矫直机多轴伺服控制系统散热器设计

翟 华，赵彩暇，刘 洋，吴玉程，严建文

（1.合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009；2.合肥工业大学 合锻研究院，安徽 合肥 230009）

自动矫直机主要用于轴类零件热处理后的矫直工艺，因此一般放置在温度高、环境恶劣的热处理车间[1]，对相关元器件的质量要求较高。多轴伺服控制系统是自动矫直机的核心，通过CPU、FPGA等芯片高度集成，主要实现矫直机自动旋转检测、自动矫直、多点移动等功能，工作温度一般为-5～65℃。由集成芯片功耗产生的高温会导致电子元器件失效，必须经散热器进行及时降温，现已成为控制系统设计面临的主要问题。

1 控制系统散热方案设计

1.1 散热器散热方案

如图1所示，针对多轴伺服矫直机控制系统机箱的散热问题，散热方案设计的主要目的是保证系统内集成电子元器件的工作温度低于其许可的最大温度。系统内设有两个ASIC芯片，第一个芯片功率50W，第二个芯片功率30W。设计目标是：在20℃环境下工作时，温度不得超过60℃。

图1 多轴控制系统模型

进行散热器设计时，首先选择散热器肋片形状，初步确定散热器的尺寸，其次对散热器的肋片高度、肋片厚度、肋片间距、基板厚度等进行优化，最后用仿真软件进行温度分析，确保芯片温度在允许的工作范围内。

型材散热器肋片形状主要分为矩形肋、梯形肋、三角形肋三种结构形式。其中，梯形肋重量与热阻较大，三角形肋片体积和矩形肋片相似，重量轻30%左右，但不易加工，矩形肋散热器加工方法简单，热阻较小，此处选择矩形肋散热器[2]。……