1 引言
1.1 概述 发动机是一种将燃油化学能转变成为机械功的动力机械。这种能量转换是燃油在气缸中与空气充分混合进行燃烧，产生高温高压的工作气体，推动活塞、连杆、曲轴，从而使燃油化学能转变成机械功向外输出的。发动机经历了一百多年发展，虽然基本构造变化不大，但其性能和设计水平一直在不断提高，其燃油经济性、升功率、紧凑性、制造成本、可靠性和使用寿命等主要技术指标不断得到改善。近年来，为适应环境保护的要求，在减少其有害排放物、减少振动与噪声等方面也在不断地进步。
伴随着发动机转速和功率的提高，必然会带来缸内燃气爆发压力和温度增高。燃气爆发压力增加，一方面使得活塞、缸体和缸盖承受的机械负荷增大，导致活塞、缸体和缸盖因强度不足而产生破坏。另一方面压力升高过大，还会产生敲缸现象和增加发动机燃烧噪声。燃气温度升高，导致组成发动机燃烧室的受热零件热负荷增加，产生极大的热应力和热变形，温度过高还会导致受热零件材料强度和硬度急剧下降，降低其可靠性和使用寿命。
活塞是发动机工作条件最苛刻的零件之一，它在高速往复运动中传递着整个发动机原动力，承受着非常高的机械负荷和热负荷。活塞是制约发动机进一步强化的瓶颈之一。活塞设计好坏、加工精度的高低都会直接影响发动机经济性、可靠性、检修周期和使用寿命。温度过高会降低材料许用应力和强度，从而缩短活塞使用寿命和降低发动机性能。另外在热负荷和机械载荷作用下，活塞整体会发生变形，从而影响活塞与缸套之间的配合精度。
发动机工作时，各零件之间存在着多种运动形式，而且有的大运动组件之中还包含着微小的运动，在曲柄连杆机构中，活塞和缸套之间的往复运动过程中，就同时存在着活塞销和销孔间的旋转运动、活塞环和活塞环槽之间的旋转运动，这些零件间虽然没有很高的相对运动速度，但是存在着很大的作用力，这样，在相互接触之间就会产生接触应力和切向运动阻力—摩擦力，因而会造成摩擦损失，严重时，会在摩擦力的作用下造成零件的损坏。