具有外部构件和芯体的活塞销及活塞销的制造方法与流程

本发明总体上包括一种带有活塞销的组件及活塞销的制造方法。

背景技术：

活塞销用于连接发动机中的连杆和活塞。该活塞销配合在该活塞的销孔中，并且连杆配合在销孔的两部分之间的活塞销周围。连杆附接到曲轴上。活塞销需被设计来满足弯曲变形，椭圆变形和应力限制的要求。

技术实现要素：

一种组件，例如用于燃烧发动机、压缩机或其他装置的活塞组件，包括具有外部构件和芯体的活塞销。外部构件具有穿过其纵向延伸的空腔。空腔具有第一体积。例如，空腔可以是具有圆柱形内表面的圆柱形，以使第一体积为圆柱形。芯体与空腔内的外部构件配合并具有小于第一体积的第二体积。例如，由于芯体内的开口，或芯体的长度小于空腔，或这两种原因，所述第二体积可能小于第一体积。

在实施例中，活塞销可以仅包括活塞和单件芯体，正因如此，该活塞销为两件式活塞销。在其它实施例中，芯体可以包括有多个分离部件,其被称为芯体部分。在一个实施例中，外部构件具有第一长度，芯体具有小于第一长度的第二长度，使得外部构件在芯体的两端轴向延伸超过芯体。例如，第二长度与第一长度的比率可以为约0.4到约0.9。例如，外部构件可以相对薄，从而允许使用相对轻的材料的芯体以满足应力和变形限制，同时与典型的活塞销相比，总重量仍然减少。

在一些实施例中，芯体具有一个或多个开口，诸如纵向延伸穿过芯体的第一开口。本文公开了各种芯体结构。在芯体中提供一开口解决了外部构件和芯体有不同的热膨胀系数的潜在问题。例如，就实心的铝芯体和钢质外部构件而言，由于铝的更大的热膨胀系数，芯体必须能够膨胀，但在活塞销的整个工作温度范围内仍需保持在外部构件内。该开口提供了可在其中发生热膨胀的体积。

在一些实施例中，第一开口可以是延伸穿过芯体的中心开口。附加的开口可以在中心开口周围间隔排列并纵向延伸穿过芯体。在其它实施例中，附加的开口也可以完全在芯体内，使其仅在芯体的两端敞开。附加的开口可以沿着芯体的长度在芯体外周上朝向外部构件的内表面敞开。在一些实施例中，芯体在附加开口之间设有辐条。可选地，辐条中的至少一些可以是外端大于内端，从而有助于承载压缩力并限制活塞销的变形。

在一个实施例中，芯体具有可以与空腔中的外部构件的圆柱形内表面配合的圆柱形外表面。芯体至少部分地限定了纵向延伸穿过芯体的第二开口。第一开口和第二开口可以是仅位于芯体内的开口，也可以位于芯体的相邻象限内。活塞销可以固定在活塞的销孔中，以使第一开口和第二开口位于离活塞顶部最近的半个芯体中。所述芯体可以由多种材料中的任一种制成，并且其密度可以大于或小于所述外部构件。例如，该芯体可以但不限制于为铝、碳纤维、钛或钢中的任一种。在一个实施例中，该外部构件由钢制成，而芯体由钛制成。

一种活塞销组件的制造方法包括提供具有第一密度和第一长度的外部构件，并建立纵向延伸穿过该外部构件的空腔。该方法包括提供具有第二密度和第二长度的芯体，并将该芯体插入外部构件的空腔中，例如通过压装的方式。该方法中存在以下情况中的至少一种：第二长度小于第一长度，和/或芯体至少部分形成纵向延伸穿过芯体的开口。所述芯体可以通过任何方法来提供，例如但不限于：挤出芯体，将芯体从膨胀的金属泡沫喷出，铸造芯体，用金属粉末烧结芯体，或用芯体的三维打印方式。

上述特征和优点及本发明的其它特征和优点可以从以下结合附图对实施本发明的最佳方式的详细描述中很容易了解。

附图说明

图1是包括活塞销的活塞和连杆组件的局部截面图中的示意图。

图2是包括活塞销的另一实施例的活塞和连杆组件的另一实施例的局部剖面图形式的示意图。

图3是活塞销的另一实施例的示意性透视图。

图4是图3的活塞销的示意性端视图。

图5是活塞销的替换实施例的示意性端视图。

图6是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图7是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图8是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图9是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图10是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图11是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图12是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图13是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图14是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图15是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图16是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图17是活塞销的替换实施例的示意性端视图。

图18是具有虚线图所示的外部构件的活塞销的替换实施例的示意性透视图。

图19是图18的活塞销的示意性端视图。

图20是活塞销的替换实施例的示意性端视图。

图21是活塞销的替换实施例的示意性端视图。

图22是沿图21中的线22-22截取的图21中的活塞销的示意剖面图。

图23是活塞销的替换实施例的示意性端视图。

图24是沿图23中的线24-24截取的图23中的活塞销的示意性剖面图。

图25是活塞销的替换实施例的示意性端视图。

图26是沿图25中的线26-26截取的图25中的活塞销的示意性剖面图。

图27是活塞销的替换实施例的示意性端视图。

图28是沿图27中的线28-28截取的图27中的活塞销的示意性剖面图。

具体实施方式

参照附图，其中在所有这些图示中，相似的参考标号代表相似的部件，图1-图28示出了活塞销的各个实施例，活塞销被配置成满足预定的弯曲和椭圆变形参数，同时满足应力限制，降低重量，解决可以被活塞销的部件使用的不同材料的任何热膨胀差异。图1示出了一种活塞和连杆组件10。活塞12具有圆柱形销孔14。活塞12铸有或以其它方式设有与销孔14相交的开口16，开口16被配置成接纳连杆18，如局部视图中所示。活塞12具有顶部13和裙部15。在发动机工作过程中，由于燃烧压力，顶部13处的活塞12的侧面接受比裙部15处的活塞12的侧面更大的燃烧作用力。环套17环绕活塞12的侧表面，且有助于与气缸孔(未示出)中的气缸座的滑动接触，同时将燃烧气体保持在气缸孔中，如本领域的技术人员所理解的那样。

活塞销20被按压装配到或以其它方式插入到销孔14中并且通过连杆18中的开口22。活塞销20包括外部构件24，其是相对薄壁的圆柱形壳体。外部构件24的圆柱形外表面26在销孔14处与活塞12的内表面28相配合。活塞销20是浮动销，因为它能够相对于活塞12和连杆18转动。活塞销20被活塞12中布置的卡环30轴向地保持在适当位置。在工作温度范围的至少一部分内，活塞销20和活塞12之间的间隙C要能保持，以允许活塞销20的润滑和相对旋转。

在外部构件24中提供空腔32，诸如通过机械加工的方式。空腔32沿外部构件24的纵向中心轴线A纵向延伸穿过外部构件24。在实施例中，空腔32在所示的实施例中大致是圆柱形。在一个非限制性实例中，外部构件24的壁厚可以是大约2.5毫米(mm)，空腔的直径d大约是19mm。在另一个非限制性实例中，空腔的直径d可以是大约27mm。外部构件24从第一端31到第二端36的长度l可以是大约75mm。外部构件24不限于这些尺寸，且在本发明的范围内可以具有其他尺寸。空腔32具有第一体积V1，其在所示实施例中被示出为圆柱形体积，该体积按照下列公式由长度l和直径d确定：

V1＝(πld²)/4；其中，l是空腔32的长度，d是空腔32的直径。

活塞销20还包括芯体34，其外表面35与空腔32内的外部构件24的内表面37相配合。芯体34是具有外径d2的实心圆柱形构件，该外径d2被配置成允许芯体34与空腔32内的外部构件24压配合，并在整个工作温度范围内都保持在其内。也就是说，外径d2大体上等于空腔32的直径d。芯体34可以与外部构件24的材料相同或不同。如果外部构件24和芯体34是具有不同热膨胀系数的不同材料，那么材料被选择以及空腔32的直径d和芯体34的外径d2被配置成确保芯体34在活塞12和活塞销20的整个工作温度范围内被保持在外部构件24内的插入位置上。在非限制性实例中，外部构件24可以是钢材质，芯体34可以是铝、碳纤维、钛或钢材质。外部构件24可以具有第一密度，芯体34可以具有可以小于、等于或大于第一密度的第二密度。在密度和长度的各种组合中，活塞销20可以比实心钢活塞销更轻，但依然满足预定的弯曲变形、椭圆变形和应力限制，如本领域的技术人员理解的那样。

在图1的实施例中，芯体34具有比外部构件24的长度l小很多的长度l2。因此，外部构件24在芯体34的两端40、42轴向地延伸超过芯体34。在一个非限制性实例中，空腔32的长度l是75mm，芯体34的长度l2是55mm。在各个实施例中，第二长度l2与第一长度l的比率可以在0.4到0.9的范围内。因此，芯体34可以具有比第一体积V1小的第二体积V2。对于圆柱形芯体，第二体积V2按照如下公式来确定：

V2＝(π*l2*d2²)/4；其中，l2是芯体34的长度，d2是芯体34的直径。

在本文示出的其它实施例中，可以使用与空腔32的长度相同但非圆柱形的芯体，所述非圆柱形之处在于其内具有开口，该开口使其体积减小，使得第二体积V2甚至小于上述圆柱形体积V2。

图2-图28示出了各种替换的活塞销，每个均具有相同的外部构件24但采用不同的芯体。图2示出了活塞和连杆组件10A的另一个实施例，其具有许多与图1的活塞和连杆组件10相同的部件。活塞和连杆组件10A包括活塞销20A，其是“固定销”，因为其在开口16处热嵌配合到连杆18内(即不能相对于连杆18旋转)，且仅相对于活塞12旋转。由于活塞销20A被连杆18保持在轴向位置上，因此无需使用图1的卡环30。

活塞销20A包括具有空腔32的外部构件24，该空腔32纵向延伸穿过外部构件且具有上述第一体积V1。芯体34A压配合到空腔32内，使得芯体34A的外表面35被保持到外部构件24的内表面37上。芯体34A可以是本文所述的任何材料和相对密度。芯体34A至少部分地限定了纵向延伸穿过芯体34A的第一开口44A。第一开口44A是中心开口，因为其居中于芯体34A中，并沿外部构件24的轴线A延伸。芯体34A可以具有与芯体34相同的第二长度l2或不同的第二长度。此外，芯体34A在芯体34A的第一端40和第二端42具有倒圆边缘E。与具有直角边缘(诸如如果边缘是由与表面35呈90度角的端部40或42形成)的芯体相比，倒圆边缘E可以减少应力集中。例如，边缘E可以具有0.2mm到3mm的弯曲半径。这些倒圆边缘还可以用于本文所述的任何其它实施例中，以减少应力。由于较短的长度l2、中心开口44A和倒圆边缘E，芯体34A具有比空腔32的第一体积V1小的第二体积。

各种不同的芯体可以结合外部构件24进行使用，以提供各种期望的特性，这些特性不同于单个实心活塞销或具有外部构件(外部构件具有实心芯体(无开口)且具有与外部构件24相同的长度)的活塞销的那些特性。例如，图3示出了一种具有芯体34B的活塞销20B，其中芯体34B被插入到空腔32内且与空腔32内的外部构件24压配合。芯体34B包括纵向延伸穿过整个芯体34B的第一开口44B，其是横截面呈六边形的中心开口。

六个额外的横截面呈六边形的开口50B围绕中心开口44B等距地间隔，并纵向地延伸穿过芯体34B，使得额外开口50B仅在芯的两端40、42上敞开。因此，芯体34B的外表面35是圆柱形，且与外部构件24的内表面37配合。在所示的实施例中，芯体34B与外部构件24具有相同的长度l，但是芯体34B可以做的更短。由于开口44B、50B，芯体34B具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

开口50B围绕开口44B的布置形成了内毂56B和外毂58B。外毂58B形成圆柱形外表面35，其与外部构件24的内表面37接触。芯体34B在额外开口50B之间具有辐条52B。辐条52B在外端54B处比内端55B处更大，其中外端54B相对于轴线A径向地在内端55B外面，如相对于其中一个辐条52B所示。芯体34B包括从芯体34B的中心(即从内毂56B)延伸的六个辐条52B。

图5示出了所有方面都与活塞销20B相同的活塞销20C的替换实施例，除了芯体34C具有的中心开口44C是圆形横截面形状的中心开口，而不是图2的六边形中心开口44B。

图6示出了所有方面都与活塞销20C相同的活塞销20D的替换实施例，除了芯体34D具有的辐条52D在外端处并不比内端处更宽。

图7示出了包括外部构件24(仅以虚线图示出)的活塞销20E，外部构件24具有空腔32，空腔24纵向延伸贯穿外部构件并具有第一体积V1，正如关于图1和图2所讨论的那样。芯体34E压配合到空腔32内，使得其外表面35E被保持到外部构件24的内表面37上。芯体34E具有与外部构件24相同的长度l，或者可以具有比外部构件24更短的长度。芯体34E可以是上述的任何材料和相对密度。芯体34E至少部分地限定了纵向延伸穿过芯体34E的第一开口44E。第一开口44E是圆形横截面形状，且是中心开口，围绕外部构件24的轴线A居中于芯体34E内。

七个额外开口50E围绕中心开口44E等距间隔，并纵向延伸贯穿芯体34E。开口50E在芯体34E的两端40、42上以及沿芯体34E长度方向上沿芯体34E的外周均是敞开的，使得开口50E朝向外部构件24的内表面37敞开。

围绕开口44E的开口50E的布置形成了内毂56E。芯体34E包括七个辐条52E，其在额外开口50E之间从芯体34E的中心(即从内毂56E)延伸。辐条52E在外端54E处比内端55E处更大，使得外端54E形成接合于内表面37的支撑脚，类似于工字梁配置结构。外端54E弯曲以配合外部构件24的内表面37。

因此，外端54E处的芯体34E的外表面35E沿芯体34E的长度延伸，并限定了芯体34E的外周，其与外部构件24的内表面37配合。在所示的实施例中，芯体34E与外部构件24具有相同的长度l，但是芯体34E可以做的更短。芯体34E可以是上述的任何材料以及具有上述任何相对长度和密度。由于开口44E、50E，芯体34E具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图8示出了包括外部构件24(仅以虚线图示出)的活塞销20F，外部构件24具有空腔32，该空腔32纵向延伸穿过外部构件并具有第一体积V1，正如关于图1和图2所讨论的那样。芯体34F压配合到空腔32内，使得其外表面35F被保持到内表面37。芯体34F具有与外部构件24相同的长度l，或者可以具有比外部构件24更短的长度。芯体34F可以是上述的任何材料和相对密度。芯体34F至少部分地限定了纵向延伸穿过芯体34F的可选第一开口44F。可选第一开口44F是圆形横截面形状，且是中心开口，居中于芯体34F内，并围绕外部构件24的轴线A居中。

四个额外开口50F围绕可选中心开口44F等距间隔，并纵向延伸穿过芯体34F。开口50F在芯体34F的两端40、42以及沿芯体34F长度方向上沿芯体34F的外周均是敞开的，使得开口50F朝向外部构件24的内表面37敞开。

芯体34F包括四个辐条52F，其在额外开口50F之间从芯体34F的中心延伸。辐条52F具有弯曲外端，使得外端54F形成沿芯体34F的长度延伸的芯体34F的外表面35F，并限定芯体34F的外周，其与外部构件24的内表面37配合。在所示的实施例中，芯体34F与外部构件24具有相同的长度l，但是芯体34F可以做的更短。芯体34F可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。由于可选开口44F和开口50F，芯体34F具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图9示出了所有方面均与活塞销20F相同(包括可选中心开口44F和四个额外开口50F)的活塞销20G的替换实施例，除了芯体34G具有辐条52G，该辐条52G的外端具有弯曲角部53G，每个弯曲角部53G具有比图8中的辐条52F更大的半径。因此，辐条52G在芯体34G的外表面35G处没有边缘与外部构件24的内表面37接触。由于可选开口44F和开口50F，芯体34G具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图10示出了所有方面均与活塞销20G相同(包括可选中心开口44F)的活塞销20H的替换实施例，只是芯体34H具有六个辐条52H。辐条52H在辐条52H的外端具有半径(即弯曲角部53H)。因此，辐条52H在外表面35H处没有边缘与外部构件24的内表面37接触。由于可选开口44F和开口50H，芯体34H具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图11示出了所有方面均与活塞销20G相同(包括可选中心开口44F)的活塞销20I的替代实施例，只是芯体34I具有八个辐条52I。辐条52I在辐条52I的外端具有半径(即弯曲角部53I)。因此，辐条52I在芯体34I的外表面35I处没有边缘与外部构件24的内表面37接触。芯体34I可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。由于可选开口44F和开口50I，芯体34I具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图12示出了所有方面均与活塞销20G相同(包括可选中心开口44F)的活塞销20J的替换实施例，只是芯体34J具有三个辐条52J。辐条52J在辐条52J的外端具有半径(即弯曲角部53J)。因此，辐条52J在外表面35J处没有边缘与外部构件24的内表面37接触。芯体34J可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。由于可选开口44F和开口50J，芯体34J具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图13示出了包括芯体34K的活塞销20K的替代实施例，芯体34K具有可选的中心开口44F和四个辐条52K，所述辐条形成四个额外开口50K。辐条52K外端的外毂58K形成圆柱形外表面35K，其与外部构件24的内表面37接触。芯体34K可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。由于可选开口44F和开口50K，芯体34K具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图1-图12的活塞销适用于活塞中的浮动销或固定销布置。图14-图20示出了可能最适合用于图2的活塞12中的固定销布置的活塞销的实施例。更具体地，当相对于活塞12配置成固定朝向时，这些活塞销的芯体被配置成最好地承受燃烧作用力，且满足弯曲、椭圆和应力限制。例如，图14示出了包括芯体34L的活塞销20L的替代实施例，芯体34L具有可选的中心开口44F和两个辐条52L，该辐条形成两个额外开口50L。辐条52L的外端形成外表面35L，其与外部构件24的内表面37接触。芯体34L可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。当芯体34L被插入到销孔14内，使得辐条52L处于竖直位置时，芯体34L最好地承受图2的活塞组件10A的工作过程中的作用力。也就是说，其中一个辐条52L的外表面35L应该朝向活塞12的顶部13延伸。由于可选开口44F和开口50L，芯体34L具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图15示出了包括芯体34M的活塞销20M的替代实施例，芯体34M具有可选的中心开口44F和四个辐条52M1、52M2、52M3、和52M4，该辐条形成四个额外开口50M。辐条52M1、52M2、52M3和52M4的外端形成外表面35M，其与外部构件24的内表面37接触。其中两个辐条52M1和52M2比剩下的辐条52M3和52M4更厚，且在外端54M处比内端55M处更大，使得外端54M形成与内表面37接合的支撑脚，类似于工字梁配置结构。外端54M弯曲以配合外部构件24的内表面37。芯体34M可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。当芯体34M被插入到销孔14内，使得辐条52M1和52M2处于竖直位置时，由于它们更大的宽度和它们更大的外端54M，芯体34M最好地承受活塞组件10A的工作过程中的作用力。换句话说，第一对辐条(52M1和52M2)应该布置在图2的活塞12内，以大体上朝向活塞12的顶部13纵向延伸，第二对辐条(52M3和52M4)大体上垂直于第一对辐条地纵向延伸。由于可选开口44F和开口50M，芯体34M具有的第二体积小于空腔32的第一体积。

图16示出了包括芯体34N的活塞销20N的替代实施例，芯体34N具有可选的中心开口44F和四个辐条52N1、52N2、52N3、和52N4，该辐条形成四个额外开口50N。芯体34N可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。辐条52N1、52N2、52N3和52N4的外端形成外表面35N，其与外部构件24的内表面37接触。其中两个辐条52N1和52N2比剩下的辐条52N3和52N4更厚，且在外端54N处比内端55N处更大，使得辐条52N1和52N2自身形成在外端54N处与内表面37接合的支撑脚，类似于工字梁配置结构。外端54N弯曲以配合外部构件24的内表面37。较窄的辐条52N3和52N4还具有与内表面37接合的支脚，其在外端处垂直于其长度而延伸。支脚54N1和54N2仅在它们的端部处接触外部构件24的内表面37。也就是说，支脚54N1和54N2不弯曲，以使它们的整个外表面能够如外端54N那样接触内表面37。当芯体34N被插入到销孔14内，使得辐条52N1和52N2处于竖直位置时，由于它们更大的宽度和它们的外端54N，芯体34N最好地承受活塞组件10A的工作过程中的作用力。换句话说，第一对辐条(52N1和52N2)应该布置在图2的活塞12内，以大体上朝向活塞12的顶部13而纵向延伸，第二对辐条(52N3和52N4)大体上垂直于第一对辐条52N1、52N2而纵向延伸。由于可选开口44F和开口50N，芯体34N具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图17示出了活塞销20P的替代实施例，其类似于图13的活塞销20K，只是它包括芯体34P，芯体34P没有中心开口44F，辐条52P1、52P2、52P3和52P4具有不同的宽度，辐条外端处的外毂58P形成圆柱形外表面35P，其与外部构件24的内表面37接触。四个辐条52P1、52P2、52P3和52P4形成在芯体34P内彼此等距间隔的四个开口50P。其中两个辐条52P1和52P2比剩下的辐条52P3和52P4更厚，且在外端54P处比内端55P处更大。芯体34P可以是本文所述的任何材料以及具有所述的任何相对长度和密度。当芯体34P被插入到销孔14内，使得辐条52P1和52P2处于竖直位置时，由于它们更大的宽度和它们更大的外端54P，芯体34P最好地承受活塞组件10A的工作过程中的作用力。换句话说，第一对辐条(52P1和52P2)应该布置在图2的活塞12内，以大体上朝向活塞12的顶部13而纵向延伸，第二对辐条(52P3和52P4)大体上垂直于第一对辐条52P1和52P2而纵向延伸。由于开口50P，芯体34P具有的第二体积小于空腔32的第一体积V1。

图18-图19示出了包括外部构件24的活塞销20Q的另一个实施例，外部构件24具有空腔32，空腔32纵向延伸穿过外部构件，并具有第一体积V1，正如关于图1和图2所讨论的那样。芯体34Q压配合到空腔32内，使得其外表面35Q被保持到内表面37。芯体34Q具有与外部构件24相同的长度l，或者可以具有比外部构件24更短的长度。外表面35Q是圆柱形。芯体34Q可以是本文所述的任何材料和相对密度。芯体34Q限定了均纵向延伸穿过芯体34Q的第一开口50Q1和第二开口50Q2。开口50Q1和50Q2均为圆形横截面，且具有平行于外部构件24的中心轴线A的纵向轴线。开口50Q1和50Q2仅在芯体34Q的两端40、42处敞开。

如图19中最佳示出的那样，开口50Q1和50Q2是芯体34Q中仅有的开口，尺寸相同，并且对称设置在芯体34Q的相邻象限内。虚线Q1和Q2表示将芯体34Q分成象限的边界线。芯体34Q没有中心开口。为了最好地承受燃烧作用力并满足弯曲、椭圆度和应力限制，活塞销20Q应被固定在销孔14内，使得第一开口50Q1和第二开口50Q2设置在最靠近活塞12的顶部13的半个芯体34Q中。更具体地说，活塞销20Q应设置成使得虚线边界Q1是竖直的。当以这种方式进行设置的时候，活塞销20Q(下线Q2)内的芯体34Q的下半部分被高度压缩，导致形成大的应力，而开口50Q1，50Q2上方的顶部经受较低大小的拉伸应力。压缩区主要落入虚线Q2下方。拉伸区主要落在虚线Z2上方。开口50Q1和50Q2位于虚线Q2和Z2之间的中性区，其相比于压缩区和拉伸区承受相对较低的应力。通过将开口50Q1和50Q2设置在压缩区和拉伸区之间，可以在对弯曲和椭圆度影响最小的情况下实现减轻重量和关于潜在热膨胀的开放体积。

图20示出了包括外部构件24的活塞销20R的另一个实施例，该外部构件24具有空腔32，该空腔32纵向延伸穿过外部构件，并具有第一体积V1，正如关于图1和图2所讨论的那样。芯体34R压配合到空腔32内，使得其外表面35R被保持到内表面37。芯体34R具有与外部构件24相同的长度l，或者可以具有比外部构件24更短的长度。外表面35R是圆柱形。芯体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对密度。芯体34R只限定纵向延伸穿过芯体34R的第一开口44R。第一开口44R具有可称作三凸角形的倒圆的三角形横截面形状。第一开口44R是中心开口，因为它围绕外部构件24的轴线A居中于芯体34R中。开口具有三个倒圆角部60A、60B以及60C。为了最好地承受燃烧作用力并满足弯曲、椭圆度和应力限制，活塞销20R应被固定在销孔14内，使得开口44R关于垂直于轴线A的虚线边界Q1对称，并且与边界Q1交叉形成第一角部60A。因此，第一角部60A将被设置在最靠近活塞12的顶部13的半个芯体34R中。

图21-图28示出了具有多件式芯体的活塞销的各种实施例。图21和图22示出活塞销20S的另一实施例，该实施例包括外部构件24和芯体34S。外部构件24具有穿过其纵向延伸的空腔32，并具有正如关于图1和图2所讨论的第一体积V1。芯体34S压配合到空腔32内。芯体34S包括在空腔32内彼此相邻布置的多个分离的芯体部分34S1，34S2。芯体部分34S1是第一芯体部分，并具有基本上呈圆柱形且在空腔32内与外部构件24的内表面37形成界面的外表面35A。第一芯体部分34S1具有部分延伸穿过其的第一芯体部分34S1的外端40A处的第一开口44S1。第一芯体部分34S1具有朝向第一开口44S1部分延伸穿过其的第一芯体部分34S1的内端40B处的第二开口44S2。第一中间部分45S1将第一开口44S1和第二开口44S2分开。

第二芯体部分34S2具有基本上呈圆柱形且在空腔32内与外部构件24的内表面37形成界面的外表面35B。第二芯体部分34S2具有部分延伸穿过其的第二芯体部分34S2的外端42A处的第三开口44S3。第二芯体部分34S2具有朝向第三开口44S3部分延伸穿过其的第二芯部34S2的内端42B处的第四开口44S4。第一芯体部分34S1的内端40B面向并可以抵接于第二芯体部分34S2的内端42B。

第二中间部分45S2将第三开口44S3和第四开口44S4分开。外表面35A、35B由于压配合或收缩配合被保持到内表面37。芯体34的总长度是长度l2，其小于外部构件24的长度l。芯体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对密度。开口44S1、44S2、44S3以及44S4各自为圆形横截面形状，并且围绕外部构件24的轴线A居中于相应的芯体部分34S1，34S2中。

外端40A和42A处的第一芯体部分34S1以及第二芯体部分34S2的外表面35A和35B可具有倒圆边缘E，其具有约0.2mm至约3mm的半径，以相比于锋利、倾斜的边缘减小应力的集中。在开口44S1、44S2、44S3和44S4处的芯体部分34S1和34S2的表面可具有位于轴向延伸部分和径向延伸部分之间诸如从大约0.5mm到5mm的内半径RI1，以便相比于锋利、倾斜的边缘减小应力的集中。

实心中间部分45S1和45S2大致设置成沿轴线A跨越，以在活塞12和连杆18之间桥接(即，以便活塞12和连杆18的边缘都直接关于中间部分45S1和45S2径向向外降落)，中间部分45S1和45S2从而在此承受最大负载的区域上提供支承，同时通过开口44S1，44S2，44S3和44S4可在其他承载较低负载的区域上实现重量减轻。

图23和图24示出活塞销20T的又一实施例，其包括外部构件24和芯体34T。外部构件24具有穿过其纵向延伸的空腔32，并具有正如以上关于图1和图2所讨论的第一体积V1。芯体34T压配合或以其他方式被插入空腔32中。芯体34T包括在空腔32内彼此相邻地设置的多个分离的芯体部分。该多个分离的芯体部分包括第一芯体部分34T1、第二芯体部分34T2，第三芯体部分34T3，第四芯体部分34T4以及第五芯体部分34T5，这些芯体部分在空腔32中纵向按顺序堆叠，且每个芯体部分都具有大致呈圆柱形的与空腔32的内表面37形成界面的外表面35T1、35T2、35T3，35T4和35T5。芯体34T的总长度是长度l2，其小于外部构件24的长度l。

第一芯体部分34T1，第三芯体部分34T3以及第五芯体部分34T5分别具有各自近似中心的开口44T1、44T2以及44T3，这些开口纵向延伸穿过其中，并围绕外部构件24的轴线A在各自的芯体部分34T1，34T3和34T5内居中。第二和第四芯体部分34T2和34T4是实心的，没有任何开口，且因此使中心开口44T1、44T2和44T3彼此分离，使得它们不会朝向彼此敞开。外端40T1和42T1处的第一芯体部分34T1以及第五芯体部分34T5的外表面35T1和35T5可具有倒圆边缘E，该边缘E具有约0.2mm至约3mm的半径，以便相比于锋利、倾斜的边缘减少应力的集中。

实心的第二芯体部分34T2和第四芯体部分34T4大致设置成沿轴线A跨越，以在活塞12和连杆18之间桥接(即，以便活塞12和连杆18的边缘都直接关于第二芯体部分34T2和第四芯体部分34T4径向向外降落)，第二芯体部分34T2和第四芯体部分34T4从而在此承受最大负载的区域上提供支承，同时通过开口44T1，44T2和44T3在其他承载较低负载的区域上实现重量减轻。

图25和图26示出活塞销20U的又一实施例，其包括外部构件24和芯体34U。外部构件24具有穿过其纵向延伸的空腔32，并具有正如以上关于图1和图2所讨论的第一体积V1。芯体34U的总长度是长度12，其小于外部构件24的长度l。芯体34U是压入配合或其他方式被插入空腔32中。芯体34U包括在空腔32内彼此相邻设置的多个分离的芯体部分。该多个分离的芯体部分包括第一芯体部分34U1、第二芯体部分34U2以及第三芯体部分34U3，这些芯体部分在空腔32中纵向按顺序堆叠，且每个芯体部分都具有大致呈圆柱形的与空腔32的内表面37形成界面的外表面35U1、35U2和35U3。

在外端40U1处，第一芯体部分34U1具有近似中心的开口44U1，其仅纵向部分延伸穿过该芯体部分。在外端42U1处，第三芯体部分34U3具有近似中心的开口44U3，其仅纵向部分延伸穿过该芯体部分。在开口44U1和44U3处，芯体部分34U1和34U3的表面可具有位于轴延伸部份和径向延伸部分之间诸如从大约0.5mm到5mm的内半径RI1，以相比于锋利、倾斜的边缘减少应力的集中。在外端40U1和42U1处，第一芯体部分34U1和第三芯体部分34U3的外表面35U1和35U3可具有倒圆边缘E，该边缘E具有约0.2mm至约3mm的半径，以相比于锋利、倾斜的边缘减少应力的集中。第一芯体部分34U1和第三芯体部分34U3的内表面40U2和42U2，以及第二芯体部分34U2的两个端面43U1和43U2可具有倒圆边缘RO2，该边缘RO2具有高达约0.5mm的半径，以相比于锋利、倾斜的边缘减少应力的集中。

第二芯体部分34U2具有穿过其纵向延伸的近似中心的开口44U2。开口44U1、44U2和44U3部分地(即开口44U1和44U3)或完全地(即开口44U2)纵向延伸穿过，并围绕外部构件24的轴线A在相应的芯体部分34U1、34U2和34U3中居中。第二芯体部分34U2可邻接第一芯体部分34U1的内端40U2和第三芯体部分34U3的内端42U2。第一芯体部分34U1和第三芯体部分34U3的实心部分45U1和45U2(其中中心开口44U1和44U3不延伸)大致设置成沿轴线A跨越，以在活塞12和连杆18之间桥接(即，以便活塞12和连杆18都直接关于实心部分45U1和45U2径向向外降落)，实心部分45U1和45U2从而在此承受最大负载的区域上提供支承，同时通过开口44U1、44U2和44U3在其他承受较小负载的区域上实现重量的减小。

图27和图28示出活塞销20V的又一实施例，其包括外部构件24和具有多个分离的芯体部分的多件式芯体34V。外部构件24具有穿过其纵向延伸的空腔32，并具有正如以上关于图1和图2所讨论的第一体积V1。芯体部分34V的总长度是长度12，其小于外部构件24的长度l。芯体34U是压配合或以其他方式被插入空腔32中。芯体34U包括设置在空腔32内的多个分离的芯体部分。该多个分离的芯体部分包括第一芯体部分34V1，其具有与空腔32的内表面37形成界面的近似圆柱形的外表面35V1。第一芯体部分34V1具有穿过其纵向延伸的第一开口44V1。第一开口44V1纵向延伸穿过芯体部分34V1，且围绕外部构件24的轴线A在芯体部分34V1内居中。第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3均设置在第一开口44V1中，且彼此间隔开以使得彼此不互相接触。第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3可被称为插头。第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3的外表面35V2和35V3与第一开口44V1中的第一芯体部分34V1的内表面38V形成界面。例如，第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3可以是压配合于第一芯体部分34V1中，或者第一芯体部分34V1可以是收缩配合于第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3周围。另外，第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3可分别具有延伸穿过其的近似居中的开口，其中一个或多个附加插头被置于开口中。

第一芯体部分34V1、第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3的外表面35V1、35V2和35V3可具有倒圆边缘E，该边缘E具有约0.2mm至约3mm的半径，以相比于锋利、倾斜的边缘减少应力的集中。应力被取代，只因为活塞销20V的纯压缩应力，或因为外部构件24的弯曲。第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3大致设置成沿轴线A跨越，以在活塞12和连杆18之间桥接(即，以便活塞12和连杆18都直接关于第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3径向向外降落)，第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3从而在此承受最大负载的区域上提供支承，同时通过开口44V1在其他承受较小负载的区域上实现重量的减小。

在非限制性实例形式的各种实施例中，第一芯体部分34V1可以是铝或钛，第二芯体部分34V2和第三芯体部分34V3可以是铝或钛。例如，所有的芯体部分均可以是铝，所有的芯体部分均可以是钛，第一芯体部分可以是铝且第二芯体部分和第三芯体部分可以是钛，或者第一芯体部分可以是钛且第二芯体部分和第三芯体部分可以是铝。

本文所述的芯体可以是各种材料，其包括但不限于铝、碳纤维、钛，或钢或这些材料的组合。外部构件24可以是各种材料，但通常是钢。根据用于芯体的材料，文中描述的活塞销20-20V中的任何一种都可以通过挤出芯体、将芯体从膨胀的金属泡沫喷出、铸造芯体、用金属粉末烧结芯体；或者芯体的三维打印方式制造而成。芯体中的任何一个均可通过压配合或收缩配合被插入到外部构件24中。可替代地，外部构件24可以被加热以产生热膨胀，接着芯体可被插入空腔32中，且外部构件24允许冷却以配合芯体。可采用其它合适的插入方法。

尽管对实施本发明的许多方面的最佳方法进行了详细的描述，但是熟悉本领域的技术人员将会认识到落在所提交的权利要求的范围内的、用于实施本发明的各种替换方面。