輪胎是車輛中最基本的構(gòu)件之一。現(xiàn)代車輛的發(fā)展 對輪胎的性能提出了越來越苛刻的要求，高速化的時代需要有高性能的輪胎。防止輪胎早期失效破壞，延長使用壽命，提高經(jīng)濟效益，已越來越為輪胎的研究者、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致橡膠化學和物理性能的下降而喪失強度，嚴重時會導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，許多機構(gòu)紛紛對外力作用下的輪胎溫度場進行研究。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，這里所說的溫度都是指輪胎內(nèi)的“局部過熱”點而言，也就是輪胎各部位相比較產(chǎn)生最高溫度的點。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、高效地確定滾動輪胎溫度場，具有如下意義： 　　第一，指導輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計，縮短設(shè)計周期、節(jié)約成本。輪胎的熱學性能與力學性能緊密相連，輪胎在滾動行駛過程中由于摩擦和變形而產(chǎn)生大量的熱量，導致溫度升高；由于結(jié)構(gòu)的原因，可造成局部溫升過高，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)計者在設(shè)計之初需要了解輪胎斷面溫升狀況，使設(shè)計的輪胎產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變分布更加合理，從而降低局部過高的溫升，延長輪胎的使用壽命。 　　第二，指導輪胎膠料配方設(shè)計。一方面，合理地改進輪胎橡膠材料的配方有助于輪胎滾動阻力的降低。輪胎滾動阻力的降低是降低能量損失、節(jié)約能耗的重要標志。輪胎的滾動阻力下降百分之十車輛的油耗就會下降百分之一，油耗的降低又會對環(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)熱學分析的結(jié)果在輪胎變形劇烈、溫度較高的部位，有意識地使用生熱率較低、導熱系數(shù)較高的膠料，這不但有助于該部分溫升幅度的減小，還會降低輪胎的滾動阻力，節(jié)約能耗。 　　第三，指導現(xiàn)有輪胎使用，確保車輛駕駛員安全駕駛。對已有輪胎進行溫度場分析，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，避免因過度超載、超速造成的人員及財產(chǎn)的損失等。 　　總之，隨著汽車運行速度的提高，汽車輪胎的溫度也大大升高，在輪胎的設(shè)計和使用中了解輪胎內(nèi)部溫度場的分布情況，對合理設(shè)計輪胎結(jié)構(gòu)和膠料的配方，縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計費用以及在使用中合理安排使用條件等都具有重要的經(jīng)濟價值和社會效益。 輪胎溫度場研究方法與現(xiàn)狀 　　輪胎的溫度場對輪胎的能量損失和其它力學性能影響很大，因此輪胎的熱學分析對提高輪胎性能已成為必不可少的手段。目前輪胎熱學研究主要集中在輪胎用膠料的熱學參數(shù)的測試、輪胎溫升的模擬計算、輪胎滾動時穩(wěn)態(tài)溫度場的研究、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分布，多年來國內(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)的復雜性及輪胎復合材料的非線性，過去一直采用實測方法。我國早就開始了輪胎的室內(nèi)測溫試驗，六、七十年代也進行了輪胎公路測溫，獲取了不少試驗數(shù)據(jù)。輪胎溫度的實際測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年代開始應(yīng)用的。它主要用于測定輪胎內(nèi)部溫度和輪胎硫化時的溫度測溫。接觸法測溫，又分為靜態(tài)法和動態(tài)法。靜態(tài)法一般是在輪胎每次實驗停止后測量，主要用于測量胎冠和胎肩處的溫度。它使用的是探針式熱電偶。通過導輪控制，探針可以自動地插入既定測溫點的深處。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。此法測溫快捷，而且能對實驗前的溫度準確測量。動態(tài)法，一般是在輪胎滾動時測量。首先在輪胎內(nèi)部開孔，將熱電偶預(yù)先埋入輪胎測溫點，或者將熱電偶從氣門嘴插入，并通過滑環(huán)裝置將其引出，測定輪胎內(nèi)部空氣的溫度。用接觸法測量溫度，只能測量點，而且因為要在輪胎上開孔，這樣輪胎在受力滾動時，必然會產(chǎn)生應(yīng)力集中，測出的溫度必然與實際溫度有出入，因而，必須對其測量結(jié)果加以修正。 　　二是非接觸法，一般采用紅外測溫儀，60年代開始采用。該方法是通過測定被測物體的紅外線輻射量，確定被測物體的表面溫度。其最大優(yōu)點是不用接觸即可測得被測物體的表面溫度分布圖。紅外測溫儀不斷發(fā)展，目前它不僅可測得表面溫度，而且借助于計算機可對等溫線圖、同一溫度的面積比率進行分析，還能對故障探測、故障增長等進行研究。也能從導熱的角度，對滾動中輪胎內(nèi)部空氣的流動進行研究。非接觸法比接觸法前進了一大步，為數(shù)學分析預(yù)測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量輪胎表面的溫度。 　　隨著計算理論的進一步發(fā)展和成熟，人們逐漸開始采用建立數(shù)學模型的方法來研究輪胎的生熱規(guī)律和溫度場分布狀況。有限元法的引入使輪胎溫度場分析得到了長足的發(fā)展。它的優(yōu)點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、材料特性等來直接預(yù)測輪胎的溫度場。 　　目前，許多大型企業(yè)和科研單位已成功地運用Algor、Marc、Ansys等大型有限元軟件研究了輪胎溫度場的分布狀況，并且取得了一定的效果。然而，因為輪胎內(nèi)部溫度場的分布狀況復雜，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，用此類軟件計算輪胎溫度場就有一定的局限性。 　　為了克服這些缺點，進行輪胎溫度場計算專用軟件的開發(fā)工作，以更好地了解輪胎溫度場的分布狀況顯得很有必要。 　　輪胎溫度場研究展望 　　由于輪胎材料的非線性及輪胎受力的復雜性，對輪胎溫度場及其相關(guān)問題的研究是個非常復雜的課題。通過幾年的工作我們已對轎車子午線輪胎穩(wěn)態(tài)溫度場進行了較為全面的研究。 　　但是當輪胎與路面間產(chǎn)生宏觀相對滑動，特別是滑動速度較高時，摩擦使輪胎接地胎面溫度升高很快，傳熱的非穩(wěn)態(tài)性強烈地影響著摩擦牽引力的瞬態(tài)值，這對著路的飛機、急轉(zhuǎn)彎和急劇變速的汽車來講是極為重要的。這時摩擦產(chǎn)生的熱量已不容忽視。雖然國內(nèi)外有些文獻也對輪胎與地面的摩擦生熱進行了研究。如藤川達夫利用紅外線傳感器測定了接地面內(nèi)的溫度，然后根據(jù)測定的滑移量計算出由于摩擦產(chǎn)生的熱，再利用一維有限元法計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理的基礎(chǔ)上，對輪胎與冰面的摩擦特性進行了研究；Hegmon也研究了滑動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，也沒有進一步分析整個輪胎的溫升狀況。 　　為了保證輪胎的行駛安全，在國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，同時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，建立其溫度場計算的物理數(shù)學模型，同時對相關(guān)問題如膠料的熱物性，熱邊界條件等進行研究，形成完整的輪胎溫度場模擬計算方法，將對輪胎熱學研究的發(fā)展起到積極的作用。在完善已有輪胎穩(wěn)態(tài)溫度長計算軟件的基礎(chǔ)上，進行這方面的研究將是我們未來的方向。 　　總之，輪胎溫度場的研究對改善輪胎的結(jié)構(gòu)和配方設(shè)計具有十分重要的意義，這方面的進一步工作，將為輪胎設(shè)計工作者提供參考依據(jù)，從而必將為推動我國輪胎工業(yè)的科技進步作出應(yīng)有的貢獻。