本发明涉及一种在其端部联接其他零件的机械零件，本发明还涉及一种制造该机械零件的方法。本发明特别涉及可应用于起落装置的支撑杠杆。
图1所示为一起落架，它具有两个支撑臂1和1′，分别称之为支柱和侧柱，如图1A和图1B详细所示。这些支撑臂铰链连接到起落架的腿4和起落架框架5上。每个支撑臂1、1′包含两个杠杆一顶杠杆3、3′和一底杠杆2、2′。支撑臂的杠杆彼此铰链铰链联接，且在其端部通过图1A和图1B中虚线所示的铰销铰链联接至起落架的其他零件。
已知这种杠杆在工作中会承受很大的机械力，主要是压缩力和牵引力，该机械力沿零件的纵向轴延伸(该轴穿过零件的两端)。这些杠杆由钢、铝或钛合金制成。
众所周知，使这些杠杆变得轻一些对于起落装置的工作是有利的。此外，一般来说，降低飞机上每个零件的重量永远是当务之急。
文件FR 2 543 054和EP 0 678 681 A1公开了重量较轻的机械零件，尤其是连接杆，因为它们是由复合材料制成的。文件EP 0 678 681 A1描述了一种由重叠并装配在一起的树脂预浸纱线层获得的单体连接杆。文件FR 2 543 054描述了一种由中心部件制成的连接杆，中心部件由重叠并装配在一起的树脂预浸纱线层层获得，外围部件通过缠绕树脂预浸纱线长线或带子制成。
然而这样的复合材料易于分层使用中由于重复的机械力作用在特定部分，使得纤维层、长线层或带子层彼此分离。
为了达到这个目的，本发明提供了一种机械零件，该机械零件包含至少两个端部，该零件设计用于与其他零件在其端部铰链铰链连接，该机械零件的特征在于该零件至少部分由复合材料制成三维编织织物中心纤维预成型件(13)和外围纤维预成型件(11)，三维编织织物中心纤维预成型件在工作中更适合承受施加在其上的压缩力，三维编织织物外围纤维预成型件，用于承受零件在工作中的需承受的牵引力，所述外围预成型件以这样的方式包围所述中心预成型件在零件的端部和两个预成型件之间留出两个空区间，该空区间用于铰链连接所述其他零件。
本发明机械零件可应用于很多领域，不限于是航空领域。例如，它可用作连接棒。此外，零件端部的数量，即潜在的铰链连接点，不限于是两个，因此进一步扩大了它的应用领域。
本发明的复合材料部分的重量与全部由金属制成的零件相比是有限的。有利地，所述零件由具有有机(不是金属)基体的复合材料制成，纤维预成型件由碳纤维制成，因此在机械强度和轻重量间提供了良好的折衷。
此外，现有技术中组合材料零件遇到的分层问题也得到了避免，因为，象所述外围预成型件一样，所述中心预成型件不是层压结构，而是三维编织织物结构，编织纤维彼此很好的固定在一起。
此外，不像其他技术要很大地局限于厚度和形状，三维编织在设计零件时提供了更大的自由度。
此外，编织的中心预成型件和外围预成型件在纤维大致方向、纤维数量(纤维的单位体积内的密度)、经线和纬线间的分布(或纱线)、和/或纤维彼此交织在一起的方法(收缩)可以不同。通过实施这些不同之处，可以确保中心零件的中心部件呈现与外围部件不同的机械属性。因此，各部分可以适应它们在工作中所承受的主要机械力的类型(压缩、牵引、漂移、扭曲...)，因此提高了零件的整体强度。
本发明零件的另外一个优点在于其简单性，这简化了它的制造通过使用两个预成型件，可以选择便于三维编织的形状。
因此，有利地，外围预成型件是一个厚条，该条可制成扁平状的，它的端部随后联结在一起构成一个环。中心预成型件具有独特的截面，有利地，H形或I形或X形。这些截面形状可使用已知三维编织技术很容易就获得。中心预成型件截面选择是为了在有限的材料(纤维和树脂)体积的情况下在零件的两个端部间压缩时获得良好的机械强度，和良好的扭曲和/或弯曲强度。
在该零件的一个具体实施例中，它包括构成轴承的插入物，该插入物插入在空区间中用于链接其他零件。
这些插入物用于保护所述空区间的壁免于磨损。当本发明的零件通过铰销枢接到其他零件时，这些铰销通常是由金属制成。因此，可选择由金属支撑的铰销以在插入物和铰销间提供金属——金属接触。
本发明还提供了一种制造机械零件的方法，该零件包含至少两个端部，该零件设计用于在其端部与其他零件铰链连接，该方法的特征在于它包含三维编织中心纤维预成型件和至少一个外围预成型件的步骤和把所述外围预成型件以这样的方式包围所述中心预成型件放置，使在零件的端部和预成型件之间留出两个空区间，所述区间用于枢接所述其他零件，并且用基体成形树脂浸透所述干纤维。
有利地，当两个预成型件干燥后安装在一起，这样可首先把一个套件用树脂浸透，第二步在所述预成型件间加强连接(该连接也是用树脂完成的)。例如，可通过植入连接纱线来把两个干纤维预成型件安装在一起，每条连接纱线植入穿过两个预成型件，至少是部分地。
在一个具体实施例中，插入物在用树脂浸透套件前放进所述空区间，因此确保树脂固定后粘在插入物上，因此把它们固定在一起。
在另一个实施例中，插入物可固定到已经制备好的主体部分，如通过铆接、粘合或任何其他适合的方式。
可通过阅读下面的本发明机械零件的详细描述更好了解本发明及其优点。该描述结合附图给出，其中图1所示为起落架的实例；图1A所示为图1的起落架的侧柱的细节；图1B所示为图1的起落架的支柱的细节；图2所示为本发明机械零件的一个实例；图3A所示为一纺织纤维条；图3B是从图3A纤维条获得的外围纤维预成型件，用于制造图2的零件；图4所示为用于制造图2的零件的中心纤维预成型件；图5所示为图3B的外围预成型件和图4的中心预成型件安装在一起，同时图示了两准备好插入所述装置的插入物；
图6所示为本发明机械零件的另一个实例；图7是图6在VII-VII面的横截面立体图；图8A到图8H为一个通过三维编织获得的编织物的实例顺序图(在八个连续的平面上)；具体实施方式
在图2中所示为本发明机械零件10的一个实例。该机械零件10可用作起落装置支撑臂的底杠杆或顶杠杆。
零件10包含复合材料主体12，如图5所示，主体12由图3B和图4中所示的纤维预成型件11和13组成。
中空圆柱形插入物16直径与空区间14的直径相对应，且中空圆柱形插入物16插入到所述空区间中。每个这样的插入物16可在至少一个端部带有一凸缘(图中未示)。插入物16设计用于安装铰销，铰销使零件10铰链连接到其他零件。插入物和铰销由钛合金制成，例如，因为该种合金在力量、耐高温能力和很轻的重量间具有非常好的折衷。此外，钛合金之间的摩擦(金属间或合金间的磨擦)的研究已经很深入，而且可以得到很好的控制。
图3B和图4所示为用于制造零件10的主体12的纤维预成型件11和13。这些预成型件由三维编织碳纤维线制成。为了编织，碳纤维线既用作经纱又用作纬纱。
图8A到图8H图示了经线构成的三维编织的方法实例的连续平面图。图示了对于一定数量的纬线间所采取的路径。在每个平面中，这些路径可以是正弦状的，也可以是图示的更为复杂的形状。此外，一个横截面和另一个横截面的路径通常不一样。所使用的三维编织的类型会影响零件的最终机械性能。因此，有利地，中心部件使用的编织与外围部件所使用的编织不相同，因为这些部件的机械功能不同。
图3B所示的外围预成型件11由在其上具有两个开口15的足够厚的纤维带11′构成。这些开口15是可选择的，它们的存在取决于零件10铰链连接到其他零件的方式，可以只提供一个开口15或者在条11′上不设开口。
实例中所示的每个穿透厚度的开口15形状是长方形的，纵向延伸，端部为圆形。条11的部分在开口15的两侧延伸。有利地，采取步骤避免在开口15的轮廓上形成锐利边缘，因为这种锐利边缘会削弱零件10。
如箭头F所示那样把条打环，使其端部11a结合在一起。为了把端部结合在一起，可使用缝合技术活粘合技术或者任何其他适合的技术。有利地，使用一种在条端部间植入连接纱线的技术。该技术将在下面作详细叙述。
当条弯曲构成环时，它的端部11a被连接在一起，开口15位于环的相反端，彼此相对。
每个开口15构成一个窗口，窗口使得可以访问到位于端部的一个空区间14，这样，铰链连接到本发明零件的零件可以被安装在条部分17间的窗口内。图1B所示的底杠杆2以这种方式相对于顶杠杆3安装。在这种条件下，与图5中所示的相反，插入物16并没有延伸穿过预成型件11的整个宽度，而可以被两个宽度较窄的安装在条部分17的各内侧的插入物来代替。
在支撑杠杆进行的测试表明，杠杆的中心部件和外围部件主要受的是纵向的牵引力和压缩力(例如主要起作用的力沿轴穿过零件的两端)。同时还观察到，最大的牵引力作用在杠杆的外围部件，最大的压缩力作用在杠杆的中心部件。
因为在外围预成型件上起作用的牵引力是径向的(相对于空区间的轴)，预成型件的纤维最好最大地以条11′的长方向为导向，这样可以提高纵向机械强度(在编织过程中，在条的长方向上延伸的是经纱)。
中心纤维预成型件13是一个具有独特的H截面的梁，条11位于H截面的两平行的凸缘9的上端和下端。预成型件13的端部13a与半圆柱环形表面内切，这样在所述端部13a和条11间定义出两个空区间，这两个空区间为圆柱形。有利地，所述空区间的转轴位于包含中心预成型件13的连结板8的平面上(连结板8构成H形的交叉柱)。
预成型件13所承受的最大力量是在两端部13a间起作用的纵向压缩力。独特的H截面和三维编织参数(经纱和纬纱的纤维方向和交叉、分布，纤维含量...)就是针对该力量分布进行的考虑。
一旦制造好预成型件11和13，通过把预成型件13放在预成型件11内来使它们啮合，有利地，它们是通过缝合、粘合或任何其他合适的方法安装在一起的。最好使用植入纱线植入连接纱线，每条连接纱线都被植入以穿过每个预成型件，至少是部分地。
实践中，每条连接纱线通过管状针内一定压力的液体驱动，管状针自己被驱动往复运动，每次往复中，它穿入叠置的预成型件11和13，然后被拉回，把一条连接纱线放置好，另一条连接纱线在针移动后放置好。这样，通过制造许多连接纱线放置其中的穿孔，外围预成型件11被绑定到中心预成型件13。穿孔的深度(如针的穿入深度)可选择，这样每条连接线穿过外围预成型件并至少穿过一部分中心预成型件13。这种方法在文件FR 2 565 262中有详细描述。
此后，插入物放进端部的空区间14内。这些空区间的壁首先是由中心预成型件13的半圆柱形轮廓的端部构成，接下来是由在外围预成型件11的开口15的每一侧上的条部分17构成。
此后，纤维预成型件11和13注入树脂，这样树脂穿透纤维间，纤维嵌入树脂中成为一体。因此，预成型件必须是可被树脂浸透的。纤维预成型件然后构成复合材料纤维加强筋，树脂构成所述材料的结合料。
可以使用几种已知的浸透树脂的方法，包括树脂传递模塑成型(RTM)、真空辅助树脂转移成型法(VARTM)、或者真空辅助树脂注射(VARI)。
使用RTM方法时，包含纤维预成型件11和13的套件和插入物16被放置在一闭合的与要制造的机械零件大致形状相应的模型中，树脂注入到该模型中。树脂随后渗透进由纤维预成型件构成的套件中。当然，采取预防措施以确保树脂不会填充进空区间14中。
有利地，使用环氧树脂，因为它与碳纤维相容以及其良好的机械性能。在成型时，树脂用于把插入物16固定到零件10的主体12。一旦树脂成型且在拆模后，就获得了如图2所示的零件10。如果需要，可以考虑采取机械修整步骤。
图6和图7所示为本发明的另一实例机械零件110，适用于起落装置支撑柱的杠杆。零件110中与图2到图5中所示元件具有相同功能的元件采用同一个数字标识符加100。
零件110由复合材料长形体112制成，在其两端部110a具有两个空区间114，用于把零件110铰链连接到其他零件(未作图示)。插入物116放置于所述空区间114中并定义出适于容纳铰销的圆柱空区间120，这样插入物116构成铰销的轴承。
主体112包含以中心纤维预成型件113和两个三维编织织物外围纤维预成型件111，外围预成型件包围中心预成型件113，使得零件端部110a的两个空区间位于预成型件111和113之间。
外围纤维预成型件111是等长的织物条，它的两端结合在一起。与上面所述的预成型件11相比，预成型件111没有开口115且更窄。
中心纤维预成型件113是一个具有独特的H形截面的梁，每个条111位于H形的相应凸缘的上端部109a和下端部109b。上端部109a和下端部109b不与凸缘109对齐，且向外弯折。端部109a和端部109b与凸缘109垂直，这样它们就与预成型件113的连结板(或隔板)108平行。端部109a和端部109b在由相应的凸缘109定义的平面一侧，而连结板108位于相反侧。
有利地，条111宽度与端部109a和端部109b的宽度相同，条111通过任何合适的方法固定到所述端部，最好是借助植入连接纱线，如上所述的那样。
中心预成型件113的端部是平坦的，这样与条111一起定义出的空区间114分别具有如图6所示的轮廓线匹配的直线的形状互补，这样，它们与中心预成型件113的端部接触之处它们呈现为平面，在它们部分地被条111覆盖之处它们呈现为曲面。
该实施例用于简化形状，因此简化了中心预成型件113的端部的制造(编织)。通常由金属合金制成的插入物116更易于制成这样的形状，例如，通过铸造。此外，纤维的数量和用于制造零件110的树脂都提高了。
权利要求1.一种机械零件(10)，该机械零件包含至少两个端部(10a)，该零件设计用于与其他零件在其端部铰链连接，该机械零件的特征在于该零件至少部分由复合材料制成三维编织织物中心纤维预成型件(13)和外围纤维预成型件(11)，，三维编织织物中心纤维预成型件(13)在工作中更适合承受施加在其上的压缩力，三维编织织物外围纤维预成型件(11)用于承受零件在工作中的需承受的牵引力，所述外围预成型件以这样的方式包围所述中心预成型件，在零件的端部和两个预成型件之间留出两个空区间，该空区间用于铰链连接所述其他零件。
2.如权利要求1所述的机械零件，其特征在于所述至少一个外围纤维预成型件(11)是一两端部(11a)连接在一起的条。
3.如权利要求1或2所述的机械零件，其特征在于所述中心纤维预成型件(13)呈现出独特的H、I或者X形截面。
4.如权利要求1到3中任何一项所述的机械零件，其特征在于它进一步包含构成轴承的插入物(16)，该插入物插在所述空区间(14)中。
5.如权利要求1到4中任何一项所述的机械零件，其特征在于所述中心预成型件(11)和所述外围预成型件(13)通过植入纱线连接在一起，每条纱线穿过每个预成型件，至少是部分穿过。
6.如权利要求1到5中任何一项所述的机械零件，其特征在于所述中心预成型件(11)和所述外围预成型件(13)用有机基体结合在一起，最好是环氧树脂。
7.如前面任何一项权利要求所述的机械零件，其特征在于所述零件(10)是起落装置支撑臂(1)的杠杆(2)。
8.一包括支撑臂(1)的起落架，其特征在于所述支撑臂(1)的至少一个杠杆(2)是依照前面任何一项权利要求的机械零件机械零件。
9.一种制造机械零件(10)的方法，该零件包含至少两个端部(10a)，该零件设计用于在其端部与其他零件铰链连接，该方法的特征在于它包含三维编织中心纤维预成型件和至少一个外围预成型件的步骤和把所述外围预成型件(11)以这样的方式包围所述中心预成型件(13)放置，使在零件的端部和预成型件之间留出两个空区间，所述区间用于枢接所述其他零件，并且用基体成形树脂浸透所述干纤维。
10.如权利要求9所述的制造机械零件的方法，其特征在于所述中心预成型件(11)和外围预成型件(13)在它们干燥时安装在一起。
11.如权利要求10所述的制造机械零件的方法，其特征在于所述中心预成型件和外围预成型件通过植入连接纱线安装在一起，每条连接纱线这样植入，每条连接纱线穿过每个预成型件，至少是部分穿过。
12.如权利要求9到11任何一项中所述的制造机械零件的方法，其特征在于在浸透步骤之前，插入物(16)放进所述的空区间(14)中。
13.如权利要求9到12任何一项中所述的制造机械零件的方法，其特征在于所述中心预成型件和外围预成型件放进依照所述机械零件大致形状的模型中，所述树脂注入到所述模型中。
全文摘要本发明提供一种机械零件，该零件用于在其端部(10a)铰链联接到其他零件，该零件至少部分由复合材料制成三维编织织物中心纤维预成型件(13)和外围纤维预成型件(11)，这些预成型件在干燥的时候安装在一起，然后用树脂浸透，外围预成型件这样包围中心预成型件在零件的端部(10a)和两个预成型件之间留出两个空区间(14)，该空区间用于铰链联接所述其他零件。金属插入物(16)插入在所述空区间(14)中。该机械零件可用于起落装置支撑臂的杠杆。
发明者多米尼克·柯珀, 布鲁诺·戴姆布里恩, 法比恩·莱柯里, 阿兰·迈德克, 让-诺尔·马伊 申请人:斯奈克玛
技术研发人员：多米尼克.柯珀;布鲁诺.戴姆布里恩;法比恩.莱柯里;阿兰.迈德克;让-诺尔.马伊
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