本發(fā)明總體上包括一種帶有活塞銷的組件及活塞銷的制造方法。

背景技術(shù)：

活塞銷用于連接發(fā)動(dòng)機(jī)中的連桿和活塞。該活塞銷配合在該活塞的銷孔中，并且連桿配合在銷孔的兩部分之間的活塞銷周圍。連桿附接到曲軸上。活塞銷需被設(shè)計(jì)來(lái)滿足彎曲變形，橢圓變形和應(yīng)力限制的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種組件，例如用于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)或其他裝置的活塞組件，包括具有外部構(gòu)件和芯體的活塞銷。外部構(gòu)件具有穿過(guò)其縱向延伸的空腔?？涨痪哂械谝惑w積。例如，空腔可以是具有圓柱形內(nèi)表面的圓柱形，以使第一體積為圓柱形。芯體與空腔內(nèi)的外部構(gòu)件配合并具有小于第一體積的第二體積。例如，由于芯體內(nèi)的開口，或芯體的長(zhǎng)度小于空腔，或這兩種原因，所述第二體積可能小于第一體積。

在實(shí)施例中，活塞銷可以僅包括活塞和單件芯體，正因如此，該活塞銷為兩件式活塞銷。在其它實(shí)施例中，芯體可以包括有多個(gè)分離部件,其被稱為芯體部分。在一個(gè)實(shí)施例中，外部構(gòu)件具有第一長(zhǎng)度，芯體具有小于第一長(zhǎng)度的第二長(zhǎng)度，使得外部構(gòu)件在芯體的兩端軸向延伸超過(guò)芯體。例如，第二長(zhǎng)度與第一長(zhǎng)度的比率可以為約0.4到約0.9。例如，外部構(gòu)件可以相對(duì)薄，從而允許使用相對(duì)輕的材料的芯體以滿足應(yīng)力和變形限制，同時(shí)與典型的活塞銷相比，總重量仍然減少。

在一些實(shí)施例中，芯體具有一個(gè)或多個(gè)開口，諸如縱向延伸穿過(guò)芯體的第一開口。本文公開了各種芯體結(jié)構(gòu)。在芯體中提供一開口解決了外部構(gòu)件和芯體有不同的熱膨脹系數(shù)的潛在問(wèn)題。例如，就實(shí)心的鋁芯體和鋼質(zhì)外部構(gòu)件而言，由于鋁的更大的熱膨脹系數(shù)，芯體必須能夠膨脹，但在活塞銷的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)仍需保持在外部構(gòu)件內(nèi)。該開口提供了可在其中發(fā)生熱膨脹的體積。

在一些實(shí)施例中，第一開口可以是延伸穿過(guò)芯體的中心開口。附加的開口可以在中心開口周圍間隔排列并縱向延伸穿過(guò)芯體。在其它實(shí)施例中，附加的開口也可以完全在芯體內(nèi)，使其僅在芯體的兩端敞開。附加的開口可以沿著芯體的長(zhǎng)度在芯體外周上朝向外部構(gòu)件的內(nèi)表面敞開。在一些實(shí)施例中，芯體在附加開口之間設(shè)有輻條?？蛇x地，輻條中的至少一些可以是外端大于內(nèi)端，從而有助于承載壓縮力并限制活塞銷的變形。

在一個(gè)實(shí)施例中，芯體具有可以與空腔中的外部構(gòu)件的圓柱形內(nèi)表面配合的圓柱形外表面。芯體至少部分地限定了縱向延伸穿過(guò)芯體的第二開口。第一開口和第二開口可以是僅位于芯體內(nèi)的開口，也可以位于芯體的相鄰象限內(nèi)?；钊N可以固定在活塞的銷孔中，以使第一開口和第二開口位于離活塞頂部最近的半個(gè)芯體中。所述芯體可以由多種材料中的任一種制成，并且其密度可以大于或小于所述外部構(gòu)件。例如，該芯體可以但不限制于為鋁、碳纖維、鈦或鋼中的任一種。在一個(gè)實(shí)施例中，該外部構(gòu)件由鋼制成，而芯體由鈦制成。

一種活塞銷組件的制造方法包括提供具有第一密度和第一長(zhǎng)度的外部構(gòu)件，并建立縱向延伸穿過(guò)該外部構(gòu)件的空腔。該方法包括提供具有第二密度和第二長(zhǎng)度的芯體，并將該芯體插入外部構(gòu)件的空腔中，例如通過(guò)壓裝的方式。該方法中存在以下情況中的至少一種：第二長(zhǎng)度小于第一長(zhǎng)度，和/或芯體至少部分形成縱向延伸穿過(guò)芯體的開口。所述芯體可以通過(guò)任何方法來(lái)提供，例如但不限于：擠出芯體，將芯體從膨脹的金屬泡沫噴出，鑄造芯體，用金屬粉末燒結(jié)芯體，或用芯體的三維打印方式。

上述特征和優(yōu)點(diǎn)及本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)可以從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)描述中很容易了解。

附圖說(shuō)明

圖1是包括活塞銷的活塞和連桿組件的局部截面圖中的示意圖。

圖2是包括活塞銷的另一實(shí)施例的活塞和連桿組件的另一實(shí)施例的局部剖面圖形式的示意圖。

圖3是活塞銷的另一實(shí)施例的示意性透視圖。

圖4是圖3的活塞銷的示意性端視圖。

圖5是活塞銷的替換實(shí)施例的示意性端視圖。

圖6是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖7是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖8是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖9是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖10是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖11是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖12是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖13是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖14是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖15是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖16是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖17是活塞銷的替換實(shí)施例的示意性端視圖。

圖18是具有虛線圖所示的外部構(gòu)件的活塞銷的替換實(shí)施例的示意性透視圖。

圖19是圖18的活塞銷的示意性端視圖。

圖20是活塞銷的替換實(shí)施例的示意性端視圖。

圖21是活塞銷的替換實(shí)施例的示意性端視圖。

圖22是沿圖21中的線22-22截取的圖21中的活塞銷的示意剖面圖。

圖23是活塞銷的替換實(shí)施例的示意性端視圖。

圖24是沿圖23中的線24-24截取的圖23中的活塞銷的示意性剖面圖。

圖25是活塞銷的替換實(shí)施例的示意性端視圖。

圖26是沿圖25中的線26-26截取的圖25中的活塞銷的示意性剖面圖。

圖27是活塞銷的替換實(shí)施例的示意性端視圖。

圖28是沿圖27中的線28-28截取的圖27中的活塞銷的示意性剖面圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，其中在所有這些圖示中，相似的參考標(biāo)號(hào)代表相似的部件，圖1-圖28示出了活塞銷的各個(gè)實(shí)施例，活塞銷被配置成滿足預(yù)定的彎曲和橢圓變形參數(shù)，同時(shí)滿足應(yīng)力限制，降低重量，解決可以被活塞銷的部件使用的不同材料的任何熱膨脹差異。圖1示出了一種活塞和連桿組件10?；钊?2具有圓柱形銷孔14?；钊?2鑄有或以其它方式設(shè)有與銷孔14相交的開口16，開口16被配置成接納連桿18，如局部視圖中所示?；钊?2具有頂部13和裙部15。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，由于燃燒壓力，頂部13處的活塞12的側(cè)面接受比裙部15處的活塞12的側(cè)面更大的燃燒作用力。環(huán)套17環(huán)繞活塞12的側(cè)表面，且有助于與氣缸孔(未示出)中的氣缸座的滑動(dòng)接觸，同時(shí)將燃燒氣體保持在氣缸孔中，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣。

活塞銷20被按壓裝配到或以其它方式插入到銷孔14中并且通過(guò)連桿18中的開口22?；钊N20包括外部構(gòu)件24，其是相對(duì)薄壁的圓柱形殼體。外部構(gòu)件24的圓柱形外表面26在銷孔14處與活塞12的內(nèi)表面28相配合?；钊N20是浮動(dòng)銷，因?yàn)樗軌蛳鄬?duì)于活塞12和連桿18轉(zhuǎn)動(dòng)?；钊N20被活塞12中布置的卡環(huán)30軸向地保持在適當(dāng)位置。在工作溫度范圍的至少一部分內(nèi)，活塞銷20和活塞12之間的間隙C要能保持，以允許活塞銷20的潤(rùn)滑和相對(duì)旋轉(zhuǎn)。

在外部構(gòu)件24中提供空腔32，諸如通過(guò)機(jī)械加工的方式?？涨?2沿外部構(gòu)件24的縱向中心軸線A縱向延伸穿過(guò)外部構(gòu)件24。在實(shí)施例中，空腔32在所示的實(shí)施例中大致是圓柱形。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，外部構(gòu)件24的壁厚可以是大約2.5毫米(mm)，空腔的直徑d大約是19mm。在另一個(gè)非限制性實(shí)例中，空腔的直徑d可以是大約27mm。外部構(gòu)件24從第一端31到第二端36的長(zhǎng)度l可以是大約75mm。外部構(gòu)件24不限于這些尺寸，且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以具有其他尺寸?？涨?2具有第一體積V1，其在所示實(shí)施例中被示出為圓柱形體積，該體積按照下列公式由長(zhǎng)度l和直徑d確定：

V1＝(πl(wèi)d²)/4；其中，l是空腔32的長(zhǎng)度，d是空腔32的直徑。

活塞銷20還包括芯體34，其外表面35與空腔32內(nèi)的外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37相配合。芯體34是具有外徑d2的實(shí)心圓柱形構(gòu)件，該外徑d2被配置成允許芯體34與空腔32內(nèi)的外部構(gòu)件24壓配合，并在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)都保持在其內(nèi)。也就是說(shuō)，外徑d2大體上等于空腔32的直徑d。芯體34可以與外部構(gòu)件24的材料相同或不同。如果外部構(gòu)件24和芯體34是具有不同熱膨脹系數(shù)的不同材料，那么材料被選擇以及空腔32的直徑d和芯體34的外徑d2被配置成確保芯體34在活塞12和活塞銷20的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)被保持在外部構(gòu)件24內(nèi)的插入位置上。在非限制性實(shí)例中，外部構(gòu)件24可以是鋼材質(zhì)，芯體34可以是鋁、碳纖維、鈦或鋼材質(zhì)。外部構(gòu)件24可以具有第一密度，芯體34可以具有可以小于、等于或大于第一密度的第二密度。在密度和長(zhǎng)度的各種組合中，活塞銷20可以比實(shí)心鋼活塞銷更輕，但依然滿足預(yù)定的彎曲變形、橢圓變形和應(yīng)力限制，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的那樣。

在圖1的實(shí)施例中，芯體34具有比外部構(gòu)件24的長(zhǎng)度l小很多的長(zhǎng)度l2。因此，外部構(gòu)件24在芯體34的兩端40、42軸向地延伸超過(guò)芯體34。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，空腔32的長(zhǎng)度l是75mm，芯體34的長(zhǎng)度l2是55mm。在各個(gè)實(shí)施例中，第二長(zhǎng)度l2與第一長(zhǎng)度l的比率可以在0.4到0.9的范圍內(nèi)。因此，芯體34可以具有比第一體積V1小的第二體積V2。對(duì)于圓柱形芯體，第二體積V2按照如下公式來(lái)確定：

V2＝(π*l2*d2²)/4；其中，l2是芯體34的長(zhǎng)度，d2是芯體34的直徑。

在本文示出的其它實(shí)施例中，可以使用與空腔32的長(zhǎng)度相同但非圓柱形的芯體，所述非圓柱形之處在于其內(nèi)具有開口，該開口使其體積減小，使得第二體積V2甚至小于上述圓柱形體積V2。

圖2-圖28示出了各種替換的活塞銷，每個(gè)均具有相同的外部構(gòu)件24但采用不同的芯體。圖2示出了活塞和連桿組件10A的另一個(gè)實(shí)施例，其具有許多與圖1的活塞和連桿組件10相同的部件。活塞和連桿組件10A包括活塞銷20A，其是“固定銷”，因?yàn)槠湓陂_口16處熱嵌配合到連桿18內(nèi)(即不能相對(duì)于連桿18旋轉(zhuǎn))，且僅相對(duì)于活塞12旋轉(zhuǎn)。由于活塞銷20A被連桿18保持在軸向位置上，因此無(wú)需使用圖1的卡環(huán)30。

活塞銷20A包括具有空腔32的外部構(gòu)件24，該空腔32縱向延伸穿過(guò)外部構(gòu)件且具有上述第一體積V1。芯體34A壓配合到空腔32內(nèi)，使得芯體34A的外表面35被保持到外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37上。芯體34A可以是本文所述的任何材料和相對(duì)密度。芯體34A至少部分地限定了縱向延伸穿過(guò)芯體34A的第一開口44A。第一開口44A是中心開口，因?yàn)槠渚又杏谛倔w34A中，并沿外部構(gòu)件24的軸線A延伸。芯體34A可以具有與芯體34相同的第二長(zhǎng)度l2或不同的第二長(zhǎng)度。此外，芯體34A在芯體34A的第一端40和第二端42具有倒圓邊緣E。與具有直角邊緣(諸如如果邊緣是由與表面35呈90度角的端部40或42形成)的芯體相比，倒圓邊緣E可以減少應(yīng)力集中。例如，邊緣E可以具有0.2mm到3mm的彎曲半徑。這些倒圓邊緣還可以用于本文所述的任何其它實(shí)施例中，以減少應(yīng)力。由于較短的長(zhǎng)度l2、中心開口44A和倒圓邊緣E，芯體34A具有比空腔32的第一體積V1小的第二體積。

各種不同的芯體可以結(jié)合外部構(gòu)件24進(jìn)行使用，以提供各種期望的特性，這些特性不同于單個(gè)實(shí)心活塞銷或具有外部構(gòu)件(外部構(gòu)件具有實(shí)心芯體(無(wú)開口)且具有與外部構(gòu)件24相同的長(zhǎng)度)的活塞銷的那些特性。例如，圖3示出了一種具有芯體34B的活塞銷20B，其中芯體34B被插入到空腔32內(nèi)且與空腔32內(nèi)的外部構(gòu)件24壓配合。芯體34B包括縱向延伸穿過(guò)整個(gè)芯體34B的第一開口44B，其是橫截面呈六邊形的中心開口。

六個(gè)額外的橫截面呈六邊形的開口50B圍繞中心開口44B等距地間隔，并縱向地延伸穿過(guò)芯體34B，使得額外開口50B僅在芯的兩端40、42上敞開。因此，芯體34B的外表面35是圓柱形，且與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37配合。在所示的實(shí)施例中，芯體34B與外部構(gòu)件24具有相同的長(zhǎng)度l，但是芯體34B可以做的更短。由于開口44B、50B，芯體34B具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

開口50B圍繞開口44B的布置形成了內(nèi)轂56B和外轂58B。外轂58B形成圓柱形外表面35，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。芯體34B在額外開口50B之間具有輻條52B。輻條52B在外端54B處比內(nèi)端55B處更大，其中外端54B相對(duì)于軸線A徑向地在內(nèi)端55B外面，如相對(duì)于其中一個(gè)輻條52B所示。芯體34B包括從芯體34B的中心(即從內(nèi)轂56B)延伸的六個(gè)輻條52B。

圖5示出了所有方面都與活塞銷20B相同的活塞銷20C的替換實(shí)施例，除了芯體34C具有的中心開口44C是圓形橫截面形狀的中心開口，而不是圖2的六邊形中心開口44B。

圖6示出了所有方面都與活塞銷20C相同的活塞銷20D的替換實(shí)施例，除了芯體34D具有的輻條52D在外端處并不比內(nèi)端處更寬。

圖7示出了包括外部構(gòu)件24(僅以虛線圖示出)的活塞銷20E，外部構(gòu)件24具有空腔32，空腔24縱向延伸貫穿外部構(gòu)件并具有第一體積V1，正如關(guān)于圖1和圖2所討論的那樣。芯體34E壓配合到空腔32內(nèi)，使得其外表面35E被保持到外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37上。芯體34E具有與外部構(gòu)件24相同的長(zhǎng)度l，或者可以具有比外部構(gòu)件24更短的長(zhǎng)度。芯體34E可以是上述的任何材料和相對(duì)密度。芯體34E至少部分地限定了縱向延伸穿過(guò)芯體34E的第一開口44E。第一開口44E是圓形橫截面形狀，且是中心開口，圍繞外部構(gòu)件24的軸線A居中于芯體34E內(nèi)。

七個(gè)額外開口50E圍繞中心開口44E等距間隔，并縱向延伸貫穿芯體34E。開口50E在芯體34E的兩端40、42上以及沿芯體34E長(zhǎng)度方向上沿芯體34E的外周均是敞開的，使得開口50E朝向外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37敞開。

圍繞開口44E的開口50E的布置形成了內(nèi)轂56E。芯體34E包括七個(gè)輻條52E，其在額外開口50E之間從芯體34E的中心(即從內(nèi)轂56E)延伸。輻條52E在外端54E處比內(nèi)端55E處更大，使得外端54E形成接合于內(nèi)表面37的支撐腳，類似于工字梁配置結(jié)構(gòu)。外端54E彎曲以配合外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37。

因此，外端54E處的芯體34E的外表面35E沿芯體34E的長(zhǎng)度延伸，并限定了芯體34E的外周，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37配合。在所示的實(shí)施例中，芯體34E與外部構(gòu)件24具有相同的長(zhǎng)度l，但是芯體34E可以做的更短。芯體34E可以是上述的任何材料以及具有上述任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。由于開口44E、50E，芯體34E具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖8示出了包括外部構(gòu)件24(僅以虛線圖示出)的活塞銷20F，外部構(gòu)件24具有空腔32，該空腔32縱向延伸穿過(guò)外部構(gòu)件并具有第一體積V1，正如關(guān)于圖1和圖2所討論的那樣。芯體34F壓配合到空腔32內(nèi)，使得其外表面35F被保持到內(nèi)表面37。芯體34F具有與外部構(gòu)件24相同的長(zhǎng)度l，或者可以具有比外部構(gòu)件24更短的長(zhǎng)度。芯體34F可以是上述的任何材料和相對(duì)密度。芯體34F至少部分地限定了縱向延伸穿過(guò)芯體34F的可選第一開口44F?？蛇x第一開口44F是圓形橫截面形狀，且是中心開口，居中于芯體34F內(nèi)，并圍繞外部構(gòu)件24的軸線A居中。

四個(gè)額外開口50F圍繞可選中心開口44F等距間隔，并縱向延伸穿過(guò)芯體34F。開口50F在芯體34F的兩端40、42以及沿芯體34F長(zhǎng)度方向上沿芯體34F的外周均是敞開的，使得開口50F朝向外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37敞開。

芯體34F包括四個(gè)輻條52F，其在額外開口50F之間從芯體34F的中心延伸。輻條52F具有彎曲外端，使得外端54F形成沿芯體34F的長(zhǎng)度延伸的芯體34F的外表面35F，并限定芯體34F的外周，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37配合。在所示的實(shí)施例中，芯體34F與外部構(gòu)件24具有相同的長(zhǎng)度l，但是芯體34F可以做的更短。芯體34F可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。由于可選開口44F和開口50F，芯體34F具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖9示出了所有方面均與活塞銷20F相同(包括可選中心開口44F和四個(gè)額外開口50F)的活塞銷20G的替換實(shí)施例，除了芯體34G具有輻條52G，該輻條52G的外端具有彎曲角部53G，每個(gè)彎曲角部53G具有比圖8中的輻條52F更大的半徑。因此，輻條52G在芯體34G的外表面35G處沒(méi)有邊緣與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。由于可選開口44F和開口50F，芯體34G具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖10示出了所有方面均與活塞銷20G相同(包括可選中心開口44F)的活塞銷20H的替換實(shí)施例，只是芯體34H具有六個(gè)輻條52H。輻條52H在輻條52H的外端具有半徑(即彎曲角部53H)。因此，輻條52H在外表面35H處沒(méi)有邊緣與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。由于可選開口44F和開口50H，芯體34H具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖11示出了所有方面均與活塞銷20G相同(包括可選中心開口44F)的活塞銷20I的替代實(shí)施例，只是芯體34I具有八個(gè)輻條52I。輻條52I在輻條52I的外端具有半徑(即彎曲角部53I)。因此，輻條52I在芯體34I的外表面35I處沒(méi)有邊緣與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。芯體34I可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。由于可選開口44F和開口50I，芯體34I具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖12示出了所有方面均與活塞銷20G相同(包括可選中心開口44F)的活塞銷20J的替換實(shí)施例，只是芯體34J具有三個(gè)輻條52J。輻條52J在輻條52J的外端具有半徑(即彎曲角部53J)。因此，輻條52J在外表面35J處沒(méi)有邊緣與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。芯體34J可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。由于可選開口44F和開口50J，芯體34J具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖13示出了包括芯體34K的活塞銷20K的替代實(shí)施例，芯體34K具有可選的中心開口44F和四個(gè)輻條52K，所述輻條形成四個(gè)額外開口50K。輻條52K外端的外轂58K形成圓柱形外表面35K，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。芯體34K可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。由于可選開口44F和開口50K，芯體34K具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖1-圖12的活塞銷適用于活塞中的浮動(dòng)銷或固定銷布置。圖14-圖20示出了可能最適合用于圖2的活塞12中的固定銷布置的活塞銷的實(shí)施例。更具體地，當(dāng)相對(duì)于活塞12配置成固定朝向時(shí)，這些活塞銷的芯體被配置成最好地承受燃燒作用力，且滿足彎曲、橢圓和應(yīng)力限制。例如，圖14示出了包括芯體34L的活塞銷20L的替代實(shí)施例，芯體34L具有可選的中心開口44F和兩個(gè)輻條52L，該輻條形成兩個(gè)額外開口50L。輻條52L的外端形成外表面35L，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。芯體34L可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。當(dāng)芯體34L被插入到銷孔14內(nèi)，使得輻條52L處于豎直位置時(shí)，芯體34L最好地承受圖2的活塞組件10A的工作過(guò)程中的作用力。也就是說(shuō)，其中一個(gè)輻條52L的外表面35L應(yīng)該朝向活塞12的頂部13延伸。由于可選開口44F和開口50L，芯體34L具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖15示出了包括芯體34M的活塞銷20M的替代實(shí)施例，芯體34M具有可選的中心開口44F和四個(gè)輻條52M1、52M2、52M3、和52M4，該輻條形成四個(gè)額外開口50M。輻條52M1、52M2、52M3和52M4的外端形成外表面35M，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。其中兩個(gè)輻條52M1和52M2比剩下的輻條52M3和52M4更厚，且在外端54M處比內(nèi)端55M處更大，使得外端54M形成與內(nèi)表面37接合的支撐腳，類似于工字梁配置結(jié)構(gòu)。外端54M彎曲以配合外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37。芯體34M可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。當(dāng)芯體34M被插入到銷孔14內(nèi)，使得輻條52M1和52M2處于豎直位置時(shí)，由于它們更大的寬度和它們更大的外端54M，芯體34M最好地承受活塞組件10A的工作過(guò)程中的作用力。換句話說(shuō)，第一對(duì)輻條(52M1和52M2)應(yīng)該布置在圖2的活塞12內(nèi)，以大體上朝向活塞12的頂部13縱向延伸，第二對(duì)輻條(52M3和52M4)大體上垂直于第一對(duì)輻條地縱向延伸。由于可選開口44F和開口50M，芯體34M具有的第二體積小于空腔32的第一體積。

圖16示出了包括芯體34N的活塞銷20N的替代實(shí)施例，芯體34N具有可選的中心開口44F和四個(gè)輻條52N1、52N2、52N3、和52N4，該輻條形成四個(gè)額外開口50N。芯體34N可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。輻條52N1、52N2、52N3和52N4的外端形成外表面35N，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。其中兩個(gè)輻條52N1和52N2比剩下的輻條52N3和52N4更厚，且在外端54N處比內(nèi)端55N處更大，使得輻條52N1和52N2自身形成在外端54N處與內(nèi)表面37接合的支撐腳，類似于工字梁配置結(jié)構(gòu)。外端54N彎曲以配合外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37。較窄的輻條52N3和52N4還具有與內(nèi)表面37接合的支腳，其在外端處垂直于其長(zhǎng)度而延伸。支腳54N1和54N2僅在它們的端部處接觸外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37。也就是說(shuō)，支腳54N1和54N2不彎曲，以使它們的整個(gè)外表面能夠如外端54N那樣接觸內(nèi)表面37。當(dāng)芯體34N被插入到銷孔14內(nèi)，使得輻條52N1和52N2處于豎直位置時(shí)，由于它們更大的寬度和它們的外端54N，芯體34N最好地承受活塞組件10A的工作過(guò)程中的作用力。換句話說(shuō)，第一對(duì)輻條(52N1和52N2)應(yīng)該布置在圖2的活塞12內(nèi)，以大體上朝向活塞12的頂部13而縱向延伸，第二對(duì)輻條(52N3和52N4)大體上垂直于第一對(duì)輻條52N1、52N2而縱向延伸。由于可選開口44F和開口50N，芯體34N具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖17示出了活塞銷20P的替代實(shí)施例，其類似于圖13的活塞銷20K，只是它包括芯體34P，芯體34P沒(méi)有中心開口44F，輻條52P1、52P2、52P3和52P4具有不同的寬度，輻條外端處的外轂58P形成圓柱形外表面35P，其與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37接觸。四個(gè)輻條52P1、52P2、52P3和52P4形成在芯體34P內(nèi)彼此等距間隔的四個(gè)開口50P。其中兩個(gè)輻條52P1和52P2比剩下的輻條52P3和52P4更厚，且在外端54P處比內(nèi)端55P處更大。芯體34P可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相對(duì)長(zhǎng)度和密度。當(dāng)芯體34P被插入到銷孔14內(nèi)，使得輻條52P1和52P2處于豎直位置時(shí)，由于它們更大的寬度和它們更大的外端54P，芯體34P最好地承受活塞組件10A的工作過(guò)程中的作用力。換句話說(shuō)，第一對(duì)輻條(52P1和52P2)應(yīng)該布置在圖2的活塞12內(nèi)，以大體上朝向活塞12的頂部13而縱向延伸，第二對(duì)輻條(52P3和52P4)大體上垂直于第一對(duì)輻條52P1和52P2而縱向延伸。由于開口50P，芯體34P具有的第二體積小于空腔32的第一體積V1。

圖18-圖19示出了包括外部構(gòu)件24的活塞銷20Q的另一個(gè)實(shí)施例，外部構(gòu)件24具有空腔32，空腔32縱向延伸穿過(guò)外部構(gòu)件，并具有第一體積V1，正如關(guān)于圖1和圖2所討論的那樣。芯體34Q壓配合到空腔32內(nèi)，使得其外表面35Q被保持到內(nèi)表面37。芯體34Q具有與外部構(gòu)件24相同的長(zhǎng)度l，或者可以具有比外部構(gòu)件24更短的長(zhǎng)度。外表面35Q是圓柱形。芯體34Q可以是本文所述的任何材料和相對(duì)密度。芯體34Q限定了均縱向延伸穿過(guò)芯體34Q的第一開口50Q1和第二開口50Q2。開口50Q1和50Q2均為圓形橫截面，且具有平行于外部構(gòu)件24的中心軸線A的縱向軸線。開口50Q1和50Q2僅在芯體34Q的兩端40、42處敞開。

如圖19中最佳示出的那樣，開口50Q1和50Q2是芯體34Q中僅有的開口，尺寸相同，并且對(duì)稱設(shè)置在芯體34Q的相鄰象限內(nèi)。虛線Q1和Q2表示將芯體34Q分成象限的邊界線。芯體34Q沒(méi)有中心開口。為了最好地承受燃燒作用力并滿足彎曲、橢圓度和應(yīng)力限制，活塞銷20Q應(yīng)被固定在銷孔14內(nèi)，使得第一開口50Q1和第二開口50Q2設(shè)置在最靠近活塞12的頂部13的半個(gè)芯體34Q中。更具體地說(shuō)，活塞銷20Q應(yīng)設(shè)置成使得虛線邊界Q1是豎直的。當(dāng)以這種方式進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，活塞銷20Q(下線Q2)內(nèi)的芯體34Q的下半部分被高度壓縮，導(dǎo)致形成大的應(yīng)力，而開口50Q1，50Q2上方的頂部經(jīng)受較低大小的拉伸應(yīng)力。壓縮區(qū)主要落入虛線Q2下方。拉伸區(qū)主要落在虛線Z2上方。開口50Q1和50Q2位于虛線Q2和Z2之間的中性區(qū)，其相比于壓縮區(qū)和拉伸區(qū)承受相對(duì)較低的應(yīng)力。通過(guò)將開口50Q1和50Q2設(shè)置在壓縮區(qū)和拉伸區(qū)之間，可以在對(duì)彎曲和橢圓度影響最小的情況下實(shí)現(xiàn)減輕重量和關(guān)于潛在熱膨脹的開放體積。

圖20示出了包括外部構(gòu)件24的活塞銷20R的另一個(gè)實(shí)施例，該外部構(gòu)件24具有空腔32，該空腔32縱向延伸穿過(guò)外部構(gòu)件，并具有第一體積V1，正如關(guān)于圖1和圖2所討論的那樣。芯體34R壓配合到空腔32內(nèi)，使得其外表面35R被保持到內(nèi)表面37。芯體34R具有與外部構(gòu)件24相同的長(zhǎng)度l，或者可以具有比外部構(gòu)件24更短的長(zhǎng)度。外表面35R是圓柱形。芯體34R可以是本文所述的任何材料以及具有本文所述的任何相對(duì)密度。芯體34R只限定縱向延伸穿過(guò)芯體34R的第一開口44R。第一開口44R具有可稱作三凸角形的倒圓的三角形橫截面形狀。第一開口44R是中心開口，因?yàn)樗鼑@外部構(gòu)件24的軸線A居中于芯體34R中。開口具有三個(gè)倒圓角部60A、60B以及60C。為了最好地承受燃燒作用力并滿足彎曲、橢圓度和應(yīng)力限制，活塞銷20R應(yīng)被固定在銷孔14內(nèi)，使得開口44R關(guān)于垂直于軸線A的虛線邊界Q1對(duì)稱，并且與邊界Q1交叉形成第一角部60A。因此，第一角部60A將被設(shè)置在最靠近活塞12的頂部13的半個(gè)芯體34R中。

圖21-圖28示出了具有多件式芯體的活塞銷的各種實(shí)施例。圖21和圖22示出活塞銷20S的另一實(shí)施例，該實(shí)施例包括外部構(gòu)件24和芯體34S。外部構(gòu)件24具有穿過(guò)其縱向延伸的空腔32，并具有正如關(guān)于圖1和圖2所討論的第一體積V1。芯體34S壓配合到空腔32內(nèi)。芯體34S包括在空腔32內(nèi)彼此相鄰布置的多個(gè)分離的芯體部分34S1，34S2。芯體部分34S1是第一芯體部分，并具有基本上呈圓柱形且在空腔32內(nèi)與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37形成界面的外表面35A。第一芯體部分34S1具有部分延伸穿過(guò)其的第一芯體部分34S1的外端40A處的第一開口44S1。第一芯體部分34S1具有朝向第一開口44S1部分延伸穿過(guò)其的第一芯體部分34S1的內(nèi)端40B處的第二開口44S2。第一中間部分45S1將第一開口44S1和第二開口44S2分開。

第二芯體部分34S2具有基本上呈圓柱形且在空腔32內(nèi)與外部構(gòu)件24的內(nèi)表面37形成界面的外表面35B。第二芯體部分34S2具有部分延伸穿過(guò)其的第二芯體部分34S2的外端42A處的第三開口44S3。第二芯體部分34S2具有朝向第三開口44S3部分延伸穿過(guò)其的第二芯部34S2的內(nèi)端42B處的第四開口44S4。第一芯體部分34S1的內(nèi)端40B面向并可以抵接于第二芯體部分34S2的內(nèi)端42B。

第二中間部分45S2將第三開口44S3和第四開口44S4分開。外表面35A、35B由于壓配合或收縮配合被保持到內(nèi)表面37。芯體34的總長(zhǎng)度是長(zhǎng)度l2，其小于外部構(gòu)件24的長(zhǎng)度l。芯體34S可以是本文所述的任何材料以及具有本文所述的任何相對(duì)密度。開口44S1、44S2、44S3以及44S4各自為圓形橫截面形狀，并且圍繞外部構(gòu)件24的軸線A居中于相應(yīng)的芯體部分34S1，34S2中。

外端40A和42A處的第一芯體部分34S1以及第二芯體部分34S2的外表面35A和35B可具有倒圓邊緣E，其具有約0.2mm至約3mm的半徑，以相比于鋒利、傾斜的邊緣減小應(yīng)力的集中。在開口44S1、44S2、44S3和44S4處的芯體部分34S1和34S2的表面可具有位于軸向延伸部分和徑向延伸部分之間諸如從大約0.5mm到5mm的內(nèi)半徑RI1，以便相比于鋒利、傾斜的邊緣減小應(yīng)力的集中。

實(shí)心中間部分45S1和45S2大致設(shè)置成沿軸線A跨越，以在活塞12和連桿18之間橋接(即，以便活塞12和連桿18的邊緣都直接關(guān)于中間部分45S1和45S2徑向向外降落)，中間部分45S1和45S2從而在此承受最大負(fù)載的區(qū)域上提供支承，同時(shí)通過(guò)開口44S1，44S2，44S3和44S4可在其他承載較低負(fù)載的區(qū)域上實(shí)現(xiàn)重量減輕。

圖23和圖24示出活塞銷20T的又一實(shí)施例，其包括外部構(gòu)件24和芯體34T。外部構(gòu)件24具有穿過(guò)其縱向延伸的空腔32，并具有正如以上關(guān)于圖1和圖2所討論的第一體積V1。芯體34T壓配合或以其他方式被插入空腔32中。芯體34T包括在空腔32內(nèi)彼此相鄰地設(shè)置的多個(gè)分離的芯體部分。該多個(gè)分離的芯體部分包括第一芯體部分34T1、第二芯體部分34T2，第三芯體部分34T3，第四芯體部分34T4以及第五芯體部分34T5，這些芯體部分在空腔32中縱向按順序堆疊，且每個(gè)芯體部分都具有大致呈圓柱形的與空腔32的內(nèi)表面37形成界面的外表面35T1、35T2、35T3，35T4和35T5。芯體34T的總長(zhǎng)度是長(zhǎng)度l2，其小于外部構(gòu)件24的長(zhǎng)度l。

第一芯體部分34T1，第三芯體部分34T3以及第五芯體部分34T5分別具有各自近似中心的開口44T1、44T2以及44T3，這些開口縱向延伸穿過(guò)其中，并圍繞外部構(gòu)件24的軸線A在各自的芯體部分34T1，34T3和34T5內(nèi)居中。第二和第四芯體部分34T2和34T4是實(shí)心的，沒(méi)有任何開口，且因此使中心開口44T1、44T2和44T3彼此分離，使得它們不會(huì)朝向彼此敞開。外端40T1和42T1處的第一芯體部分34T1以及第五芯體部分34T5的外表面35T1和35T5可具有倒圓邊緣E，該邊緣E具有約0.2mm至約3mm的半徑，以便相比于鋒利、傾斜的邊緣減少應(yīng)力的集中。

實(shí)心的第二芯體部分34T2和第四芯體部分34T4大致設(shè)置成沿軸線A跨越，以在活塞12和連桿18之間橋接(即，以便活塞12和連桿18的邊緣都直接關(guān)于第二芯體部分34T2和第四芯體部分34T4徑向向外降落)，第二芯體部分34T2和第四芯體部分34T4從而在此承受最大負(fù)載的區(qū)域上提供支承，同時(shí)通過(guò)開口44T1，44T2和44T3在其他承載較低負(fù)載的區(qū)域上實(shí)現(xiàn)重量減輕。

圖25和圖26示出活塞銷20U的又一實(shí)施例，其包括外部構(gòu)件24和芯體34U。外部構(gòu)件24具有穿過(guò)其縱向延伸的空腔32，并具有正如以上關(guān)于圖1和圖2所討論的第一體積V1。芯體34U的總長(zhǎng)度是長(zhǎng)度12，其小于外部構(gòu)件24的長(zhǎng)度l。芯體34U是壓入配合或其他方式被插入空腔32中。芯體34U包括在空腔32內(nèi)彼此相鄰設(shè)置的多個(gè)分離的芯體部分。該多個(gè)分離的芯體部分包括第一芯體部分34U1、第二芯體部分34U2以及第三芯體部分34U3，這些芯體部分在空腔32中縱向按順序堆疊，且每個(gè)芯體部分都具有大致呈圓柱形的與空腔32的內(nèi)表面37形成界面的外表面35U1、35U2和35U3。

在外端40U1處，第一芯體部分34U1具有近似中心的開口44U1，其僅縱向部分延伸穿過(guò)該芯體部分。在外端42U1處，第三芯體部分34U3具有近似中心的開口44U3，其僅縱向部分延伸穿過(guò)該芯體部分。在開口44U1和44U3處，芯體部分34U1和34U3的表面可具有位于軸延伸部份和徑向延伸部分之間諸如從大約0.5mm到5mm的內(nèi)半徑RI1，以相比于鋒利、傾斜的邊緣減少應(yīng)力的集中。在外端40U1和42U1處，第一芯體部分34U1和第三芯體部分34U3的外表面35U1和35U3可具有倒圓邊緣E，該邊緣E具有約0.2mm至約3mm的半徑，以相比于鋒利、傾斜的邊緣減少應(yīng)力的集中。第一芯體部分34U1和第三芯體部分34U3的內(nèi)表面40U2和42U2，以及第二芯體部分34U2的兩個(gè)端面43U1和43U2可具有倒圓邊緣RO2，該邊緣RO2具有高達(dá)約0.5mm的半徑，以相比于鋒利、傾斜的邊緣減少應(yīng)力的集中。

第二芯體部分34U2具有穿過(guò)其縱向延伸的近似中心的開口44U2。開口44U1、44U2和44U3部分地(即開口44U1和44U3)或完全地(即開口44U2)縱向延伸穿過(guò)，并圍繞外部構(gòu)件24的軸線A在相應(yīng)的芯體部分34U1、34U2和34U3中居中。第二芯體部分34U2可鄰接第一芯體部分34U1的內(nèi)端40U2和第三芯體部分34U3的內(nèi)端42U2。第一芯體部分34U1和第三芯體部分34U3的實(shí)心部分45U1和45U2(其中中心開口44U1和44U3不延伸)大致設(shè)置成沿軸線A跨越，以在活塞12和連桿18之間橋接(即，以便活塞12和連桿18都直接關(guān)于實(shí)心部分45U1和45U2徑向向外降落)，實(shí)心部分45U1和45U2從而在此承受最大負(fù)載的區(qū)域上提供支承，同時(shí)通過(guò)開口44U1、44U2和44U3在其他承受較小負(fù)載的區(qū)域上實(shí)現(xiàn)重量的減小。

圖27和圖28示出活塞銷20V的又一實(shí)施例，其包括外部構(gòu)件24和具有多個(gè)分離的芯體部分的多件式芯體34V。外部構(gòu)件24具有穿過(guò)其縱向延伸的空腔32，并具有正如以上關(guān)于圖1和圖2所討論的第一體積V1。芯體部分34V的總長(zhǎng)度是長(zhǎng)度12，其小于外部構(gòu)件24的長(zhǎng)度l。芯體34U是壓配合或以其他方式被插入空腔32中。芯體34U包括設(shè)置在空腔32內(nèi)的多個(gè)分離的芯體部分。該多個(gè)分離的芯體部分包括第一芯體部分34V1，其具有與空腔32的內(nèi)表面37形成界面的近似圓柱形的外表面35V1。第一芯體部分34V1具有穿過(guò)其縱向延伸的第一開口44V1。第一開口44V1縱向延伸穿過(guò)芯體部分34V1，且圍繞外部構(gòu)件24的軸線A在芯體部分34V1內(nèi)居中。第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3均設(shè)置在第一開口44V1中，且彼此間隔開以使得彼此不互相接觸。第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3可被稱為插頭。第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3的外表面35V2和35V3與第一開口44V1中的第一芯體部分34V1的內(nèi)表面38V形成界面。例如，第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3可以是壓配合于第一芯體部分34V1中，或者第一芯體部分34V1可以是收縮配合于第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3周圍。另外，第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3可分別具有延伸穿過(guò)其的近似居中的開口，其中一個(gè)或多個(gè)附加插頭被置于開口中。

第一芯體部分34V1、第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3的外表面35V1、35V2和35V3可具有倒圓邊緣E，該邊緣E具有約0.2mm至約3mm的半徑，以相比于鋒利、傾斜的邊緣減少應(yīng)力的集中。應(yīng)力被取代，只因?yàn)榛钊N20V的純壓縮應(yīng)力，或因?yàn)橥獠繕?gòu)件24的彎曲。第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3大致設(shè)置成沿軸線A跨越，以在活塞12和連桿18之間橋接(即，以便活塞12和連桿18都直接關(guān)于第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3徑向向外降落)，第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3從而在此承受最大負(fù)載的區(qū)域上提供支承，同時(shí)通過(guò)開口44V1在其他承受較小負(fù)載的區(qū)域上實(shí)現(xiàn)重量的減小。

在非限制性實(shí)例形式的各種實(shí)施例中，第一芯體部分34V1可以是鋁或鈦，第二芯體部分34V2和第三芯體部分34V3可以是鋁或鈦。例如，所有的芯體部分均可以是鋁，所有的芯體部分均可以是鈦，第一芯體部分可以是鋁且第二芯體部分和第三芯體部分可以是鈦，或者第一芯體部分可以是鈦且第二芯體部分和第三芯體部分可以是鋁。

本文所述的芯體可以是各種材料，其包括但不限于鋁、碳纖維、鈦，或鋼或這些材料的組合。外部構(gòu)件24可以是各種材料，但通常是鋼。根據(jù)用于芯體的材料，文中描述的活塞銷20-20V中的任何一種都可以通過(guò)擠出芯體、將芯體從膨脹的金屬泡沫噴出、鑄造芯體、用金屬粉末燒結(jié)芯體；或者芯體的三維打印方式制造而成。芯體中的任何一個(gè)均可通過(guò)壓配合或收縮配合被插入到外部構(gòu)件24中?？商娲?，外部構(gòu)件24可以被加熱以產(chǎn)生熱膨脹，接著芯體可被插入空腔32中，且外部構(gòu)件24允許冷卻以配合芯體?？刹捎闷渌线m的插入方法。

盡管對(duì)實(shí)施本發(fā)明的許多方面的最佳方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到落在所提交的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的、用于實(shí)施本發(fā)明的各種替換方面。