台式机轴流散热PC风扇结构设计

　　日常做设备热设计的时候，轴流风扇是接触频次最高的风冷元件，小到消费级台式主机、工控机机箱，大到机柜通风、小型设备局部散热，这类方型轴流扇的适配场景非常广。这次建模的PC风扇，是消费级机箱最常用的120mm规格，先从安装边界说起，外框是标准正方形，边长120mm，厚度25mm，四个安装角预留了对应规格的螺丝过孔，孔位中心距105mm，适配市面上绝大多数机箱风扇位、水冷排安装位以及风冷塔的风扇固定位，安装时不需要额外做转接件，直接用M3自攻螺丝或者配套的橡胶减震钉就能固定，安装公差控制在0.2mm以内，避免出现孔位对不上、装完扇叶蹭框的问题。

　　从功能特性来看，这款风扇采用七叶轴流结构，扇叶做了后掠式倾角设计，和普通五叶扇相比，相同转速下能推动更大的风量，同时叶尖和外框的间隙控制在0.8mm，尽可能减少叶尖漏风损失，提升送风效率。扇叶中心的轮毂做了圆弧过渡，一方面可以降低轮毂处的气流紊流，减少运转时的风切噪音，另一方面也能给中心的轴承、转子结构预留足够的安装空间。外框的四个边角做了小倒角处理，既可以避免安装时刮手，也能在多风扇并排安装时减少边角处的气流干涉，比如机箱前面板装三把进风扇的时候，相邻风扇的边角不会形成乱流区，影响整体进风效率。

　　设计思路上，首先是兼顾散热性能和运转噪音，扇叶的曲面是按照等环量流型做的参数化建模，每个截面的翼型都做了优化，从叶根到叶尖的安装角逐渐减小，让气流沿着扇叶径向的流速更均匀，不会出现叶根处气流堆积、叶尖处流速过快的问题，实际运转时在1500转的常用转速下，人位噪音能控制在25dBA以内，适合日常办公、家用主机的使用场景。其次是结构可靠性，外框采用一体式注塑结构，四个安装角的位置做了局部加厚，厚度比框体其他位置厚1.2mm，避免安装螺丝时用力过大导致框体开裂；中心的轴承座通过四根对称的加强筋和外框连接，筋位做了流线型修型，减少对气流的阻挡，同时保证轴承座的同轴度，避免扇叶长期运转出现偏心抖动的问题。

　　实际应用中，这款风扇既可以单独作为机箱的进风、排风组件使用，也可以搭配冷排、散热鳍片组成强制风冷散热模块，给CPU、显卡这类高发热元件散热。建模的时候把外框、扇叶、轮毂、轴承座、安装孔这些结构都做了独立的实体特征，后续如果要做参数化调整，比如改成140mm规格、调整扇叶数量、修改叶片倾角，都可以直接在原有模型上修改参数，不需要重新绘制基础轮廓。另外模型也预留了走线槽的位置，在框体的侧边做了2mm宽的凹槽，风扇的供电线可以沿着凹槽走线，避免安装时线材被夹在风扇和机箱之间，或者被扇叶打到。

　　很多新手建模的时候容易忽略扇叶和外框的间隙问题，要么间隙做太大漏风严重，要么间隙太小实际生产后因为注塑收缩出现蹭叶的问题，这次建模的时候特意把间隙按照常用ABS塑料的收缩率做了补偿，预留了足够的公差余量，开模生产的时候不需要再调整尺寸。另外扇叶的做了动平衡配重的预留结构，在轮毂的内侧预留了环形的配重槽，实际生产时可以根据动平衡测试的结果在槽内添加配重块，不需要额外在扇叶上夹配重夹，避免影响扇叶的气流形态。