在发动机运行过程中,活塞做高速周期性的往复运动,将燃气产生的热能转化为曲轴旋转的机械能。往复运动并不是匀速的,运动加速度的存在会产生巨大的往复惯性力和惯性力矩。这些力和力矩是引起发动机机械损失以及发动机振动的重要因素。对于高速汽油发动机,活塞进行轻量化设计后,活塞重量的减小可以有效减小往复惯性力,提升发动机的经济性、舒适性、可靠性;同时减少活塞某些冗余部位,从而减少制造材料的投入,降低活塞原材料成本。因此活塞轻量化改进十分重要。首先,本文以活塞轻量化设计理论为基础,完成了某汽油机活塞轻量化设计。通过实际生产中轻量化方法与先进的活塞设计理论相结合,对活塞初始方案进行优化改进。活塞选用强度性能更优的新型铝合金材料。结构方面分别对活塞总高,活塞内腔顶,活塞环背凹腔,活塞销孔以及活塞裙部进行轻量化设计,活塞重量减轻29g,完成设计目标。活塞一环槽采用阳极氧化,裙部采用新型耐磨涂层,从而提升环槽和裙部的耐磨性。其次,运用ansys软件进行活塞热力学优化;运用Pisdyn及Glide动力学分析软件对活塞进行动力学分析。通过销孔及裙部接触应力计算选用更优的销孔及裙部型线。最初方案环背凹腔疲劳系数略低,改进其形状更圆滑的向面窗过渡,改进后结构疲劳系数得到提升。轻量化改进后活塞的敲击动能,运动摆角以及裙部摩擦损失均得到改善。然后,通过MAGMA软件铸造模拟分析优化活塞铸造过程以及铸造工艺,减少因轻量化设计引起的铸造缺陷。采用先进的CMR技术,铸造过程细化活塞金相,提高材料性能。铸造完成毛坯通过检验,证明之前的模具及铸造过程是合理的。最后,通过活塞温度场试验、活塞销孔疲劳试验、活塞最小间隙拉缸试验、活塞耐久试验、发动机振动试验对轻量化前后活塞进行对比。采用硬度塞法进行活塞测温,结果与热力学温度场分析结果基本一致。通过销孔疲劳试验检验活塞销孔设计的合理性,对试验后活塞进行染色检验,销孔无裂纹满足发动机要求。活塞最小间隙拉缸试验验证活塞裙部设计合理性。活塞耐久试验是活塞开发试验的最主要试验,其结合了高低负荷疲劳循环工况以充分反映发动机的耐久能力。试验数据表明,活塞轻量化裙部、销孔、环槽关键部位磨损量减小,对试验后活塞进行着色探伤,未发现裂纹,证明活塞强度满足要求。发动机振动试验验证活塞轻量化改进对发动机振动有改善。本文主要创新点如下:（1）对某汽油机活塞进行了轻量化改进设计,减少了活塞重量,减少制造材料的投入,降低活塞原材料成本。为以后汽油机活塞轻量化设计提供设计方案和依据。（2）首次将轻量化活塞改进与活塞工艺改进相结合,可以为轻量化活塞实际生产提供可行性方案。（3）运用热力学、动力学全面的模拟计算了轻量化前后活塞温度、强度、二阶性能的变化,并通过活塞试验对计算结果进行了验证。