇框一周的空氣吹出風(fēng)扇出口，風(fēng)扇轉(zhuǎn)一圈相當(dāng)于五倍于風(fēng)扇扇框容量的空氣吹出風(fēng)扇。因?yàn)榭諝獠皇枪虘B(tài)的，具有流動(dòng)性。由于任何物體都具有慣性，空氣也一樣具有慣性，而且風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在風(fēng)扇內(nèi)部會(huì)形成一個(gè)壓力

43、比較小的區(qū)域，這樣造成了風(fēng)扇內(nèi)外的壓力差。所以當(dāng)?shù)谝黄L(fēng)葉將空氣推出去之后，后面的空氣還會(huì)由于慣性和壓力差的作用繼續(xù)經(jīng)過風(fēng)扇。所以就不能以每片風(fēng)葉容量乘以風(fēng)葉個(gè)數(shù)來計(jì)算每一轉(zhuǎn)的風(fēng)量了。由于風(fēng)葉是高速旋轉(zhuǎn)的，所以幾乎每時(shí)每刻經(jīng)過的風(fēng)量是相等的，所以每一轉(zhuǎn)的排出的空氣量就大致等于風(fēng)扇扇框的空間大小乘以風(fēng)葉片數(shù)。但還有不能忽略的兩個(gè)問題就是：一是風(fēng)扇軸心部分是電機(jī)，這部分沒有空氣流通，所以計(jì)算空間時(shí)，還要將電機(jī)部分所占用的空間去掉。二是風(fēng)葉的高度差并不等于風(fēng)扇扇框的高度，而是比扇框高度要小，課題前面已經(jīng)計(jì)算出來風(fēng)葉的高度為：風(fēng)葉高度差=風(fēng)葉平均截面長(zhǎng)度×sin葉片傾角 =28.5×

44、;sin40° =18.32mm 18.32mm=0.01832m。然后來計(jì)算電機(jī)所占用的柱形體積：圖18 電機(jī)占用的中心空間計(jì)算的電機(jī)所占空間如下： 電機(jī)體積v=3.14×r2×風(fēng)葉高度差 =3.14×（35/2×10-3）2×0.01832 =3.14×（1.75×10-2）2×0.01832 =1.761697×10-5m3 1.76×10-5m3立方米課題所設(shè)計(jì)的風(fēng)扇扇框?yàn)檎叫?，邊長(zhǎng)為9厘米，內(nèi)框?yàn)閳A形，扇框最薄的地方厚度為2.5毫米，計(jì)算扇框內(nèi)徑大?。簝?nèi)徑=扇框邊長(zhǎng)-扇框厚

45、度×2 =9×10-2.5×2 =85mm85mm=0.085m計(jì)算扇葉所占用的環(huán)形柱形空間： 扇葉環(huán)形柱形空間=內(nèi)框柱形空間-電機(jī)空間 =3.14×（0.085/2）2×0.01832-1.76×10-5 = 1.04×10-4-1.76×10-5 =8.64×10-5 m3最后計(jì)算風(fēng)扇每一轉(zhuǎn)的理論風(fēng)量： 每轉(zhuǎn)理論風(fēng)量=扇葉環(huán)形柱形空間×風(fēng)葉個(gè)數(shù) =8.64×10-5×5 =4.32×10-4 m33.1.3 對(duì)理論風(fēng)量進(jìn)行折算在實(shí)際中，考慮各種影響理論風(fēng)量的因素

46、。比如風(fēng)葉并不是嚴(yán)絲無縫排列在風(fēng)扇整個(gè)圓周上，相鄰之間存在空隙，在空隙處可能會(huì)產(chǎn)生風(fēng)葉上下表面間的回流現(xiàn)象；由于風(fēng)葉附近氣壓偏低，使實(shí)際進(jìn)入風(fēng)葉的空氣量不足；扇葉周圍存在空氣擾動(dòng)，對(duì)空氣流通產(chǎn)生阻力；還有由于風(fēng)葉附近空氣流通特別快，難以避免會(huì)在風(fēng)葉附近存在紊流現(xiàn)象。很多未知因素都會(huì)使實(shí)際風(fēng)量低于理論值，所以本課題將理論風(fēng)量折去百分之二十后作為假定的風(fēng)量。每轉(zhuǎn)的風(fēng)量實(shí)際計(jì)算結(jié)果如下：每轉(zhuǎn)風(fēng)量=理論每轉(zhuǎn)風(fēng)量×（1-20%） =4.32×10-4×80% =3.456×10-4m3所以每轉(zhuǎn)風(fēng)量為：3.456×10-4立方米。3.2 計(jì)算風(fēng)扇所需轉(zhuǎn)速3

47、.2.1 計(jì)算風(fēng)扇的理論轉(zhuǎn)速課題前面章節(jié)通過計(jì)算得出，散熱器需要的風(fēng)量為0.35m3/min。因此我們只需用每分鐘總的風(fēng)量除以風(fēng)扇每一轉(zhuǎn)的風(fēng)量就可以得出需要的轉(zhuǎn)速。但計(jì)算前還需要進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換：每轉(zhuǎn)風(fēng)量為3.456×10-4立方米。所以風(fēng)扇的理論轉(zhuǎn)速為： 轉(zhuǎn)速=風(fēng)量/每轉(zhuǎn)風(fēng)量 =0.35/（3.456×10-4） =1012r/min最后得到結(jié)果：風(fēng)扇理論轉(zhuǎn)速為1012轉(zhuǎn)/分鐘。3.2.2 綜合分析，得到額定的轉(zhuǎn)速實(shí)際運(yùn)用中，由于風(fēng)扇的風(fēng)是往散熱片上吹，風(fēng)的路徑并不是暢通無阻的，很多因素都會(huì)使有效的風(fēng)量大打折扣，如果風(fēng)壓不是足夠大，很有可能風(fēng)到達(dá)不了散熱片最底端，還有主機(jī)中各

48、種電源線及電子元?dú)饧淖钃?，都?huì)使有效風(fēng)量降低。都要在理論的基礎(chǔ)上另加折算。本課題選擇了較大的葉片曲率和葉片傾角，有效地保證了風(fēng)壓，使風(fēng)不至于吹不到散熱器最底端。而本課題設(shè)計(jì)的風(fēng)扇，也沒有過于使用直過大的風(fēng)扇，雖然直徑再大些，能更有效地降低轉(zhuǎn)速，同時(shí)風(fēng)扇直徑過大，雖然風(fēng)量設(shè)計(jì)成一樣，但風(fēng)壓會(huì)降低很多，吹出的風(fēng)不能夠保證到達(dá)散熱片最底端。所以本課題綜合考慮選擇了直徑九厘米，延續(xù)了市面上的九厘米風(fēng)扇尺寸，沒有設(shè)計(jì)成偏僻的尺寸，使產(chǎn)品具有相當(dāng)高的互換性，不用重新再購(gòu)買散熱片，直接換風(fēng)扇就可以。課題理論計(jì)算出的每分鐘一千轉(zhuǎn)，雖然風(fēng)量足夠，但風(fēng)壓會(huì)不夠大，為了使風(fēng)一定能夠吹到散熱片最底端，課題整定的轉(zhuǎn)速

49、為1500轉(zhuǎn)每分鐘。配合電機(jī)的溫控調(diào)速電路，通常不會(huì)讓其工作在額定轉(zhuǎn)速下，只有當(dāng)cpu滿載和溫度過高時(shí)才會(huì)工作在額定轉(zhuǎn)速下，平時(shí)由于有溫控調(diào)速電路的調(diào)節(jié)，故轉(zhuǎn)速通常不會(huì)很高，所以靜音效果是很明顯的。綜上所述，最后設(shè)計(jì)額定轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘。比市面上平均2000轉(zhuǎn)降低了很多。4 軸承和電機(jī)部分的設(shè)計(jì)4.1 選擇軸承4.1.1 各種風(fēng)扇軸承簡(jiǎn)介目前散熱風(fēng)扇的軸承種類繁多，附錄3中列出了目前大多數(shù)軸承的參數(shù)。含油軸承：目前市面上的十元左右的風(fēng)扇大多選用的是含油軸承，這種軸承不帶有滾珠，軸和軸瓦間依靠油來潤(rùn)滑。這種軸承噪音較小，工作環(huán)境要求低，但壽命較短，不超過八千小時(shí)，而且噪音會(huì)隨著使用時(shí)間的延

50、長(zhǎng)時(shí)加大。液態(tài)軸承：最昂貴的風(fēng)扇所使用的軸承就要數(shù)現(xiàn)在用在硬盤上的液態(tài)軸承了，它以油來代替滾珠，最大幅度地降低了噪音，增加了工作壽命，同時(shí)由于采用油作為填充物，所以散熱良好，常作為高速軸承，如用于服務(wù)器上的每分鐘萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至一萬(wàn)五千轉(zhuǎn)的高速硬盤都采用的是液態(tài)軸承，就連普通個(gè)人電腦硬盤，也在十年前采用了液態(tài)軸承。液態(tài)軸承由于軸承與軸瓦不存在直接接的機(jī)械接觸，并且有油作為緩沖物，所以抗震能力了相當(dāng)好。缺點(diǎn)就是價(jià)格很高，只有很高端的風(fēng)扇才會(huì)采用液態(tài)軸承。滾珠軸承：風(fēng)扇軸承還有滾珠軸承，并且滾珠軸承還分為雙滾珠和單滾珠軸承。滾珠軸承相比含油軸承，采用滾動(dòng)摩擦來代替滑動(dòng)摩擦，所以壽命比含油軸承長(zhǎng)。但如果由于

51、滾珠的制造精度不夠高，噪音會(huì)比較大。其中單滾珠軸承作為雙滾珠軸承與含油軸承的折衷產(chǎn)物，因價(jià)格比雙滾珠軸承低，比含油軸承略高，但壽命比含油軸承長(zhǎng)，并且噪音一般不會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)時(shí)增加，所以一般很多風(fēng)扇配的是這種軸承。除此之外還有含油軸承的改進(jìn)型來福軸承（含油軸承的改進(jìn)型）、磁懸浮軸承和納米陶瓷軸承等。4.1.2 選用軸承風(fēng)扇的壽命往往取決于軸承的壽命。本課題的宗旨是價(jià)格低，也要靜音，使用壽命也不能過短。而來福軸承比較適合。來福軸承工藝要求較低，所以加工起來比較容易，將加工的成本降了下來。來福軸承是普通含油軸承的改進(jìn)型，適合轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合。繼承了噪音低的特點(diǎn)，其增加了逆向螺旋形導(dǎo)油槽，壽命大大增加，可以達(dá)到四萬(wàn)小時(shí)。來福軸承對(duì)高轉(zhuǎn)速的適應(yīng)能力差，而靜音版的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速都不能太高，所以很適合本課題的遷用。所以本課題選擇來福軸承作本風(fēng)扇的軸承。4.2 設(shè)計(jì)電機(jī)4.2.1 選擇電機(jī)類型，確定是否有無功功率臺(tái)式電腦的cpu散熱風(fēng)扇都是由專門的供電線路供電的，風(fēng)扇的供電線都是通過特別的插頭插到電腦主板上專門的供電插座上的。風(fēng)扇上的供電導(dǎo)線通常都