【文章內(nèi)容簡介】 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/半徑弧長=風(fēng)扇內(nèi)框直徑/2電機(jī)直徑/2平均葉端間距 =90/235/23 = =本課題已經(jīng)選取曲率半徑為100mm,因此計(jì)算弧度為：弧度= =。 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 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 =432 =41mm所以風(fēng)葉最大半徑為41毫米。 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)葉截面最頂端長度32毫米風(fēng)葉截面最底端長度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 計(jì)算風(fēng)扇每轉(zhuǎn)的理論風(fēng)量 計(jì)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)葉長度=風(fēng)葉平均半徑電機(jī)直徑/2 =4035/2 = 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)葉平均截面長度=（風(fēng)葉截面最頂端長度+風(fēng)葉截面最底端長度）/2 =（32+25）/2 =57/2 =設(shè)計(jì)的葉片傾角=40176。；三角形面積S=底高/2。風(fēng)葉空間容量=(XY)/2風(fēng)葉長度 =[（sin40176。）（cos40176。）]/2 =（）/2 = = = ≈4500 mm34500 mm3 =(立方厘米)。 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)葉平均截面長度sin葉片傾角 =sin40176。 = =。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=R2風(fēng)葉高度差 =（35/2103）2 =（102）2 =105m3 ≈105m3立方米課題所設(shè)計(jì)的風(fēng)扇扇框?yàn)檎叫?，邊長為9厘米，內(nèi)框?yàn)閳A形，計(jì)算扇框內(nèi)徑大?。簝?nèi)徑=扇框邊長扇框厚度2 =92 =85mm85mm=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 =（）2105 = 105 =105 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) =1055 =104 m3 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。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（120%） =10480% =104m3所以每轉(zhuǎn)風(fēng)量為：104立方米。 計(jì)算風(fēng)扇所需轉(zhuǎn)速 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。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：104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 =（104） =1012r/min最后得到結(jié)果：風(fēng)扇理論轉(zhuǎn)速為1012轉(zhuǎn)/分鐘。 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)中各種電源線及電子元?dú)饧淖钃酰紩?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) 選擇軸承 各種風(fēng)扇軸承簡介目前散熱風(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)間的延長時(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)器上的每分鐘萬轉(zhuǎn)甚至一萬五千轉(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。但如果由于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，并且噪音一般不會(huì)隨著使用時(shí)間的延長時(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。 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