小型汽油机活塞连杆的设计与校核
善，提高设计的效率和科学性。
基于计算机发展和普及，最近国外公式对汽油机和柴油机活塞的机械疲劳研究多采用对比发动机耐久试验数据，以计算机建模和仿真计算等来模拟热负荷与机械负荷对活塞机构的影响，从而判断活塞的可靠性。在实验上，国外在20世纪70年代到80年代就已经开始热冲击研究。比如说英国的里卡多公司建立了热流和热传导实验平台，用于热流的流向和热流的分配研究，德国的马勒公司对活塞的研究主要是通过整机实验，马勒公司的35个整机试验台用于研究各种活塞的可靠性。俄罗斯在发动机的热负荷的研究上既有稳态研究，也有最新的瞬态研究手段，在燃烧室的应力分析方面，已经完成了对燃烧室零件的稳态热弹性应力，准静态热应力以及热弹性应力与机械应力叠加的分析。美国Wisconsin大学Madison分校Yong Liu和R.D.REITZ运用有限差分法对内燃机燃烧室部件进行了循环瞬态模拟，分析模型综合考虑了活塞组、润滑油膜、缸套以及缸盖等，提高了缸内传热模拟的精度。国外目前研究的的重点是瞬态传热、整机热分析和绝热发动机。
连杆方面，在满足性能指标的前提下，连杆的材料和制造技术关联很大，连杆在毛胚材料方面：国内传统工艺连杆毛胚材料一般采用42CrMo、35CrMo、
40MnVB、45CrMnB、40Cr、45、40CrMnBS40C等调制刚和S43CVS1(进口)、35MnV、40MnS等非调制钢。1984~1994年期间，康明斯生产线用调制刚毛胚40MnBH(GB5216?85)，1995年全面转用非调制刚材料毛胚38MnV。而德国发动机系统和零部件的专家MahleGmbh公司先后推出C70S6BY钢、36MnVS4BY钢、70MnVS4BY钢等。
在加工工艺方面，国内外连杆生产方式大致有：锻造、铸造、粉末冶金等，传统锻造有将连杆体和盖分开锻造，连杆体和盖整体锻造两种。60年代中期粉末热锻技术开始发展起来，从80年代以来粉末冶金注射成型成功的得到应用，大多数连杆体制造中使用的中碳钢和低合金钢逐步由新钢种和粉末冶金的锻造材料所代替。在连杆体和连杆盖分离工艺方面大部分采用的是锯断、洗锻等工艺，最新工艺是使用断裂分开，即胀断工艺（或者断裂工艺），该工艺是用切口（或用机械方法或用激光束制造欲裂纹）断裂，使大端连杆盖从连杆体移去。国内部分汽车厂及设备制造厂如一汽大众，上海大众和上海通用等都采用了该技术。
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2.5 活塞的结构型式
2.51 活塞头部
活塞头部的结构主要取决于内燃机的强化程度。顶部的形状主要决定于燃烧室的类型，在某些二冲程的内燃机中海涉及到换气的需要。环带的位置与结构还影响到了整机的排放和活塞的使用寿命。
活塞头部截面形状。活塞头部经常设计成导热良好的“热流型”，即根据活塞的热流通道，采用大圆弧过渡，以增加从顶部到裙部的传热截面，从而将头部的热流迅速传出，使活塞头部的温度得以降低。温度降低同时也有利于消除应力集中，这样，可以提高活塞的承载能力。由于活塞头部需承受高温高压作用，因此活塞头部易产生的疲劳裂纹，多数发生在气门凹坑、燃烧室喉口边缘、活塞顶内壁与销座根部连接处。从结构上解决头部裂纹的措施如下：
1、合理设计活塞头部形状，降低活塞顶面的机械应力，使顶面应力状态在疲劳极限的范围内。
2、避免加工尖角，采用较大的过渡圆角，消除应力集中。
因此，活塞顶的设计对于活塞头部对抗高温高压就显得尤为重要。其中凹顶式活塞顶部，浅凹坑用来改善混合气形成和燃烧质量，或为了防止气门碰撞和调整压缩比。
2.52活塞裙部
活塞裙部的结构对活塞运动的平顺性和活塞与气缸之间的工作配合条件有着重要的影响。为了控制热膨胀，尽量保持最佳缸配间隙，裙部可以开槽，镶钢
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片盒中凸椭圆等结构。
开槽（汽油机活塞）
2.53活塞销座
新一代活塞销座结构演变的特点：在不增加尺寸的前提下，优化毛胚造型和孔口加工形状，以提高变形的适应能力和整体承载能力；偏置轴线以降低活塞的敲击噪声。所谓的异型销孔，包括椭圆销孔、带卸载槽销孔和锥形销孔。与普通的直销孔相比，它可明显减小应力集中，减小幅度约为10%~30%。活塞销座的应力分布取决于销座和活塞销两者变形是否相互适应，如果活塞销刚度较大而销座刚度较小，或者活塞销刚度小而销座刚度大，则二者不能相互适应。结果引起销座内孔上侧边缘等处产生严重的应力集中致使销座断裂。因此，活塞销座的设计应与活塞销统一考虑，要求活塞销有较高的刚度，减少活塞销的弯曲变形，而活塞销座能承受很高的压力，又要具有一定弹性，使之适应活塞销的变形。销座的结构有单筋销座、双筋弹性销座、宽型整体支承筋的刚性销座、斜面销座和阶梯销座。
因此，在活塞销座的设计中，采用双筋弹性销座，即在销孔的侧上方设置两条支承筋，筋间的凹穴，可以使销座具有良好的弹性，能在一定程度上适应活塞销的变形，从而减少销孔的点的应力集中。
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2.6 活塞的主要结构参数及其强度校核
2.61 活塞主要尺寸的选择
活塞的主要尺寸主要包括：活塞直径D，活塞的高度H，压缩高度H1，裙部高度H2，环岸高度h1、h2，活塞顶厚度?及环槽底径D1、D2，销座开档距离B等。
结构参数取决于以下因素：转速、燃烧室的形状和活塞裙部承压面积。应在保证结构布置合理和所需承压面积的条件下，尽量选择小的活塞高度。
数据范围：根据《内燃机设计手册》《机械设计手册》知：H/D=1.0-1.3，推荐值在1.1左右，故选择1.1，即活塞高度H=74mm； 活塞压缩高度；
在保证气环良好的工作条件下，宜缩短H1，力求降低整机高度尺寸。根据《内燃机设计手册》《机械设计手册》知：H1/D=0.5-0.7，选择0.5，即压缩高度:
H1=34mm；
活塞环的数目；
目前中小型高速汽油机采用三环结构(2道气环，1道油环)。 环槽底径 ：
可根据以下公式计算得到
气环槽：D1?D??2t?KD??0.5， 得 D1=64mm； 油环槽；D2?D??2t?KD??1.5，得 D2=64mm；
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D—活塞名义直径
t—活塞环的径向厚度，气环槽t1?2，油环槽t2?2.5； K—系数，铝活塞K=0.006 环岸高度
第一环岸温度较高，承受气体压力大，又容易受环的冲击而断裂，故第一环岸高度h1比其余环岸高度大一些。
数据范围：根据《内燃机设计手册》《机械设计手册》知：第一环岸高度h1/D=0.04-0.08，取0.05，即第一环岸高度h1=3.4mm。第二、三环岸高度h2(h3)/D=0.03-0.045，取0.04，即第二、三环岸高度h2(h3)=2.72mm。 裙部长度H2
根据《内燃机设计手册》《机械设计手册》知：H2/D=0.65-0.88，选择0.75，即裙部长度H2=51mm； 裙部壁厚?g:
根据《内燃机设计手册》《机械设计手册》知：δ/D=0.03-0.06，选择0.04，即裙部壁厚：
?g?2.72mm
活塞销直径d:
根据《内燃机设计手册》《机械设计手册》知：中小型高速柴油机，一般d/D<0.4，d/D=0.28-0.38，选择0.28，即活塞销直径：
d=19mm
销座间隔B
根据《内燃机设计手册》《机械设计手册》知：B/D=0.35-0.42，选择0.4，即销座间隔：
B=27.2mm
2.62 活塞强度校核 (以下使用公式均参照《内燃机设计手册》《机械设计手册》) 1）活塞顶：
已知条件：PZ?10MPa，D1=66mm，σ=13mm
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