Велосипед с алюминиевой рамой недостатки. Недостатки стальной рамы. Какие бывают рамы — краткое описание материалов
Велорамы являются основой велосипеда – на них крепятся остальные составные части байка, они поддерживают тело водителя, получают на себя 70% всех нагрузок. Чаще всего владелец транспортного устройства подбирает раму по ее весу – чем легче рама для велосипеда, тем проще управлять байком, выше скорость перемещения. Вес изделия зависит от типа материала, который используется для создания детали. Существует несколько вариантов материалов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы.
Многие инженеры-велосипедисты, которые предвидели составные рамы, не пользовались надлежащими обстоятельствами для создания широко продаваемого продукта. С большим количеством людей, которые убеждаются, что композиты могут выжать еще большую производительность на велосипеде, эти конструкции, наконец, признаны лучшим выбором.
Брендовые алюминиевые сплавы
Велосипедная рама представляет собой значительно сложную структуру с характеристиками производительности, которые включают в себя: легкость, жесткость, долговечность и амортизацию. Алюминиевые и титановые рамы стали популярными, потому что они бросают вызов стальным рамам, по крайней мере, в двух областях: легкость и коррозионная стойкость. Но, на высшем уровне отрасли, композиты, скорее всего, затмеют рамки из любых металлов во всех областях производительности.
Какие бывают рамы — краткое описание материалов
Сейчас производители используют следующие типы оснований для рам:
- углепластик – единственный «не металл», который применяется для создания рамы велосипедов, из-за специфических свойств, самый спорный из всех;
- алюминий – алюминиевые велосипедные рамы считаются самыми распространенными из вариантов, несмотря на низкий показатель жесткости;
- сталь – стальная рама для велобайка состоит из сплавов разных металлов (магний, титан, сама сталь).
Непрофессионалы велосипедного спорта считают, что основным (фактически, единственным) показателем качества рамы является ее жесткость. «Чем выше жесткость, тем круче рама», — говорят они, однако данное утверждение неправдиво. Если следовать данной теории, то алюминий, который проигрывает в показателях жесткости (если у стали жесткость равняется 30, то у алюминия – 10), является некачественной основной, однако почему профессионалы часто заказывают именно подобные изделия? Алюминиевый тип основания содержит в себе трубки, выполненные с учетом технологии «баттинга», поэтому жесткость у рамы более чем хорошая. Однако нельзя считать данный материал для рамы велосипеда лучшим. Стоит рассмотреть все варианты подробнее.
Металлургический состав металлической трубки не может изменяться по длине трубки. Напротив, композиты могут быть бесконечно разнообразными по длине трубки. Некоторые из вариантов включают в себя: различные углы волокна, различные слои, разную толщину слоя и различные комбинации материалов. Таким образом, свойства конечного продукта, изготовленного из композитов, могут быть адаптированы к точным спецификациям. Также проще настроить композитную трубку с разной степенью жесткости, чем для настройки металлической трубки.
Кроме того, стоимость оснастки для производства металлических труб на несколько порядков выше, чем у производства композитных труб. Композитные трубки обычно формируются вокруг оправки либо «обмоткой нити», «обмоткой рулона», либо «оплеткой». Другой метод, называемый «пултрузия», тянет волокна через нагретую матрицу, которая расплавляет термопластичную матрицу. Каждый производитель имеет свое собственное специальное количество слоев и ориентации волокон для создания желаемого сочетания прочности, веса и жесткости.
Углепластик
Самый спорный тип материала, который часто недооценивают. Причина такого отношения кроется в происхождении основы – углепластик не является металлом или сплавом, это волокна углерода, скрепленные смоляными выделениями. Углеродная рама может быть цельной или комбинированной.
Это красота углеродного волокна: с металлами выбор гораздо более ограничен, но с углеродным волокном они почти безграничны. Пошив велосипедной рамы не является новым; это делается с помощью стальных рамок в течение многих лет через процесс окунания, где трубы утолщаются в суставах, чтобы выдерживать напряжение и разбавляться в их длинных центрах, чтобы уменьшить вес. Что, если размер и форма каждой трубки точно соответствуют прогнозируемым нагрузкам на педалирование и дорожный удар? Что, если материал может быть распределен именно там, где это необходимо.
- Цельный вариант создан исключительно из углепластика, такая рама отличается высокой прочностью и легкостью. Но если устройство создавали непрофессионалы, которые могут не соблюсти правила изготовления, цельная рама может лопнуть. Профессиональные рамы же очень дорогие, куда дороже остальных вариантов.
- Комбинированная рама сочетает в себе углепластик и опорные элементы из металла. Соответственно, металл в раме дает ей как все свои преимущества, так и недостатки.
Чтобы добиться прочности изделия, создатели монококовых рам стараются комбинировать слои углеволокна, чтобы они переплетались друг с другом, тем самым укрепляя каркас. При этом в раме не будет «мест напайки», как это случается с металлическими изделиями, углепластик будет иметь высокую жесткость только за счет соблюдения направления слоев.
Что, если жесткость каждой трубки через некоторый сложный процесс формования или измельчения варьировалась от одной плоскости изгиба в другую или от одного конца до другого? Рама может быть построена так, чтобы быть жесткой к боковым нагрузкам на педалирование, но точно отрегулирована в вертикальной плоскости для соответствия дорожному удару. Формирование и фрезерование металлической рамы таким образом было бы почти невозможно. Но композиты можно относительно легко формовать в конструктивные элементы со сложными поперечными сечениями.
Важно: данный материал велосипедных рам очень легкий, поэтому углепластиковые рамы всегда устанавливаются в спортивные байки. За счет легкости изделия, любые прыжки и трюки на велосипедах будут даваться легче, чем владельцам металлических байков.
Также в углепластиковых рамах важно, сколько материала ушло на создание основания, чем больше – тем прочнее будет изделие. Однако цена углеволокна высока, поэтому многие «кустарные» предприятия экономят на материале, из-за чего велосипеды с такой рамой ломаются и крошатся во время прыжков. Нужно очень внимательно выбирать поставщика, смотреть сопроводительные документы при покупке.
На рисунке 1 показана удельная жесткость четырех основных материалов, используемых при изготовлении рамок велосипеда. Удельная жесткость определяется как модуль упругости при растяжении, деленная на плотность или просто, отношение жесткости к весу. Можно спросить: Если углеродное волокно имеет такую высокую жесткость к весу.
Отношение, почему рамки из углеродного волокна не светлее, чем они есть? Ответ заключается в том, что углеродное волокно имеет огромное преимущество в растяжении, но на практике трудно направить все напряжения, наложенные на структуру. Дизайнер должен учитывать это и прилагать все усилия, чтобы загрузить волокно в натяжение.
Преимущества материала:
- возможность создать раму необычной формы и вида;
- крепкая рама, как в определенных местах, так и по всем направлениям;
- долговечность;
- высокая жесткость и прочность;
- очень небольшой вес велосипеда.
Недостатки материала:
Композиты можно легко формовать в конструктивные элементы со сложными поперечными сечениями. Они также обладают очень впечатляющими механическими свойствами. Титан составляет примерно две трети веса стали, наполовину жесткой и примерно на 60 процентов прочнее стали. Компонент из углеродного волокна, который больше всего используется производителями велосипедов, составляет менее одной четверти веса стали, но он примерно такой же жесткий, и он примерно в четыре раза прочнее в растяжении. Углеродное волокно также имеет лучшую усталость, чем сталь, титан или алюминий, а смолы, обычно используемые для соединения волокон, обеспечивают чрезвычайно хорошее демпфирование вибрации.
- невозможность ремонта;
- при использовании некачественной рамы – высокая вероятность поломки или деформации от удара;
- высокая стоимость.
Магний
Недостаточно изученный (в качестве основы для рамы) материал, который используется энтузиастами. Магний часто применяется в качестве основания для отдельных частей байка, к примеру, им покрывают амортизационные вилки для уменьшения их веса. Но нельзя не перечислить материал в списке «какие бывают рамы», так как некоторые профессионалы из США во время выступлений выставляли напоказ цельные магниевые рамы велосипедов.
Вибрация и ударное демпфирование - два важных фактора, влияющих на велосипедиста. Однако они являются двумя из наименее понятных предметов в материаловедении. Существует так много переменных, включая то, как атомы в материале поглощают и рассеивают колебательную энергию, как строится структура, какой тип краски и покрытия применяются, - что трудно предсказать, как структура будет реагировать на колебательный вход. Затухание вибрации композита намного превосходит любой металл, поэтому он является предпочтительным материалом для гоночных автомобильных пружин и высокопроизводительных самолетов.
В целом, данный материал нельзя назвать практичным или оправданным в применении. Это легкая рама для байка, однако она слишком дорогая. Магний легко гнется и деформируется, поэтому при падении велосипеда есть вероятность полной поломки основы или ее накола. Если за данной рамой плохо ухаживать, то коррозия быстро уничтожит основание велосипеда.
Гладкое качество езды - одна из первых вещей, которые люди замечают о каркасах из углеродного волокна. Сложные программы анализа конечных элементов и теория слоистых пластин помогают определить свойства составной структуры. Врожденная разница между композитами и металлами заключается в том, что композитные продукты строятся слоями или слоями направленного материала. При анализе усовершенствованной составной конструкции следует учитывать межфазную адгезию и потенциал отслаивания при сдвиговых или сжимающих нагрузках.
Эта информация необходима при решении переменных требований велосипеда. Композиты отличаются от металлов тем, что они не переносят нагрузки одинаково во всех направлениях, но имеют наибольшую нагрузку при растяжении. Композит похож на пучок струн, пропитанных слоем клея или смолы. Пакет может иметь больший вес и гибкость, если его тянуть от конца до конца или сгибать, как доску для ныряния, чем при сжатии или нагрузке поперек. Меняющаяся сторона исполнения пучка возникает, потому что реальная сила пучка происходит от струны, а не от смолы.
Интересно: производители данных рам заявляют, их лучшие велосипедные рамы из магния чрезвычайно прочные, поэтому никаких поломок с изделием быть просто не может. Профессиональные спортсмены опровергают эти заявления, демонстрируя факты – переломанную раму из магния после единственного проведенного соревнования.
Преимущества материала:
Усталостная прочность велосипедной рамы
Первичная функция смолы заключается в фиксации волокон на месте, передаче нагрузок между волокнами, защите волокон от воздействия окружающей среды и придания прочности конструкции. Направленная природа несущих способность волокон изменяет правила конструктивного проектирования.
Замечательные свойства композитов нашли свой путь в велосипедной промышленности. Но эти усилия были в основном ограниченными попытками сэкономить вес и часто не хватало тщательной разработки и приверженности со стороны производителей. Прочное впечатление от большинства продуктов из углеродного волокна было то, что они были изворотливыми, гибкими, хрупкими и очень дорогими.
- высокая динамика езды байка с такой рамой;
- самый низкий вес среди аналогов.
Недостатки материала:
- недолговечность – рама будет в порядке не более трех лет, затем начнет трескаться;
- высокая стоимость;
- слабая надежность – рама может лопнуть от падения или удара;
- слабая устойчивость к коррозии рамы для велосипедов.
Титан
Профессионалы называют титановые изделия «лучшие рамы для байков, которые могут себе позволить только богатые велосипедисты». Так как стоимость рамы высокая, их позволяют себе спортсмены, а не любители. Титан прочный, долговечный, легкий, но дорогой.
За последние пятнадцать лет на рынок вышло еще несколько инновационных наборов из углеродных волокон. Они успешно бросили вызов металлическим каркасам в двух направлениях: вес и комфорт. Но даже некоторые ранние версии нескольких брендов также имели плохую репутацию надежности. Общими были множественные гарантийные возвраты для исправления трещин, свободных выпадений и других несвязанных металлических деталей.
По этим причинам многие из крупных игроков отрасли продолжали рассматривать углеродное волокно как новинку. Некоторые производители просто довольствовались старым стандартом: велосипеды из металла. Другие либо не мотивированы, либо могут потратить время, энергию и деньги, чтобы изучить технологию композитов и разработать технологии изготовления композитов. Несколько компаний потрудились в композитах путем склеивания углеродных труб в алюминиевые и титановые рамы. Несмотря на небольшое улучшение гашения вибрации на этих рамах, они по-прежнему не используют преимущества полной углеродистой рамы.
Преимущества материала:
- малый вес;
- высокая устойчивость к повреждениям – лучшая основа для горного велосипеда;
- сопротивляемость к царапинам – долго будет сохранять красивый внешний вид;
- высокая устойчивость к коррозии;
- долговечность – ремонт ей просто не понадобится десятилетиями.
Недостатки материала:
Несмотря на это, композиторы добились многих успехов с середины 80-х годов. Смолы, волокна и эпоксидные смолы сегодня намного сильнее. Что более важно, понимание того, как использовать эти материалы, значительно увеличилось, отчасти благодаря разработке сложных программ анализа. Композиты - это не только высокотехнологичные весовые добавки; они являются превосходными конструкционными материалами, которые революционизируют то, как мы строим велосипеды. Хорошо продуманный составной набор рамок лучше, чем металлический.
Сделав некоторые предварительные шаги, он стал жизнеспособным материалом в индустрии велосипедного спорта. Несколько производителей предприняли необходимые шаги и имеют относительно прочное понимание возможностей, потенциалов и ограничений композитов.
- высокая стоимость.
Сталь
Стальная или алюминиевая рама считается наиболее доступными и распространенными вариантами, однако стальные более дешевые. Изготовлять подобные изделия просто, цена их низкая, поэтому стальная рама для байка используется новичками в 90% случаев. Со временем они меняют это вариант на более практичный и профессиональный, так как данная рама для велосипедов имеет существенные недостатки. У нее большой вес, коррозия сталь съедает почти сразу, если за рамой не ведется уход, к тому же подобные изделия имеют ограничения – ездить на данных велосипедах могут только легкие велосипедисты.
Высокомодульное волокно представляет собой просто более совершенное углеродное волокно. Термин «модуль» относится к «Модулю Юнга», измерению жесткости. Чем выше число, тем жестче волокно. Процесс изготовления волокон с более высоким модулем включает снятие внешних слоев отдельных волокон, оставляя более сильное ядро. Несколько компаний используют ограниченное количество волокна с высоким модулем. Это дорого и используется экономно. Самая современная рамка для велосипеда на данный момент выполнена с высоким модулем углерода, смешанным с борным волокном.
Разработчики попытались обойти недостатки изделия, применяя особенную закалку стали — Cro-Mo. В результате получилась хромомолибденовая рама, которая лишилась некоторых недостатков, но утратила главное достоинство – низкую цену. Также стоимость повышает баттинг – технология «апгрейда» рамы, в результате которой в определенных местах рама утончается, а ее общий вес снижается.
Боровое волокно интересно из-за его невероятно высокой жесткости при сжатии. В сочетании с высокой прочностью на растяжение углерода достигается синергетический результат, когда общая жесткость трубы больше, чем та, которая предсказывается свойствами отдельных волокон. Сверхпрочное борное волокно также защищает более хрупкое углеродное волокно с высоким модулем. Эти продвинутые свойства нашли преимущество в шасси истребителей, а также современный велосипедный каркас.
Алюминиевая велосипедная рама
С Лэнсом Армстронгом, выигравшим Тур де Франс 7 раз подряд на углеродном каркасе, мир велосипеда наконец принял углеродное волокно в качестве материала выбора. Но немногие компании фактически создают свои собственные рамки. Традиционно в Азии были созданы более дешевые металлические рамы, а компании просто маркировали их отличительными знаками марки. Из-за трудоемкости изготовления каркасов из углеродного волокна большинство из них производится и в Азии. Некоторые компании просто покупают углеродные трубки и наконечники у азиатских поставщиков и связывают их вместе на домашнем предприятии и маркируют их как «изготовленные в Италии».
Преимущества материала:
- низкая стоимость (с Cro-Mo она выше, но все же низкая);
- удобство ремонта;
- гибкость.
Недостатки материала:
- ограничения по весу ездока;
- уязвимость к коррозии;
- высокий показатель веса.
Алюминий
Легкая рама для байка, алюминиевое изделие, на самом деле, изготавливается из сплавов. Чаще всего в ход идут кремний, магний, цинк, скандий, сталь. Чем выше качество рамы – тем больше ее порядковый номер в маркировке (6065, 7000). Если выбирать алюминий или сталь, то лучше остановится на первом варианте – материал легкий, прочный, достаточно дешевый. Разумеется, все зависит от того, какой велосипед будет носить эту раму – горный байк с алюминиевой рамой прослужит человеку недолго, так как сплав накапливает усталость, поэтому со временем основа сломается.
Несмотря на это, любители алюминиевой рамы повсюду – данный материал очень часто используется при создании байков любой фирмы, постепенно вытесняя сталь.
Преимущества материала:
- нет ограничений по весу ездока;
- устойчивость к проявлению коррозии;
- низкий вес.
Недостатки материала:
- низкая прочность с годами из-за накапливания повреждений;
- плохой накат;
- выделение вибрации при езде.
Какие бывают рамы для новичков?
Чаще всего новенькие велосипедисты выбирают либо алюминиевую раму, либо стальную. Они дешевые, доступные, их можно ремонтировать. На вопрос, что лучше из вариантов, ответить нельзя, так как каждый тип имеет свои плюсы и минусы.
Выбирая раму туристического велосипеда, необходимо понимать, что рама отлично подходящая на определённый тур не обязательно подойдёт другому велосипедисту на его тур. Возможности разных рам сильно отличаются. На что обратить внимание при выборе велосипедной рамы?
Материал рамы.
Современные рамы для велосипедов производятся из высокоэластичных хромо-молибденовой стали, алюминия, титана или из карбонового композитного материала. В недалёком прошлом практически все туристические велосипеды собирались с использованием высокоэластичной хромо-молибденовой стали. Даже сегодня мелкие и средние производители создают свои дорогие из различных сплавов высокоэластичной хромо-молибденовой стали. Сейчас практически все производители выпускают очень лёгкие, прочные и недорогие алюминиевые велосипедные рамы. В туристических велосипедах на смену такому старому материалу как сталь пришли алюминий или титан.
Стальные рамы.
Все распространённые стальные сплавы имеют приблизительно одинаковые жесткость и вес. При производстве велосипедных труб для усиления их прочности добавляют хром и молибден. Эта добавка позволяет произволить трубы, утончённые посередине и утолщённые по концам, что делает раму легче. У стальных рам обычно трубы тоньше по сравнению с алюминиевыми.
Использование более тонких труб делает раму эластичней за алюминиевую. Эта гибкость увеличивает комфорт при езде и отпадает необходимость в карбоновой вилке, в подседельном штыре или карбоновой раме. И чем гибче рама — тем дольше она прослужит.
Рамы из стальных сплавов прочные, жесткие, комфортные, лёгкие, недорогие и ремонтопригодные. Рама из высококачественного стального сплава — хороший выбор для туристического велосипеда.
Велосипеды с алюминиевой рамой.
На настоящий момент алюминий самый распространённых материал для качественных массовых велосипедов. Алюминиевая рама лёгкая, отзывчивая, коррозиоустойчивая и недорогая. По сравнению со стальной рамой у неё лучше жесткость и вес.
Алюминий менее плотный за сталь. Получается жесткая, но лёгкая рама. При той же толщине стенки у алюминевой рамы диаметр больше. По сравнению со сталью увеличенние размера трубы приводит к облегчению рамы, но вместе с тем и к ужесточению. На самом деле ощутить эту жесткость смогут только немногие велотуристы. Для некоторого ослабления жесткости можно установить карбоновые вилки и подседельные штыри.
Титановые рамы.
Исходя из своей прочности и лёгкости титан прекрасный строительный материал для рам. Но из-за стоимости самого титана и стоимости создания рамы он очень дорогой. Прочность титановой рамы сравнима со стальной, но у титановой трубы диаметр больше, чем у стальной трубы с такой же жесткостью. В сравнении со сплавами стали у титана два главных преимущества: лёгкость и сопротивление коррозии. Непомерная цена ограничивает его доступность в туристических велосипедах.
Геометрия велосипедной рамы.
Геометрия рамы классического туристического велосипеда рассчитана на длительную езду по шоссе. Но туристическая рама отличается от других рам (например, шоссейных, спортивных, и гибридных) некоторыми особенностями, которые позволяют комфортно и устойчиво ехать с тяжёлым багажом. Управление должно быть менее чувствительным, центр тяжести находится ниже, а положение тела быть более вертикальным. Факторы, определяюющие эти преимущества показаны на рисунке ниже.
- Приведённые здесь размеры основаны на размере рамы 54 см (подседельной трубы) и могут значительно различаться в зависимости от геометрии рамы.
- Сильнее отведенная назад головная труба «A» с углом около 71°, приближает ближе к велосипедисту для более вертикального положения (при использовании выноса правильного размера).
- Более длинные нижние перья заднего треугольника «D» обеспечивают больший просвет между и пятками. Что также смещает велобаул дальше от каретки, чтобы вес лучше распределялся между обоими колёсами. Длина нижнего пера заднего треугольника больше 450 мм — эмпирическое правило.
- Высота каретки «E» над землёй около 270 мм, что позволяет удержать центр тяжести низко. Это дополнительная помощь для устойчивости велосипеда при тяжёлой загрузке.
- Длинная колёсная база «G» приблизительно 1055 мм с целью лучшего управления и устойчивости при тяжёлой загрузке.
- Крепления для крыльев
- Минимум 2 (3 фляги лучше)
- Крепления для
- Передний и задний просвет колёс, расчитаный минимум на 38 мм с учётом крыльев
- Колёса 700c или 26"
- Крепления для кантиливерного тормоза или V-brake
- В последнее время на туристических велосипедах выского класса используются дисковые тормоза. Их мощность торможения определённо выше, чем у других тормозов (особенно во влажных и грязных условиях); обычно они избыточны для большинства путешествий. Но для тяжело нагруженого похода и тандема, дисковые тормоза нуждаются в усилении мощности торможения.
