1. Основні фізичні характеристики матеріалів
2. Матеріали, що застосовуються для виготовлення велосипедних рам
3. сталеві рами
4. Сталеві хромомолібденовиє рами
5. алюмінієві рами
6. титанові рами
7. Композитні (карбонові рами)
8. Рами із сплавів металів з низькою питомою вагою
9. Геометрія рам і труб

Андрій Григор'єв

Основні вимоги, що пред'являються до велосипедної рами, полягають в її високій міцності при мінімально можливій вазі, а, з огляду на вартість рами середнього велосипеда (близько третини його повної вартості), вона не повинна бути дуже дорогою. Виробники тими чи іншими методами досягають баланс між цими трьома показниками для кожного сегмента ринку. Це здійснюється підбором матеріалу рами і ступенем його обробки.

Виробники велосипедів зазвичай обмежуються лише виготовленням рам і складанням на їх основі велосипедів з використанням того чи іншого навісного обладнання сторонніх виробників. Більш того, навіть труби, використовувані при виробництві велосипедних рам всіма відомими велостроїтельнимі компаніями, виробляються лише на кількох заводах. Це, звичайно, стосується труб з найбільш поширених матеріалів, таких як стали і алюмінієві сплави. Найбільшу популярність на даний момент отримали труби виробництва Columbus, Easton, Reinolds, Tange і ще декількох компаній.

Основні фізичні характеристики матеріалів

Основні фізичні характеристики матеріалів: міцність, жорсткість і питома вага. Чим же відрізняється жорсткість від міцності? Жорсткість - здатність не змінювати форму під навантаженням. Жорсткість рами є її експлуатаційної характеристикою. А міцність - здатність не руйнуватися під навантаженням, наприклад, при аваріях, при нормальній експлуатації значення не має.

Цікавим є той факт, що такі характеристики матеріалів як модуль пружності (жорсткість) і питома вага майже не залежать від наявності в основному металі сплаву легуючих добавок. А ось міцність заісіт дуже істотно.

Матеріали, що застосовуються для виготовлення велосипедних рам

Конструктивні особливості велосипедних рам, звичайно ж, визначаються типом велосипеда, який буде зібраний на даній рамі. А геометрія рам і труб грають істотну роль в тому, як даний велосипед поводитиметься. Але не менш важливий вплив на характеристики надає і матеріал, з якого виготовлені рами, хоча варто пам'ятати, що рами з одного матеріалу можуть сильно відрізнятися за своїми параметрами. Адже, наприклад, рама легені кросс-кантрійного велосипеда має мало спільного з низькою зміцненої рамою дёртового велосипеда.

В даний час у виробництві рам використовуються наступні матеріали:

• стали;
• алюмінієві сплави;
• титанові сплави;
• вуглепластик;
• рідкісні (магнієві, алюмінієво-скандієві і беріллевие) сплави.

сталеві рами

На даний момент, це рами з низьковуглецевих сталей, що важать по 4-5 кг для 19 '' рами. На рамах з цих матеріалів зазвичай збираються дешеві велосипеди: дорожні (міські), всілякі безіменні гірські і, іноді, найдешевші моделі шосейних і гірських велосипедів маловідомих фірм.

Іноді, рами робляться з різних матеріалів. Наприклад, основний трикутник складається з труб з хромомолібденової стали, а задній трикутник з дешевших сталей. Методи виробництва труб найрізноманітніші: спіральна намотування, шовний і безшовний прокат. Труби скріплюються між собою з використанням вузлів, цільних елементів, в які вставляються труби, або без них за допомогою зварювання.

З плюсів можна відзначити хіба що дуже низьку вартість подібних рам. Зате мінуси дуже істотні. Не дивлячись на дуже високу вагу, міцність сталевих рам початкового рівня зазвичай залишає бажати кращого. Чималу роль в цьому випадку грає якість термообробки рами. Рами з малолегованої стали сильно схильні до корозії.

Сталеві хромомолібденовиє рами

Високолеговані хромомолібденові стали набагато краще підходять для виготовлення велосипедних рам, чим нізколегированниє. На початку 90-х це був основний матеріал, який використовується в недорогих і середніх моделях велосипедів відомих виробників. Залежно від геометрії труб, про що буде написано нижче, хромомолібденові стали застосовувалися і в рамах велосипедів високого рівня. Але зараз їх використання практично припинено через відносно високу ціну, не дивлячись на безліч переваг. При виробництві рам використовувалася безузловая зварювання труб.

Вага хромомолібденових рам істотно нижче, ніж у звичайних сталевих. Міцність хромомолібденових рам знаходиться на хорошому рівні. Схильність до корозії помітно менше. Істотна пластичність хромомолібденової стали і низька схильність до накопичення втоми ведуть до того, що такі рами можуть служити десятиліттями. До істотних плюсів взагалі всіх сталевих рам можна віднести хороше гасіння вібрацій при їзді.

Основний недолік - не найнижчий вага середньої рами, а значить і невисока пріємістость. Рами високого рівня можуть мати досить низьку вагу, але занадто дорогі в порівнянні з алюмінієвими рамами такої ж ваги, тому зараз вони практично зникли з виробничих лінійок.

алюмінієві рами

Алюмінієві рами зараз застосовуються на більшості велосипедів від початкового рівня, до серйозних моделей відомих виробників. Точніше, труби рам виробляються з алюмінієвих сплавів, з цинком або з магнієм і кремнієм, т. К. Алюміній в чистому вигляді досить м'який матеріал.

В порівнянні з хромомолібденовимі рамами алюмінієві важать менше - 1,4-2,0 кг для 19 '' рами гірського велосипеда. Практично не піддаються корозії. Зараз у виготовленні рам в основному застосовуються сплави Al 7005 і Al 6061 різного ступеня обробки, про що говорить додаткове позначення, наприклад Al 7005 T6. До питання про відмінності між сплавами 7005 і 6061 .

За рахунок застосування труб великого діаметру при більшій товщині стінок, але, з огляду на значно меншу щільність алюмінію, досягається необхідна міцність при невеликій вазі, що є їх головною перевагою. Але рами виходять дуже жорсткими, тому що доводиться давати більший запас міцності пов'язаний з більшою схильністю алюмінію до виникнення втомних руйнувань. Через високу жорсткості, вібрації сильно передаються рамою від коліс до сідла і керма. Все це веде до того, що алюмінієві рами менш кращі для тривалої їзди.

До недоліків можна віднести властивість алюмінію накопичувати втому. Вважається, що при активній експлуатації, алюмінієві рами «живуть» не більше 10 років. І на відміну від сталі, крихкість алюмінію веде до того, що при сильному ударі рама може не погнутися, а відразу зламатися.

титанові рами

На відміну від сталевих і алюмінієвих рам, титанові коштують недешево через дорожнечу титанових сплавів, а головне, дорогої обробки. Тому на таких рамах збираються велосипеди високого рівня, як шосейні, так і гірські. Вага титанових рам знаходиться на рівні кращих алюмінієвих рам: 1,3-1,6 кг для 19 '' рами. Існує два основних «велосипедних» сплаву, що відрізняються процентним вмістом алюмінію і ванадію: 3Al / 2.5V і 6Al / 4V. Останній дещо легше і міцніше, але і дорожче.

До плюсів можна віднести практично повна відсутність корозії, високу міцність, відносну м'якість при їзді. З іншого боку, титанові рами дуже погано піддаються механічній обробці, практично не варяться.

Як показав час, титанові рами так і не стали масовими: у верхньому сегменті вже майже безроздільно панує карбон, а в середній їм не опуститися через високу вартість. В основному виробляються штучно вітчизняними виробниками або дрібними партіями іноземними компаніями.

Композитні (карбонові рами)

Карбонові рами коштували так дорого, що до недавнього часу використовувалися лише там, де необхідно досягти дуже низького ваги за всяку ціну: на дорогих моделях шосейних і гірських велосипедів. Але поступово опускаються з сегмент помірно дорогих велосипедів, з'являючись вже і серед гібридів.

Рами є просоченими смолами і спечені при високій температурі переплетені скло і вуглецеві волокна з вклеєними посадочними місцями під інші вузли велосипеда. Потрібні характеристики надаються за рахунок спрямованого плетіння.

Міцність і жорсткість карбонових рам велика, вага низька, але композитні рами погано переносять удари і наявність концентраторів напруги у вигляді неточностей виготовлення, подряпин, відколів. Рами з карбону руйнуються різко і абсолютно неремонотопрігодни. Середній термін служби карбонових рам становить лише кілька років.

Рами із сплавів металів з низькою питомою вагою

Всі перераховані нижче матеріали використовуються не часто. Головною причиною їх вибору для рам велосипедів служить їх виключно низька питома вага. Наскільки мені відомо, після деякого періоду промислового випуску рам з перерахованих нижче матеріалів, випуск або припинявся повністю, або триває штучно.

Так звані скандієві рами насправді виготовляються із сплавів скандію і алюмінію. Магнієві рами на даний момент випускаються, наскільки я знаю, тільки російською компанією Litech. Випускалися і рами з берилієвих сплавів, але, судячи по повній відсутності інформації, вони вже канули в Лету.

Геометрія рам і труб

Як було написано вище, не тільки вибір матеріалу визначає основні характеристики рами: міцність, жорсткість, вага, вібронагруженность. Крім матеріалу свій вплив роблять геометрія рами в цілому і труб зокрема. Існує кілька можливостей оптимізувати велосипедну раму для конкретного застосування.

Чим більше діаметр труби використовується, тим вище стає її жорсткість на вигин, навіть при пропорційному зниженні товщини стінок труби. Точніше, зазвичай товщину стінок знижують кілька сильніше для зниження ваги рами при відносно незмінною жорсткості. Тому всі сучасні велосипеди мають труби більшого діаметру, в порівнянні з велосипедами 70-80-х. З іншого боку, зробити стінки труб дуже тонкими неприпустимо через можливість зім'яло труби при ударі. Для кожного матеріалу, з якого виготовляються рами, є деяке порогове значення.

З розрахунків на міцність велосипедних рам слід, що від розподіленої по рамі навантаження в ній виникає досить нерівномірна напруга. Особливо сильно це помітно при навантаженнях, що вигинають в поперечній площині: максимальна напруга в трубі з'являються на її кінцях, а в центральній частині вони помітно менше. Для зняття зайвого матеріалу в зоні з невеликими навантаженнями і додавання його там, де навантаження максимальні, застосовуються так звані баттірованниє труби (butted tubing), труби із змінною по довжині товщиною стінки.

Крім того, потовщення труб по кінцях позитивно позначається на міцності зварних з'єднань. При істотному підвищенні температури під час зварювання, міцність матеріалу знижується. Зниження ваги рами за рахунок застосування баттінга може бути дуже велике, але виробництво баттірованних труб істотно дорожче, ніж звичайних, з постійною товщиною стінки. Тому багато виробників рам для велосипедів середнього цінового діапазону замість баттірованних труб використовують труби з профільованим перетином, що дає менший ефект, але значно дешевше. І якщо кілька років тому використовувалися труби овального перетину, то зараз за допомогою гидроформовки (hydroforming) трубах можна надати майже будь-яку форму. На жаль, виробники зловживають останньою можливістю, ударившись в чисто дизайнерські вишукування з формою труб.

Ситуація така, що сучасні рами мають високу жорсткість у вертикальній поздовжній площині і низьку в поперечної. З одного боку, велика жорсткість є плюсом, менше енергії втрачається на вигин рами, але, з іншого боку, зайва жорсткість сильно стомлює велосипедиста. Для деякого зниження вертикальної жорсткості виробники йдуть на такі рішення, як створення рам, у яких верхня і нижня труби рами зближують і розходяться від рульової колонки під меншим кутом. Пір'я заднього трикутника робиться S-образними для забезпечення деякої амортизації при їзді.

Останнє оновлення 10 червня 2009.

Сподобався матеріал? Поділитися: