1、成都理工大学工程技术学院毕业论文 CPU 风扇 的三维实体仿真设计 作者姓名： * 专业名称： 机械 设计与制造 指导教师： * 讲师成都理工大学工程技术学院毕业论文 - I - 摘要 随着电脑的普及，机械设计也采用了更方便快捷高效的软件制图。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式。 基于 Pro/E实现几何模型的参数化建模方法及其实现原理介绍了设计 CPU 风扇 的全过程，阐明了产品设计研发的发展趋势。 通过对 CPU 风扇 的设计可以发现在产品设计开发过程中，同一产品中有许多相同或相似的特征；或者由于产品系列化的原因，以前的产品中曾有过相同或相似的结构。对于这些特征， 可以在
2、Pro/ENGINEER 中快速复制这些特征，从而大大加快及优化产品的设计。 基于特征的 Pro/E 三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，重点在于通过对 CPU 风扇 的设计完成对 Pro/E 软件基本特征的掌握。 关键词 ： Pro/ENGINEER 机械制造 CPU 风扇 成都理工大学工程技术学院毕业论文 - II - Abstract Along with the popularity of computer, mechanical design has also adopted the software drawing of more convenient shortcut ef
3、ficiency. The technology of computer utilize , is replacing traditional handwork design way in each aspect. Based on Pro/E, the parameter that realizes geometry model melts to build mould method and it, realize the principle whole course that has introduced the design parts of CPU Fan, have expounde
4、d products plan research and develop develop tendency. Through discovering for the design of the parts of CPU Fan in the development course of products plan, in a product, have a lot of identical or similar features; Or because of the reason that range of products melts before product in have had id
5、entical or similar structure. For these features can duplicate fast in Pro/ENGINEER these features, so, the design of and optimization product accelerates greatly. Based on the design of feature that the three-dimensional modelling software of Pro/E has offered convenience to design platform, focal
6、point lie in the design completion of passing for CPU Fan for the software basic feature of Pro/E grasp. Keyword: Pro/ENGINEER, mashine building, The parts of CPU Fan 成都理工大学工程技术学院毕业论文 - III - 目录 摘要 . I Abstract.II 目录 . III 前言 . 1 1 CPU 风扇的 三维实体仿真设计 概述 . 2 1.1 CPU 风扇的工作原理 及性能 . 2 1.2 CPU 风扇的结构设计及技术规格
7、 . 3 2 Pro/ENGINEER 软件简介 . 8 2.1 Pro/ENGINEER 的主要特性 . 8 2.2 Pro/ENGINEER 的常用模块 . 9 2.3 Pro/E 软件的建模功能 . 10 3CPU 风扇的部件设计 . 12 3.1 创建实体特征 . 12 3.2 创建倒角特征 . 13 3.3 创建壳特征 . 14 3.4 在实体底部添加两个拉伸实体特征 . 15 3.5 在实体特征上创建筋特征 . 18 3.6 在实体特征上创建一组剪切材料特征 . 21 3.7 创建旋转曲面特征 . 23 3.8 创建第 1 组基准轴线特征 . 25 3.9 创建第 1 组边界的曲面
8、特征 . 29 3.10 创建第 2 组边界的曲面特征 . 30 3.11 合并曲面特征 . 32 3.12 在曲面特征上加入倒圆角特征 . 37 成都理工大学工程技术学院毕业论文 - IV - 3.13 由曲面特征生成实体特征 . 39 3.14 在模型上创建倒圆角特征 . 41 总结 . 44 致谢 . 45 参考文献 . 46 成都理工大学工程技术学院毕业论文 - 1 - 前言 随着全球经济和科技的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素，促使了工业产品在市场上的竞争力日益加强，产品开发周期、生产周期的不断缩短，促使了机械制造行业的飞速发
9、展。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要 。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式。随着信息化程度日益提高。 CAD、 PDM、 CAPP、 RE、 CIMS、ERP 及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术等广泛应用于机械行业。机械制造正在向着应用越来越广泛地位越来越重要的方向发展 .Pro/Engineer 是一个优秀的三维模型制作软件，系统可以非常方便地生成三维模型，并且可以很容易地根据三维模型生产平面图形。此外，利用 Pro/Engineer 制作三维模型时，它完全依赖于各种特征，并且用户可以在任何时候对特征进行修改或者删除，从而可在模型设计过程中大大 地提供设计效
10、率，并降低设计难度。 鉴于以上几点，我选择了设计 CPU 风扇 作为本次毕业设计的课题。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 - 2 - 1 CPU 风扇 的三维实体仿真设计 概述 我们到底该如何才能为电脑防暑降温呢？一般来说，我们可以采用风冷、水冷、半导体制冷和氟（氮）制冷等多种方法来降温，但由于这些方法实现成本比较高，而且还可能对电脑的安全构成威胁，因此这几种方式在国内并不是十分流行。与这些方法相比，另外一种最实效、最方便、最常用的方法就是使用风扇和散热片。说到 CPU 的风扇和散热片，其实就是利用它们快速将 CPU 的热量传导出来并吹到附近的空气中去，降温效果的好坏直接与 CPU 散热风扇
11、有关。 目前 CPU 风扇主要用的是 60、 70 和 80 三种型号。这个型号是什么 意义呢？我们知道， CPU 风扇的外框形状是正方形，而它的型号就是正方形的边长。比如一个风扇的外框边长为 60 毫米，则型号为 60。此外风扇还有厚型和薄型之分， CPU 用的风扇全都是薄型的。同样尺寸的风扇都是可以互换的。比如 Tt 火山 9 和 Coolermaster HV81 的风扇都为 80 型，你可以把火山 9 的风扇拆下来装到 HV81 的散热片上，一点问题都没有。也有些特殊设计的风扇是无法与其他风扇互换的，比如Intel 原装散热器的风扇。 1.1 CPU 风扇的工作原理 及性能 CPU 散
12、热的过程及原理 CPU 工作产生热量，热量由 CPU 源源不断的散发出来，由于散热片接触到 CPU 表面，热量由 CPU 传到散热片上，再由散热风扇转动所产生的气流将热带走，如此循环，形成整个散热的过程。为保证良好的散热效果，还要用扣具将它们组装起来。 散热器组成 散热片 散热片的热是经由流动的冷空气带走，跟空气接触的面积越多，散热的速率就越快。 散热风扇 送风的部分；其扇叶的数量、形状和倾斜程度都影响成都理工大学工程技术学院毕业论文 - 3 - 着散热效果 。 扣具 扣具设计是随 CPU 而 定，不同的 CPU 要选用对应的扣具。 主要性能 风扇的主要性能从以下几个方面体现：转速、扇叶形状、
13、扇叶 角度和轴承系统。一般情况下，在散热器的说明书上都标明风扇的转速。一般来说散热器的散热效果有 30%要取决于风扇的转速。但风扇并不是转速越高越好。正确的风扇转速应该根据 CPU 的发热量决定，不同规格的风机转速选择都应该有所区分，基本的原则就是：在产生同等风量的前提下，风机越大转速就应该越低，噪音同样也会较小，一般在 3500转至 5200 转之间的转速是比较合乎常规的。 功率越大，风扇风力越强劲，散热效果也就越好。 而风扇的功率与风扇的转速又是有直接联系的，也就是说风扇的转速越高，风扇也就越强劲有力。目前一般电脑市场上出售的风扇都是直流 12V 的，功率则从0.X W 到 2.X W 不
14、等，那么功率的大小就需要根据您的 CPU 发热量来选择了。特别提醒大家的是，不能片面的强调大功率，只需要与 CPU 本身的功率要相匹配就可以了，如果功率过大，不单冷却效果没有多大增强，反而可能会加重计算机的工作负荷，最终缩短 CPU 和风扇的寿命。因此，在选择 CPU 功率大小的同时，应该量“热”而行。 较好的散热器，边缘不会出现毛刺现象，散热鳍片无变形、底部 光滑无裂痕、外观整洁、造型大方、有质保、有防伪标志或者其他特征的商标等。另外，大家在选择散热器时还要注意的是散热器的底部不能太厚，因为铝的导热性不太好，太厚了会影响热量的传递；另外散热器表面的导流槽应密一些，这样可以确保散热器能与空气有
15、较大的接触面积，从而增强散热效果。 1.2 CPU 风扇的 结构设计 及技术规格 叶片形状 有镰刀型、梯形和 AVC 专利的折缘型等。 相对来说，镰刀型扇叶运转时比较安静，但风压也较小；梯形扇叶容易产生较大风压，但噪音相对也较大。折缘型是最优秀的设计 ，在保持低噪音的同时能产生较大的风压，但目前仅用于 AVC 自己的产品中。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 - 4 - 叶片数量 CPU 风扇的叶片通常在 6 片到 12 片之间。 一般说来，叶片数量较少的容易产生较大的风压，但运转噪音也较大；而叶片数量较多的则恰好相反。 出风的方向 分为轴流式和离心式两种。 顾名思义，轴流式的出风方向是沿风扇
16、轴的方向，即垂直于叶片旋转面的方向出风；离心式的出风方向则是沿叶片旋转面的径向往四面八方出风。目前 CPU 散热器基本上都采用轴流式风扇，采用离心式风扇的仅 有 Coolermaster 的“龙卷风”系列。而从实用效果来看，离心式风扇工作时出的风得不到充分利用，反而会增加工作噪音，所以并不是好的选择。但采用离心式风扇的散热器比较容易做到很薄的形状，所以常在一些显卡散热系统中被采用。 风扇功率 风扇功率是影响风扇散热效果的一个很重要的条件，功率越大通常风扇的风力也越强劲，散热的效果也越好。而风扇的功率与风扇的转速又是直接联系在一起的，也就是说风扇的转速越高，风扇也就越强劲有力。目前一般电脑市场上
17、出售的都是直流 12V 的，功率则从 0.X 瓦到2.X 瓦不等，这其中的功率大小就需要根据你的 CPU 发热量来选择了，理论上是选择功率略大一些的更好一些，因为这种风扇的转速要高一些。但笔者在这里还要提醒大家的是，不能片面地强调高功率，这需要同计算机本身的功率要相匹配，如果功率过大，不但不能起到很好的冷却效果，反而可能会加重计算机的工作负荷，从而会产生恶循环，最终缩短了 CPU 风扇的寿命。因此，在选择 CPU 风扇功率大小的时候，应该遵循够用为原则。 风扇口径 该性能参数对风扇的出风量也有直接的影响，它表示在允许的范围之内风扇 的口径越大，那么风扇的出风量也就越大，风力效果的作用面也就越大
18、。通常在主机箱内预留位置是安装 8cm 8cm 的轴流风扇，如果不在标准位置安装则没有这个限制，那么这时我们可以选择稍微大一点尺寸的风扇。对于该指标，笔者要说的就是选择的风扇口径一定要与自己计算机中的机箱结构相协调，保证风扇不影响计算机其他设备的正成都理工大学工程技术学院毕业论文 - 5 - 常工作，以及保证计算机机箱中有足够的自由空间来方便拆卸其他配件。 风扇转速 风扇的转速与风扇的功率是密不可分的，转速的大小直接影响到风扇功率的大小。通常我们认为，在一定的范 围内，风扇的转速越高，它向 CPU 传送的进风量就越大， CPU 获得的冷却效果就会越好。但是一旦风扇的转速超过它的额定值，那么风扇
19、在长时间超负荷之下工作时，本身也会产生热量，时间越长产生的热量也就越大，此时风扇不但不能起到很好的冷却效果，反而会“火上浇油”；另外，风扇在高速运转过程中，可能会产生很强的噪音，时间长了可能会缩短风扇寿命；还有，较高的运转速度需要较大的功率来提供“动力源”，而高动力源又是从主板和电源中的高功率中获得的，主板和电源在超负荷功率下就会经常引起系统的不稳定。因此，我们在选择风扇的转速时，应该 根据 CPU 的发热量决定，最好选择转速在 3500 转至 5200 转之间的风扇。 风扇材质 由于 CPU 的热量是通过传导到散热片，再经风扇带来的冷空气吹拂而把散热片的热量带走的，而风扇所能传导的热量快慢是
20、由组成风扇的导热片的材质决定的，因此风扇的材料质量对热量的传导性能具有决定性的作用，为此我们在选择风扇时一定要注意风扇导热片的热传导性是否良好。目前导热性能比较好的材料中，导热效果最好的当然是金子了，黄金白金都不错，之所以 AOPEN 的 AX6BC 系列主板会在北桥芯片散热片上镀上金子，一 方面是显示尊贵的地位，另一方面则是有利于散热。仅次于金子的导热金属就是铜了，铜是一种导热性能优良的金属，如果用铜来生产散热片，那散热效果会非常理想，但铜质地较结实，加工难度较大，质量较重，而且成本也较高，所以我们目前很难见到使用铜来生产的散热片。再次于铜的便是铁和铝，这两种可是很大众化的金属了，但两者横向比较一下，你便会发现铁易锈、质地坚硬、不易加工、质量重等弱点，而铝却没有这些麻烦事，所以铝便成为生产散热片最好的材料了。 风扇噪声 衡量风扇质量高低的另外一个外在表现是噪音 大小。试想一下，如果买回来的风扇噪音很大，就算风扇其他性能非常完好，自己心里也不
