动压轴承技术介绍

　　就散热器而言，不少玩家非常关心它的噪音。不过你可曾想过，散热器的噪音其实和风扇电动机使用的轴承有很大关系。常见的滚珠轴承噪音相对较大，含油轴承寿命短，难道就没有两全的办法吗？动压轴承，这种特殊轴承的应用，为散热器指明了小型化和低噪化的发展方向。

　　轴承是整个散热系统中非常重要的部分，没有好的轴承，就意味着散热器的寿命降低、噪音增大甚至稳定性变差。目前市场上最主要的两种轴承是含油轴承和滚珠轴承。

　　传统含油轴承和滚珠轴承的缺点

　　在说轴承的缺点之前，我们先来给市场上的轴承分门别类。从轴承的工作原理来看，轴承主要有三大类：套筒式轴承、滚珠式轴承和混合式轴承。轴承无论如何发展，在没有新的轴承结构出来之前，轴承类型只能是这三种，而我们今天的主角动压轴承则是套筒轴承的“变异体”。我们先来看看含油轴承。它的特点是价格便宜，初始使用时噪音低。不过它的劣势同样明显：寿命不长、容易磨损、工作温度较高以及使用一定时间后，噪音会变大等问题。

　　含油轴承主要依靠边界润滑来保持系统的稳定性。所谓边界润滑，是指在两个相对的摩擦面上存在着一层与摩擦物质不同的膜，这层膜用来隔开摩擦物质，并产生润滑效应。那么含油轴承的润滑膜在哪里呢？我们知道，轴承有定子和转子，轴承的润滑膜肯定存在于定子和转子之间。含油轴承开始旋转后，温度由于摩擦而上升，润滑油则由于热胀冷缩带来的压力上升，开始填充定子和转子中的缝隙，在接触体表面形成润滑膜，保证轴承平稳运行。

　　含油轴承的润滑完全依靠润滑油，因此，一旦润滑油干涸或者脏污，整个轴承的工作环境就会变差，轴承的噪音会变大，温度也会变高。一些玩家自行为含油轴承填充润滑油就是为了解决这类问题。另外，含油轴承工作时，润滑膜并非总是有效存在的，因此轴承的定子和转子总处于混合摩擦状态（既存在有润滑的摩擦，也存在“硬碰硬”的摩擦），这种状态也会降低轴承的寿命。

　　含油轴承寿命不高，那么滚珠轴承呢？滚珠轴承利用滚珠的滚动，再加上润滑油的辅助，既保证了转子和定子的相对运行，同时也大大提高了工作效率，寿命比含油轴承长很多。

　　但滚珠轴承也有问题，它的初始使用噪音也比套筒轴承高。滚珠轴承的噪音主要来自于震动和摩擦。人们在设计中，滚珠、定子和转子最好都是绝对的圆形。但在实际生产中，人们很难加工出“绝对圆”的产品（甚至一些产品本身就有微小缺陷），因此滚珠轴承在工作时由于“不圆”，存在微小震动等问题，最终导致噪音增大。除此之外，诸如润滑油脏污、灰尘钻入等，都可能造成滚珠轴承噪音变大。另外，滚珠轴承不能经受碰撞，如果在工作时，滚珠轴承的定子和转子由于外力的作用碰撞到了一起，那么转子、定子、滚珠便会相互碰撞，受损机会很高。如果滚珠轴承受损，那么滚珠在滚动时就会产生碰撞等问题，反过来又会加剧“伤口”的进一步发展，带来更多的问题。

　　接触—所有问题的核心从滚珠轴承和含油轴承的工作过程来看，只要接触继续存在，轴承的这些“毛病”就很难得到改善。含油轴承的寿命问题，大部分都是由不当摩擦带来的。滚珠轴承也是如此，摩擦让所有的一切都变得不够“和谐”。

　　摩擦的产生肯定是有条件的：1.表面接触；2.有相对运动趋势。相对运动趋势我们是控制不了的，定子和转子如果没有相对运动，就干脆不要工作了。因此，只有从表面接触上下手。让定子和转子在工作时既有充分的润滑，又几乎不存在表面接触，那不就解决问题了吗？

　　要解决表面接触的问题，就要让转子永远处于轴承的理论中心位置，至少不能由于偏差而产生定子和转子的接触和碰撞。为了解决这个问题，必须找到一种方法来控制轴承，让它在运动时能够永远保持理想状态。今天我们要介绍的动压轴承就是按照这样的要求设计出来的产品。

　　神奇的沟槽—动压轴承的完美创意

　　如果有这样一种轴承：它的工作噪音比含油轴承初始噪音低很多、工作时定子和转子之间几乎没有接触、寿命相当长，工作温度也很低。这种轴承存在吗？当然存在了！动压轴承正好完美解决了这些问题。动压轴承的结构和含油轴承极为类似。所不同的是，它的秘密全部存在于轴承定子和转子接触的内壁。在了解这个设计之前，我们先介绍一下经典的“动压润滑理论”。

　　动压轴承巧妙的内部结构

　　此时，你已经大概了解了动压润滑理论，并体验了一把动压的感受。在轴承里，动压的作用就是产生无接触的润滑表面，让定子和转子分离开来。为了产生这样的动压，轴承在内壁结构设计上做出了一定的改进。

　　动压轴承和传统的含油轴承是不同的。含油轴承的内壁要求尽可能光滑以减少摩擦。但动压轴承内壁却布满了不同斜向的规则条纹。这些条纹组成了横向“V”字形结构。还记得我们刚才的实验结果吗？有一定粘性的润滑油，利用这样的“V”字形结构（就像你的“V”形手指）就成功形成了动压润滑。

　　当轴承在旋转时，润滑油会随着不同沟槽分别向上、向下运动，并最后集合在“尖点”上，形成一个稳定的“团体”。这样“一团润滑油在旋转过程中能够保持稳定性，并且将定子和转子“撑开”。可以想象，整个动压轴承内部，均匀分布一些这样能够“撑起”定子和转子的“润滑油团体”，那么定子和转子将无接触完美运转。

　　说到自动生成的润滑油“团体”，又有一个问题要解释了：动压轴承能够产生多大的力量来“撑起”定子和转子之间的空间呢？事实上，动压轴承能够形成大约7～5MPa的压力，而为了维持轴承运转，仅需要1.5～3.5MPa即可。因此动压轴承产生的压力远远超出了需求，可以保证系统的完美运行。

　　在介绍完动压轴承的工作情况后，我们从产品性能角度总结一下动压轴承的优缺点：首先，它的噪音极低。因为整个过程没有接触，并且有润滑油缓冲，因此振动被降低到最低，碰撞噪音也不复存在。日本一些研究机构的研究数据证明，在工作30000小时后，普通的滚珠轴承噪音已经明显上升，而动压轴承却几乎没有变化。其次，动压轴承寿命非常长，我们也看到了，在运转过程中动压轴承不存在大面积的定子和转子的摩擦现象，因此保证润滑油一直有效，轴承寿命就可以得到保证。第三，动压轴承工作温度低。普通的含油轴承和滚珠轴承都存在直接接触现象，摩擦和碰撞将带来温度上升。动压轴承并没有直接接触，温度自然要低很多。第四，动压轴承抗冲击性能很出色。一般的冲击都不会给动压轴承带来什么损坏，即使某次剧烈冲击损坏了轴承内壁上的沟槽，但其余的沟槽也能建立起非常稳定的动压环境，保证轴承稳定运行。

　　总体而言，动压轴承虽然整体性能非常出色，但在使用中还有一些地方需要注意。首先是动压轴承不太适合在特别肮脏的环境下使用。虽然动压轴承能够在结构设计和封闭性上做出非常多的防污措施，防止内部的润滑油被环境灰尘等污染，但实际使用中如果一些污垢进入润滑油中，会严重影响轴承的寿命和性能。另外，动压轴承需要一个比较高的转速来维持压力。一般来看，500rpm的转速就可以让动压轴承很好的工作了。

　　动压轴承的应用

　　另一方面，动压轴承在性能方面的优势，让很多设计人员都颇为重视。虽然相比含油轴承和滚珠轴承，动压轴承的成本更高，但由于其出色的性能，目前已经广泛被应用在硬盘、光驱等需要长时间旋转、对稳定性和寿命要求都特别高的产品中。

　　比如大部分硬盘中的轴承，都使用了高性能、长寿命、高精度的动压轴承；在一些需要长期转动的设备中，比如光驱主机马达轴承、滤光镜片轴承等，都广泛使用动压轴承。另外，一些中、高端笔记本电脑的散热风扇都普遍开始使用动压轴承。这是因为滚珠轴承的体积较大，在笔记本电脑空间狭小难以使用，而体积较小的含油轴承寿命表现又不够理想，因此动压轴承是比较理想的选择。比如ThinkPad T系列、X系列超薄机型、以及SONY VAIO的薄型系列、DELL和HP的中高档笔记本电脑中，都能看到动压轴承的身影。而且随着动压轴承应用范围越来越广，成本逐渐降低，一些高档显卡也开始使用动压轴承作为风扇主轴，不仅进一步降低了散热器的噪音，还大大延长了散热器的寿命。

　　总结：低噪音、高效能的轴承发展方向

　　我们介绍的动压轴承只是整个轴承家族中的一类产品而已，除此之外，还有诸如静压轴承、推力球轴承等其它结构产品，也有纳米轴承、来福轴承等改进型产品。从目前应用的情况来看，动压轴承已经在电脑产品中得到了应用，并取得了颇为优秀的效果。

　　从另一个角度来看，它的主要技术目的是着眼于减少摩擦、降低噪音，提高产品效能和寿命表现。这也是轴承未来发展的重要目标和方向。只有降低摩擦、使用更有效的工作方式，轴承才能在发展中进一步发扬光大，带给我们更静音、更长寿的使用体验。