輪胎是車(chē)輛中最基本的構(gòu)件之一。現(xiàn)代車(chē)輛的發(fā)展 對(duì)輪胎的性能提出了越來(lái)越苛刻的要求，高速化的時(shí)代需要有高性能的輪胎。防止輪胎早期失效破壞，延長(zhǎng)使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益，已越來(lái)越為輪胎的研究者、制造者和使用者所關(guān)注。 　　行駛中的輪胎在外載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，引起溫度的升高。輪胎溫度的升高是影響輪胎壽命的主要原因。這種溫升主要來(lái)源于兩種熱源：一是輪胎周期性變形而產(chǎn)生的橡膠材料滯后損失轉(zhuǎn)變成熱能；二是接地面的摩擦熱。由熱造成的輪胎溫度的升高將導(dǎo)致橡膠化學(xué)和物理性能的下降而喪失強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致輪胎爆破給乘坐者造成不可挽回的損失。 　　因此，為了有效降低因輪胎損壞而造成的災(zāi)難事故，許多機(jī)構(gòu)紛紛對(duì)外力作用下的輪胎溫度場(chǎng)進(jìn)行研究。大量的研究表明，斜交輪胎能正常工作并保證輪胎有足夠耐久性的最高溫度一般是121.1℃，子午線輪胎必須限制在93.3℃以內(nèi)或更低些溫度。必須注意，這里所說(shuō)的溫度都是指輪胎內(nèi)的“局部過(guò)熱”點(diǎn)而言，也就是輪胎各部位相比較產(chǎn)生最高溫度的點(diǎn)。然而，不同的輪胎結(jié)構(gòu)，不同的輪胎膠料，產(chǎn)生最高溫度的部位以及溫度的高低是不同的。因此，迅速、精確、高效地確定滾動(dòng)輪胎溫度場(chǎng)，具有如下意義： 　　第一，指導(dǎo)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期、節(jié)約成本。輪胎的熱學(xué)性能與力學(xué)性能緊密相連，輪胎在滾動(dòng)行駛過(guò)程中由于摩擦和變形而產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致溫度升高；由于結(jié)構(gòu)的原因，可造成局部溫升過(guò)高，這將直接影響輪胎材料的熱物理性能，造成肩空、脫膠或爆胎等結(jié)構(gòu)方面的破壞。為此設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初需要了解輪胎斷面溫升狀況，使設(shè)計(jì)的輪胎產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變分布更加合理，從而降低局部過(guò)高的溫升，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。 　　第二，指導(dǎo)輪胎膠料配方設(shè)計(jì)。一方面，合理地改進(jìn)輪胎橡膠材料的配方有助于輪胎滾動(dòng)阻力的降低。輪胎滾動(dòng)阻力的降低是降低能量損失、節(jié)約能耗的重要標(biāo)志。輪胎的滾動(dòng)阻力下降百分之十車(chē)輛的油耗就會(huì)下降百分之一，油耗的降低又會(huì)對(duì)環(huán)境的優(yōu)化起到積極的作用。另一方面，配方人員可以根據(jù)熱學(xué)分析的結(jié)果在輪胎變形劇烈、溫度較高的部位，有意識(shí)地使用生熱率較低、導(dǎo)熱系數(shù)較高的膠料，這不但有助于該部分溫升幅度的減小，還會(huì)降低輪胎的滾動(dòng)阻力，節(jié)約能耗。 　　第三，指導(dǎo)現(xiàn)有輪胎使用，確保車(chē)輛駕駛員安全駕駛。對(duì)已有輪胎進(jìn)行溫度場(chǎng)分析，使輪胎使用者精確了解各種使用條件下（載荷、氣壓、速度等）輪胎的生熱情況，有利于輪胎的合理使用，避免因過(guò)度超載、超速造成的人員及財(cái)產(chǎn)的損失等。 　　總之，隨著汽車(chē)運(yùn)行速度的提高，汽車(chē)輪胎的溫度也大大升高，在輪胎的設(shè)計(jì)和使用中了解輪胎內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布情況，對(duì)合理設(shè)計(jì)輪胎結(jié)構(gòu)和膠料的配方，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)費(fèi)用以及在使用中合理安排使用條件等都具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。 輪胎溫度場(chǎng)研究方法與現(xiàn)狀 　　輪胎的溫度場(chǎng)對(duì)輪胎的能量損失和其它力學(xué)性能影響很大，因此輪胎的熱學(xué)分析對(duì)提高輪胎性能已成為必不可少的手段。目前輪胎熱學(xué)研究主要集中在輪胎用膠料的熱學(xué)參數(shù)的測(cè)試、輪胎溫升的模擬計(jì)算、輪胎滾動(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的研究、以及橡膠模量與輪胎內(nèi)部生熱的關(guān)系等。 　　為了獲得輪胎的溫度場(chǎng)分布，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多科技工作者一直在努力嘗試各種方法，由于輪胎結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及輪胎復(fù)合材料的非線性，過(guò)去一直采用實(shí)測(cè)方法。我國(guó)早就開(kāi)始了輪胎的室內(nèi)測(cè)溫試驗(yàn)，六、七十年代也進(jìn)行了輪胎公路測(cè)溫，獲取了不少試驗(yàn)數(shù)據(jù)。輪胎溫度的實(shí)際測(cè)量方法主要有以下兩種： 　　一是接觸法，西方和前蘇聯(lián)都是在50年代開(kāi)始應(yīng)用的。它主要用于測(cè)定輪胎內(nèi)部溫度和輪胎硫化時(shí)的溫度測(cè)溫。接觸法測(cè)溫，又分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。靜態(tài)法一般是在輪胎每次實(shí)驗(yàn)停止后測(cè)量，主要用于測(cè)量胎冠和胎肩處的溫度。它使用的是探針式熱電偶。通過(guò)導(dǎo)輪控制，探針可以自動(dòng)地插入既定測(cè)溫點(diǎn)的深處。插入的深度一般為12～16mm，以使其插入胎體外層簾布和胎面膠基部的交界處為宜。此法測(cè)溫快捷，而且能對(duì)實(shí)驗(yàn)前的溫度準(zhǔn)確測(cè)量。動(dòng)態(tài)法，一般是在輪胎滾動(dòng)時(shí)測(cè)量。首先在輪胎內(nèi)部開(kāi)孔，將熱電偶預(yù)先埋入輪胎測(cè)溫點(diǎn)，或者將熱電偶從氣門(mén)嘴插入，并通過(guò)滑環(huán)裝置將其引出，測(cè)定輪胎內(nèi)部空氣的溫度。用接觸法測(cè)量溫度，只能測(cè)量點(diǎn)，而且因?yàn)橐谳喬ド祥_(kāi)孔，這樣輪胎在受力滾動(dòng)時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，測(cè)出的溫度必然與實(shí)際溫度有出入，因而，必須對(duì)其測(cè)量結(jié)果加以修正。 　　二是非接觸法，一般采用紅外測(cè)溫儀，60年代開(kāi)始采用。該方法是通過(guò)測(cè)定被測(cè)物體的紅外線輻射量，確定被測(cè)物體的表面溫度。其最大優(yōu)點(diǎn)是不用接觸即可測(cè)得被測(cè)物體的表面溫度分布圖。紅外測(cè)溫儀不斷發(fā)展，目前它不僅可測(cè)得表面溫度，而且借助于計(jì)算機(jī)可對(duì)等溫線圖、同一溫度的面積比率進(jìn)行分析，還能對(duì)故障探測(cè)、故障增長(zhǎng)等進(jìn)行研究。也能從導(dǎo)熱的角度，對(duì)滾動(dòng)中輪胎內(nèi)部空氣的流動(dòng)進(jìn)行研究。非接觸法比接觸法前進(jìn)了一大步，為數(shù)學(xué)分析預(yù)測(cè)輪胎整體溫度分布和熱分布提供了條件。但其局限性是只能測(cè)量輪胎表面的溫度。 　　隨著計(jì)算理論的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，人們逐漸開(kāi)始采用建立數(shù)學(xué)模型的方法來(lái)研究輪胎的生熱規(guī)律和溫度場(chǎng)分布狀況。有限元法的引入使輪胎溫度場(chǎng)分析得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。它的優(yōu)點(diǎn)是能精確模擬輪胎的結(jié)構(gòu)和材料，可以根據(jù)輪胎的操作條件、材料特性等來(lái)直接預(yù)測(cè)輪胎的溫度場(chǎng)。 　　目前，許多大型企業(yè)和科研單位已成功地運(yùn)用Algor、Marc、Ansys等大型有限元軟件研究了輪胎溫度場(chǎng)的分布狀況，并且取得了一定的效果。然而，因?yàn)檩喬?nèi)部溫度場(chǎng)的分布狀況復(fù)雜，影響因素眾多，雖然這些軟件應(yīng)用范圍廣，但就某一特定領(lǐng)域諸多因素的影響考慮得并不周全，用此類(lèi)軟件計(jì)算輪胎溫度場(chǎng)就有一定的局限性。 　　為了克服這些缺點(diǎn)，進(jìn)行輪胎溫度場(chǎng)計(jì)算專(zhuān)用軟件的開(kāi)發(fā)工作，以更好地了解輪胎溫度場(chǎng)的分布狀況顯得很有必要。 　　輪胎溫度場(chǎng)研究展望 　　由于輪胎材料的非線性及輪胎受力的復(fù)雜性，對(duì)輪胎溫度場(chǎng)及其相關(guān)問(wèn)題的研究是個(gè)非常復(fù)雜的課題。通過(guò)幾年的工作我們已對(duì)轎車(chē)子午線輪胎穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行了較為全面的研究。 　　但是當(dāng)輪胎與路面間產(chǎn)生宏觀相對(duì)滑動(dòng)，特別是滑動(dòng)速度較高時(shí)，摩擦使輪胎接地胎面溫度升高很快，傳熱的非穩(wěn)態(tài)性強(qiáng)烈地影響著摩擦牽引力的瞬態(tài)值，這對(duì)著路的飛機(jī)、急轉(zhuǎn)彎和急劇變速的汽車(chē)來(lái)講是極為重要的。這時(shí)摩擦產(chǎn)生的熱量已不容忽視。雖然國(guó)內(nèi)外有些文獻(xiàn)也對(duì)輪胎與地面的摩擦生熱進(jìn)行了研究。如藤川達(dá)夫利用紅外線傳感器測(cè)定了接地面內(nèi)的溫度，然后根據(jù)測(cè)定的滑移量計(jì)算出由于摩擦產(chǎn)生的熱，再利用一維有限元法計(jì)算出了胎面的表面溫度；彭旭東在分析輪胎在冰面上行駛機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)輪胎與冰面的摩擦特性進(jìn)行了研究；Hegmon也研究了滑動(dòng)輪胎胎面的接觸溫度。但他們只限于研究胎面在摩擦熱的作用下的溫升，有些研究中輪胎的溫度極低，也沒(méi)有進(jìn)一步分析整個(gè)輪胎的溫升狀況。 　　為了保證輪胎的行駛安全，在國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮輪胎因周期性彈性變形的滯后效應(yīng)生熱 —— 滯后熱源（內(nèi)熱源）和胎面與地面間摩擦生熱 —— 摩擦熱源（外熱源）的作用，建立其溫度場(chǎng)計(jì)算的物理數(shù)學(xué)模型，同時(shí)對(duì)相關(guān)問(wèn)題如膠料的熱物性，熱邊界條件等進(jìn)行研究，形成完整的輪胎溫度場(chǎng)模擬計(jì)算方法，將對(duì)輪胎熱學(xué)研究的發(fā)展起到積極的作用。在完善已有輪胎穩(wěn)態(tài)溫度長(zhǎng)計(jì)算軟件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行這方面的研究將是我們未來(lái)的方向。 　　總之，輪胎溫度場(chǎng)的研究對(duì)改善輪胎的結(jié)構(gòu)和配方設(shè)計(jì)具有十分重要的意義，這方面的進(jìn)一步工作，將為輪胎設(shè)計(jì)工作者提供參考依據(jù)，從而必將為推動(dòng)我國(guó)輪胎工業(yè)的科技進(jìn)步作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。