轮胎胶料热物性参数对温度场的影响研究

轮胎 在高 速行 驶 中 ， 每分钟 承受 ３ ０ ０ 次 以上 的
参数 ， 测温 范 围为 １ ０ ～１ ０ ０ ０ Ｋ； Ｇ ＤＷ一 ５ ０ 型恒温试
周 期变形 ， 温度 可升 高到 １ ３ ０℃ ， 甚 至高达 １ ５ ０℃ ，
橡 胶 材 料 的 物理 性 能 因此 受 到很 大 影 响 ， 还会 加 速 橡 胶 材 料 的 老化 ， 大大 缩 短 轮 胎 的 寿命 …。 因 此， 国 内外 研究 者一 方 面进行 轮 胎 的测温 试验 ， 研 究 轮胎 表面 的温升 情况 ； 另 一方 面采用 有 限元方 法 分 析 预测 轮 胎 的生 热 及 温度 场 。轮胎 胶料 的 热 物性参数包括 导热系数 ） 、 热扩散 系数 （ 和 比 热容 （ Ｃ ） ， 它们 直接影 响轮胎 的生热情 况 ， 是影 响轮 胎 性能 的关 键 因素 。准确 测量 胶 料 的热物 性参 数 是 分 析轮 胎 温 度场 的首要 条 件 。刘 丽 等 应 用 一 维 稳态 平板 导热 模 型对轿 车 和航 空轮 胎各 部位 胶 料 的 进行测量 ， 得 到较 为满意 的结 果 。唐萌 纠 对 子午线 轮胎 内部 热源进行 有 限元 分析表 明 ， 胎 圈部 位是轮胎 温度场 的最 高温度位 置。 胎 肩 和胎 圈是 轮 胎 的 高温 区域 ， 也 是 主 要 破 坏 区域 ， 降低胎 肩和胎 圈的温度是 改善轮 胎温度场 最 有 效 的途径 。本 工作 通 过探 索胶 料热 物性 参数 与温度场 的关系 ， 为轮胎温 度场 的优 化提供参 考 。 １ 热物 性参 数测 量
１ ． １ 试 验设 备
验箱， 南 京 泰斯特 试验 设备 有 限公 司产 品 ， 测 温范
围为 一２ ０ ～ ＋２ ０ ０℃ ， 稳定状 态 时的温度均匀 度 不 大 于２℃ ， 恒定 状态时 的温度波 动为 ±０ ． ５ ｏ Ｃ。
１ ． ２ 测 试 原 理
热 常 数分 析 仪 测试 时假 设 样 品无 限大 ， 而 探
电阻 的温 度 系数 ， △ 为 护层 薄膜 两边 的温 度差 ， △ ７ ＝ 为 与探 头接 触 侧 的试样 温 升 ， ０为特 征 时间 ， ｒ 为探头半 径 。由式 （ １ ） 可得：
Ａ Ｔ ｅ （ △ ＝ 吉 ［ ＿ １ ］
量 。△ 可 以表 示 为 ：
Ａｔ ｉ ＝ ／ Ｋ
摘要 ： 研 究 轮 胎 胶 料 热 物性 参 数对 温 度 场 的影 响 。结 果 表 明 ： 橡 胶 材 料 的热 物性 参 数 对 轮 胎 温 度 场 影 响 显 著 ， 胎 圈 处 的 软 三角 胶 、 纤 维 包 布 和 型胶 及 耐 磨 胶 的 热 扩散 系数 和 导 热 系数 对 最 高 温 度 和 温度 偏 差 均 有 较大 影 响 ； 胎 肩 部 位胎 面 胶 的 导 热 系数 对 最 高 温度 影 响最 大 ， 胎 肩 垫 胶 的热 扩 散 系 数 对 温 度 偏 差 的 影 响最 大 。依 据 分 析 结 果 对 胎 圈 和胎 肩 部位 胶 料 的热 物 性 参数 进 行 优 化设 计 ， 为 胶 料 配方 改 善 提 供 了参 考 。 关键 词 ： 轮胎 ； 热 物性 参 数 ； 温度场； 灵 敏 度 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ ３ ３ ６ ． １ ； Ｔ Ｑ３ ３ ０ ． ７ 文 献标 志码 ： Ｂ 文 章 编号 ： １ ０ ０ ０ ８ ９ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ７ — ０ ４ ３ ５ — ０ ６
然而 在运算 之前 ， Ｋ 也 是未 知 的 ， 因此需要 通 过迭 代 运算来 计 算 。如果 在测试 之前 ， 给 出试 样 的ｃ ， 系统 将得 到更 为准确 的 。
第 ７期
王 国林 等 ． 轮 胎 胶 料 热 物性 参 数 对 温 度 场 的影 响 研 究
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轮 胎 胶 料 热 物 性 参 数 对 温 度 场 的影 响研 究
王 国林 ， 徐海青 ， 梁 晨， 周 浩 ， 孙砚 田
２ １ ２ ０ １ ３ ） （ 江 苏 大 学 汽 车 与交 通 工 程学 院 ， 江 苏 镇江
（ ４ ）
当△ ＝ ０ 时 表示试 样 与探 头之 间完美 接触 ， 通 常 经 过 一 个 很 短 的时 间 （ △ ） 之后 ， △ 万是 一 个 常
（ ５ ）
式中， 为绝缘层 的厚度 。而 △ Ｚ 可表示 为 ：
ＡＴ ｅ （ ｒ ）：
兀 ａＡ
使用Ｈ ｏ ｔ Ｄｉ ｓ ｋ Ｔ Ｐ Ｓ ５ ０ ０ 热 常数 分 析 仪 （ 瑞 典 Ｈｏ ｔ Ｄｉ ｓ ｋ ＡＢ 公 司产 品） 分 析轮胎 ９ 种 胶料 的热 物性
基 金 项 目： 中 国博 士 后 基金 资 助 项 目 （ ２ ０ １ ４ Ｍ５ ５ １ ５ ０ ９ ）
作者简介： 王 国林 （ １ ９ ６ ５ 一） ， 男， 吉林 伊 通 人 ， 江 苏 大学 教 授
博士 ， 主 要 从 事轮 胎 技 术 及车 辆 动 态 性 能控 制 技 术 的研 究 。
头是 由一 定数 目的 同心环状 热 源形成 。当探头 通 电加热 时 ， 其 阻值随 时间 的变化 可表示为 ：
尺（ ｆ ）＝Ｒ 。 ＜ １＋ ［ Ａ Ｔ Ｉ ＋△７ ＝ （ ｒ ） 】 ）
＝
（ １ ）
（ ２ ）
（ ）
０ ＝ｒ ／
式中， ｆ 为测 试 时 间 ， 。 为ｆ ＝ ０ 时镍 盘 的 阻值 ， 为 镍
（ ６ ）
式中， Ｒ为探头 输 出的总 功率 ， Ｊ ［ ） （ ｆ ） 为无 量纲 时 间
函数 。
通 过 运算 得 到 △ 引箍Ｄ（ ｒ ） 变化 曲线 为一 条 直
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橡
胶
工
业
２ ０ １ ７ 年 第６ ４ 卷
线， 其 截距为 △ ， 而斜率 为 ｝
。需要注 意的
是， 测试所用的时间必须远大竽△ （ ２ ／ １ 。