Check your bike! Спортцех - ремонт велосипедов, горных лыж, сноубордов

X-ride

Текущее время: 11 12 2018, 10:10

Часовой пояс: UTC + 8 часов





Форум закрыт Эта тема закрыта, вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней.  [ Сообщений: 7 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Материалы и геометрия велосипедных рам
СообщениеДобавлено: 20 05 2004, 10:25 
Не в сети
ЗавХоз
ЗавХоз
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 29.02.04
Сообщения: 6491
Откуда: Красноярск, район КГУ, Николаевская Сопка
Автор: Андрей Григорьев (andrgr@newmail.ru)

Рама является той основой, на которой размещаются и закрепляются все остальные узлы и детали велосипеда. Основные требования, предъявляемые к велосипедной раме, заключаются в ее высокой прочности при минимально возможном весе, а, учитывая стоимость рамы среднего велосипеда (около трети его полной стоимости), она не должна быть очень дорогой. В конечном счете, производители теми или иными методами достигают баланс между этими тремя показателями для каждого сегмента рынка. Как же это делается? В общем случае подбором материала и степенью его обработки.

Производители велосипедных рам.

На нынешней стадии развития экономики и техники гораздо эффективнее иметь узкую, но глубокую специализацию в своей области. Это касается и велостроения. Производители большинства широко известных велосипедов на самом деле не занимаются изготовлением всех его элементов: большая часть узлов выпускается на специализированных предприятиях, одновременно снабжающих множество велозаводов. Производители же велосипедов обычно ограничиваются лишь изготовлением рам и сборкой на их основе велосипедов с использованием того или иного навесного оборудования. Более того, даже трубы, используемые при производстве велосипедных рам всеми известными велостроительными компаниями, производятся всего лишь на нескольких заводах. Это, конечно, касается труб из наиболее распространенных материалов, таких как стали и алюминиевые сплавы. Наибольшую известность на данный момент получили трубы производства Columbus, Easton, Reinolds, Tange, True Temper и еще нескольких компаний.

Конечно же, все это относится только к производителям велосипедов с мировым именем. Безымянная китйская или индийскя продукция может быть сделана где угодно и из чего угодно, включая металлолом. Ниже, речь пойдет о велосипедах известных фирм.

Материалы, применяемые для изготовления велосипедных рам.

Конструктивные особенности велосипедных рам, конечно же, определяются типом велосипеда, который будет собран на данной раме. А геометрия рам и труб играют существенную роль в том, как данный велосипед будет вести себя. Но не менее важное влияние на характеристики оказывает и материал, из которого изготовлены рамы, хотя стоит помнить, что рамы из одного материала могут сильно разниться по своим параметрам. Ведь, к примеру, рама легкого кросс-кантрийного велосипеда имеет мало общего с низкой упрочненной рамой велосипеда для триала, хотя, обе относятся к горным велосипедам.

В настоящее время в производстве рам используются следующие материалы:
  • стали;
  • алюминиевые сплавы;
  • титановые сплавы;
  • углепластик;
  • редкие (магниевые, алюминиево-скандиевые и бериллевые) сплавы.

Обычно на нижней или подседельной трубе рамы указано из какого материала она изготовлена, трубы каких производителей использовались и имеют ли они особую геометрию.
Стальные рамы.

Это рамы из низкоуглеродистых сталей, как их часто называют рамы из "водопроводных труб", весящие по 4-5 кг или более, а также более продвинутые рамы из легированных сталей, которые обычно обозначаются как high tensile, hiten steel, весом 3-4 кг для 19'' рамы. На рамах из этих материалов обычно собираются дешевые велосипеды: дорожные (городские), всевозможные безымянные горные или вседорожные велосипеды и, иногда, самые дешевые модели шоссейных и горных велосипедов не очень хорошо известных фирм.

Иногда, рамы делаются из разных материалов. Например, основной треугольник состоит из труб из хромомолибденовой стали, а задний треугольник из более дешевых сталей. Методы производства труб самые разные: спиральная намотка, шовный и бесшовный прокат. Трубы скрепляются между собой с использованием узлов, цельных элементов, в которые вставляются трубы, или без них при помощи сварки.

Из плюсов можно отметить очень низкую стоимость подобных рам, приличное гашение вибраций и, кроме того, возможность легко заварить раму в случае поломки.

Зато минусы очень существенны. Не смотря на очень высокий вес, прочность стальных рам начального уровня обычно оставляет желать лучшего. Немалую роль в этом случае играет качество термообработки рамы. Рамы из малолегированной стали сильно подвержены коррозии.

Стальные хромомолибденовые рамы.

Высоколегированные хромомолибденовые стали гораздо лучше подходят для изготовления велосипедных рам, чем низколегированные. Сейчас в основном используется сталь, обозначаемая как CrMo 4130. В начале 90-х это был основной материал, используемый в недорогих и средних моделях велосипедов известных производителей. Подобные стали использовались при производстве рам велосипедов "Старт-шоссе" в 70-х годах, когда они еще были "легендой". В зависимости от геометрии труб, о чем будет написано ниже, хромомолибденовые стали применялись и в рамах велосипедов высокого уровня. Но тенденция такова, что сейчас их использование уже весьма незначительно, не смотря на множество преимуществ. Хромомолибденовые стали используются при производстве рам для всех типов велосипедов: горных, гибридных, шоссейных и других. При производстве рам используется безузловая сварка труб. Диаметр труб, используемых в стальных рамах, обычно относительно мал.

Вес хромомолибденовых рам существенно ниже, чем у обычных стальных, 2-3,5 кг для 19'' рамы горного велосипеда. Прочность хромомолибденовых рам находится на хорошем уровне. Подверженность коррозии заметно меньше. Существенная пластичность хромомолибденовой стали и низкая склонность к накоплению усталости ведут к тому, что такие рамы могут служить десятилетиями. А также, это обеспечивает плавный выход из строя: рама при ударах гнется, но не ломается, а если трещины и появляются, то они развиваются медленно, и на треснувшей раме можно "дотянуть" до дома. Хромомолибденовые рамы имеют хороший накат. К существенным плюсам вообще всех стальных рам можно отнести хорошее гашение вибраций при езде, обусловленное существенным внутренним трением материала.

Основной недостаток - не самый низкий вес средней рамы, а значит и невысокая приемистость, что очень существенно при использовании велосипеда на соревнованиях на пересеченной местности. Рамы же высокого уровня могут иметь довольно низкий вес, но чересчур дороги по сравнению с алюминиевыми рамами такого же веса, поэтому сейчас они практически исчезли из производственых линеек велозаводов.

Алюминиевые рамы.

Алюминиевые рамы в настоящий момент применяются на большинстве велосипедов от весьма недорогих, до очень серьезных моделей известных производителей, как на шоссейных, так и на гибридных и горных велосипедах. Точнее, рамы варятся из алюминиевых сплавов, с цинком или с магнием и кремнием, т. к. алюминий в чистом виде довольно мягкий материал. Самые дешевые рамы обладают посредственными характеристиками и являются скорее маркетинговым ходом производителей, старающихся продать недорогие велосипеды по большей цене. По сравнению с хромомолибденовыми рамами алюминиевые весят меньше - 1,3-2,0 кг для 19'' рамы горного велосипеда. Практически не коррозируют. Сейчас в изготовлении рам в основном применяются сплавы Al 7005 и Al 6061 разной степени обработки, о чем говорит доп обозначение, например Al 7005 T6. Сплавы 6000 серии примерно равны по прочностным параметрам сплавам 7000 серии, но несколько мягче и пластичнее и более устойчивы к коррозии. С другой стороны, из-за более сложной обработки такие рамы стоят дороже.

За счет применения труб большого диаметра при большей толщине стенок, но, учитывая существенно меньшую плотность алюминия, достигается необходимая прочность при небольшом весе, что является их главным достоинством. Но рамы получаются очень жесткими, т. к. приходится давать больший запас прочности связанный с большей склонностью алюминия к возникновению усталостных разрушений. Кроме того, из-за высокой жесткости и низкого внутреннего трения в материале, вибрации сильно передаются рамой от колес к седлу и рулю. Все это ведет к тому, что алюминиевые рамы менее предпочтительны для длительной езды. Большинство продвинутых велосипедистов рекомендуют использовать велосипеды с алюминиевыми рамами только с амортизационными вилками. Алюминиевые рамы немного менее накатисты, чем хромомолибденовые подобного уровня.

К недостаткам можно отнести свойство алюминия накапливать усталость. Считается, что при активной эксплуатации, алюминиевые рамы не "живут" больше 10 лет. И в отличие от стали, хрупкость алюминия ведет к поломкам, происходящим весьма резко, т. е. при сильном ударе рама может не погнуться, а сразу сломаться.

Титановые рамы.

В отличие от стальных и алюминиевых рам, титановые стоят довольно дорого из-за дороговизны титановых сплавов, а главное, дорогостоящей обработки. Поэтому на таких рамах собираются велосипеды весьма высокого уровня, как шоссейные, так и горные. Вес титановых рам находится на уровне лучших алюминиевых рам: 1,3-1,6 кг для 19'' рамы. Существует два основных "велосипедных" сплава, отличающихся процентным содержанием алюминия и ванадия: 3Al/2.5V и 6Al/4V. Последний несколько легче и прочнее, но и дороже. К плюсам можно отнести практически полное отсутствие коррозии, высокую прочность, относительную мягкость при езде.

С другой стороны, титановые рамы очень плохо поддаются механической обработке, практически не варятся и, главное, сильно накапливают усталость и после длительного использования могут довольно внезапно разрушиться. Хотя, по поводу последнего утверждения я встречал и прямо противоположные мнения.

Композитные (карбоновые рамы).

Карбоновые рамы стоят столь дорого, что используются лишь там, где необходимо достичь очень низкого веса. Встречаются они лишь на дорогих моделях шоссейных и горных велосипедов. Рамы представляют собой пропитанные смолами и спеченные при высокой температуре переплетенные стекло- и углеродные волокна с вклеенными посадочными местами под другие узлы велосипеда.

Прочность и жесткость карбоновых рам велика, вес низок, но композитные рамы плохо переносят удары и наличие концентраторов напряжений в виде неточностей изготовления, царапин, сколов. Рамы из карбона разрушаются резко и абсолютно неремонотопригодны. Средний срок службы такой рамы составляет лишь несколько лет.

Рамы из сплавов металлов с низким удельным весом.

Все перечисленные ниже материалы используются не часто. Главной причиной их выбора для рам велосипедов служит их исключительно низкий удельный вес.

Так называемые скандиевые рамы (на данный момент, насколько мне известно, это только рамы из труб Easton Scandium) на самом деле изготавливаются из сплавов скандия и алюминия. Главное достоинство этих рам - очень низкий вес. Ниже, чем у титановых при несколько меньшей стоимости. Такие рамы сочетают в себе высокую прочность, относительную мягкость и невысокую вибронагруженность. Но этот материал требует очень высокой культуры производства, поскольку, при нарушениях технологии, возможно катастрофическое ухудшение свойств рам.

Магниевые рамы на данный момент серийно выпускаются , насколько я знаю, только российской компанией Litech и тайваньской Merida. Также обладают низким весом, достаточной прочностью, довольно низкой вибронагруженностью. Разрушение рам, по заявлению производителей, происходит постепенно, а степень коррозионной активности хоть и не так мала, как у титана или алюминия, но находится в приемлемых пределах.

Выпускались и рамы из бериллиевых сплавов. Но, судя по полному отсутствию информации в последнее время, очень высокие цены не позволили этим рамам конкурировать с карбоном, магнием и скандием.

Геометрия рам и труб.

Как было написано выше, не только выбор материала определяет основные характеристики рамы: прочность, жесткость, вес, вибронагруженность. Кроме материала свое влияние оказывают геометрия рамы в целом и труб в частности. Существует несколько возможностей оптимизировать велосипедную раму для конкретного применения.

Чем больше диаметр трубы используется, тем выше становится ее жесткость на изгиб, даже при пропорциональном снижении толщины стенок трубы. Точнее, обычно толщину стенок снижают несколько сильнее для снижения веса рамы при относительно неизменной жесткости. Поэтому все современные велосипеды, даже со стальными рамами, имеют трубы большего диаметра, в сравнении с велосипедами 70-80-х. С другой стороны, сделать стенки труб очень тонкими недопустимо из-за возможности смятия трубы при ударе. Для каждого материала, из которого изготавливаются рамы, есть некоторое пороговое значение.

Из прочностных расчетов велосипедных рам следует, что от распределенной по раме нагрузки в ней возникают довольно неравномерные напряжения. Особенно сильно это заметно на изгибающих нагрузках в поперечной плоскости: максимальные напряжения в трубе появляются на ее концах, а в центральной части они заметно меньше. Для снятия лишнего материала в зоне с небольшими нагрузками и добавления его там, где нагрузки максимальны, применяются так называемые баттированные трубы (butted tubing), трубы с переменной по длине толщиной стенки. Обычно, в спецификациях велосипедов указывается, что рамы баттированные (butted), но иногда поясняется: double butted, triple butted, что означает, что трубы имеют 2 или 3 характерных размера.

Кроме того, утолщение труб по концам положительно сказывается на прочности сварных соединений. При существенном повышении температуры во время сварки, прочность материала снижается. Снижение веса рамы за счет применения баттинга может быть очень велико, но производство баттированных труб существенно дороже, чем обычных, с постоянной толщиной стенки, что заметно сказывается на стоимости велосипеда. Поэтому многие производители рам для велосипедов среднего ценового диапазона вместо баттированных труб используют трубы с профилированным сечением, что дает меньший эффект, но значительно дешевле. Обычно так изготавливается нижняя труба рамы: у рулевой колонки труба имеет овальное сечение, вытянутое в вертикальной плоскости, в средней части круглое, а у каретки горизонтально-вытянутый овал. Это также позволяет легко сопрягать сверхразмерные трубы с обычными.

Ситуация такова, что современные рамы имеют высокую жесткость в вертикальной продольной плоскости и низкую в поперечной. С одной стороны, большая жесткость является плюсом, меньше энергии теряется на изгиб рамы, но, с другой стороны, излишняя жесткость сильно утомляет велосипедиста. Для некоторого снижения вертикальной жесткости производители идут на такие решения, как создание рам, у которых верхняя и нижняя трубы рамы сближены и расходятся от рулевой колонки под меньшим углом. Перья заднего треугольника делаются с небольшим изгибом в продольной или поперечной плоскости для обеспечения некоторой амортизации при езде.

При покупке велосипеда следует не только определиться с тем, какой тип предпочесть, исходя из предполагаемого назначения и стиля катания, но и то, какое дополнительное оборудование планируется размещать на велосипеде. Ведь далеко не на любой велосипед можно установить грязевые щитки, багажник, генератор, питьевую флягу или какое-либо другое оборудование. На современных горных велосипедах к этому списку можно добавить и возможность/невозможность установки заднего дискового тормоза, калипер которого, кстати, может быть одного из двух не полностью совместимых стандартов.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 18 01 2005, 02:10 
Не в сети
Вожак "Грязных носорогов"
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 12.08.04
Сообщения: 6328
Откуда: Красноярск
Титановые рамы делают в Нижнем Новгороде - см. www.rockring.ru или www.titerra.com - это они же, но для заграницы. Купил у них раму по моей собственной геометрии (изготовлена на заказ), подседельный штырь и вилку: 350 - 50 - 150 дол. соответственно.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 18 01 2005, 12:45 
Не в сети
Просто: РаздолБайкер
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 01.03.04
Сообщения: 4175
Откуда: красняк, ладужка
у архитектора жесткая вилка, что ли?!

_________________
чего бы такого, матершинного, сказать?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 19 01 2005, 00:24 
Не в сети
VeloManiaK
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 18.06.04
Сообщения: 4568
Откуда: Красноярск, Акадэм
Архитектор, ну, и как ощущения от титана? Опиши какие отличия от люминя чувствуются. А то я тож к титану присматриваюсь серьезно...
и какая вилка? жесткая или они и амортизационные вилки из титана там клепають?

_________________
Dictum sapienti sat est
Изображение


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 25 01 2005, 00:46 
Не в сети
Велоцераптор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16.03.04
Сообщения: 8419
Откуда: Сосновоборск
Источник: http://www.avalon.ru/HigherEducation/Wo ... echn11.htm

Рамы и материалы для их изготовления

Рама является одним из главных компонентов, определяющим ездовые качества велосипеда.
Материал, из которого изготавливаются рамы вызывает жаркие и продолжительные споры между фанатами велосипеда. Что лучше сталь, алюминий, титан или карбон? Какая конструкция лучше?
Для начала следует понять, что традиционная велосипедная рама, состоящая из двух треугольников весьма совершенная конструкция, результат более чем столетней истории развития велосипеда. Постоянные попытки радикально улучшить конструкцию рамы в конечном итоге ничем не заканчивались. И конструкторы снова и снова возвращались к
базовой конструкции, которая, таким образом, не претерпела существенных изменений за последние сто лет.
С годами улучшались материалы, совершенствовались технологии изготовления, что позволило радикально снизить вес и повысить прочность рам.
В конечном итоге свойства рамы определяются, как ее конструкцией, так и материалами, из которых она изготовлена.
Требования предъявляемые к раме весьма противоречивы. Она должна быть прочной и жесткой, гасить вибрации, но не деформироваться, и при этом иметь минимальный вес.

Материалы

Для начала мы кратко остановимся на механических свойствах основных материалов широко применяемых при изготовлении рам:
Сталь
Алюминиевые сплавы
Титановые сплавы
Углепластиковые композиты

-------------------------------------------------------------------------------------

Основные характеристики конструкционных материалов

-------------------------------------------------------------------------------------

Плотность. Масса единицы объема. Кг/м**3. В комментариях не нуждается.
Упругость (Модуль Юнга). Коэффициент пропорциональности в законе Гука для растяжения. Характеризует жесткость материала. Численно равен напряжению в образце, при котором он удлиняется в два раза. (Напряжение - сила на единицу площади поперечного сечения. Н/м**2. Н - Ньютон размерность силы в системе Си. Примерно равна силе тяжести на поверхности земли, действующей на тело массой 0.1 кг.)
Предел прочности (на разрыв). Tensile strength. Напряжение, при котором образец разрушается при растяжении. Н/м**2. Для большинства твердых тел он, естественно, меньше модуля упругости.
Предел текучести. Yield strength. Напряжение, при котором в образце возникают необратимые деформации
(пластические).
Относительное удлинение. Удлинение в процентах образца до его разрушения при растяжении. Для изготовления рам эта величина должна быть около 10%, для того чтобы рама, деформируясь, могла "подать сигнал", что скоро разрушиться. Материалы с относительным удлинением менее 5% имеют тенденцию разрушаться внезапно. Этот показатель не полностью характеризует характер разрушения, но достаточно информативен.
Предел выносливости. Максимальное напряжение, при котором образец выдерживает практически бесконечное количество циклов периодической нагрузки. Некоторые материалы не имеют такового. Например, большинство Al сплавов, в отличие от стали и титана. Это значит, что даже очень малая циклическая нагрузка рано или поздно приведет к разрушению образца.
Часто в качестве предела выносливости берут значение напряжения, при котором образец выдерживает не менее 10,000,000 (десять миллионов) циклов. При таком методе измерения Al будет иметь не нулевое значения предела выносливости.

Теперь можно посмотреть на параметры типичных материалов, используемых при производстве рам.

-------------------------------------------------------------------------------------

Сталь
-------------------------------------------------------------------------------------
Самой распространненной сталью, используемой при производстве рам является марка 4130. В просторечии стали такого типа называют CrMo (хроммоли - хроммолибдновыми). Мы не будем вдаваться в детали материаловедения, скажем только, что эта сталь содержит 0,3% C (углерода), 0,4% Mn (марганца), 1% Cr (хрома) и 0,15% Mo (молибдена), хорошо формуется и сваривается, и стоит относительно недорого.
Простые углеродистые стали (марка 1020) имеют значительно меньшую прочность (предел текучести и предел прочности), но и стоят гораздо дешевле легированных сталей. В производстве качественных рам не применяются. Используются они только для производства муляжей и макетов велосипедов
Сталь - традиционный материал. Технологии сварки и пайки его за последние сто лет дошли до совершенства. При этом, как сварка, так и пайка стали дает прочное и надежное соединение при самых простых и доступных технологиях. Не нужна атмосфера инертного газа, и спаять или сварить сталь можно в буквальном смысле в каждом гараже.
Относительное удлинение и предел усталости у стали большие, что говорит о том, что стальная рама внезапно не разрушится. Более того, еще до разрушения стали в ней образуются мелкие трещинки, которые не только заметны при визуальном осмотре, но и часто издают под нагрузкой характерные звуки.

К недостаткам стали следует отнести то, что она имеет высокую плотность, легко коррозирует (ржавеет). Коррозия в местах соединения труб изнутри (ее не увидишь) - частая причина разрушения стальных рам со стажем.
Сталь самый жесткий материал, но при этом и самый плотный. Отношение же жесткости к плотности у стали, Al и Ti примерно одинаковое. Поэтому стержни одинаковой длины и одинаковой жесткости из всех материалов будут весить примерно одинаково.
Но почему же Al рамы легче стальных? Рама делается не из стержней, а из труб. Жесткость трубы единичной длины пропорциональна модулю Юнга материала, и ее сечению (D**4-d**4)/D (D -внешний диаметр трубы, d - внутренний.). То есть из труб с одинаковой толщиной стенки, труба вдвое большего диаметра будет в восемь раз жестче.
Увеличению диаметра при сохранении толщины стенки препятствует эффект "пивной банки" ("жестянки"). Тонкостенная труба теряет устойчивость и легко сминается. Пределом отношения диаметра к толщине стенки в технике считается величина D/((D-d)/2))= 60-70.
Значительно меньшая плотность Al позволяет при большом внешнем диаметре сделать более толстой стенку, избежать эффекта "жестянки", при сохранении малого веса. Поэтому алюминиевые рамы такие "толстые" и "пузатые". Изображенная на этой фотографии алюминиевая труба при большей толщине стенки все равно легче стальной.
Качественные стальные рамы изготавливаются из бесшовных стальных труб, часто с переменной толщиной стенки (butted). Трубы с продольным швом или свитые из ленты используются для дешевых рам невысокого качества.

-------------------------------------------------------------------------------------

Алюминий
-------------------------------------------------------------------------------------
Типичными сплавами Al используемыми при производстве рам являются марки 6061, 7005. Производство рам из алюминиевых труб процесс сложный. После сварки одни сплавы требуют термообработки и искусственного старения (6061), другие только искусственного старения (7005), третьи деформационного уплотнения (5086) для восстановления микроструктуры материала. Коды после марки и обозначают эти процессы (7075-T6 или 2024-T4).
Заварить Al раму не только в гараже, но и в простейшей установке аргоновой сварки без потери прочности невозможно.
Из-за малого коэффициента относительного удлинения алюминиевая рама заметно не деформируется после сильных ударов. И вообще, Al разрушается внезапно, не проявляя заметных внешних признаков.
Алюминий подвержен коррозии, хотя и в меньшей степени, чем сталь, но тоже требует применения защитных покрытий (покраска, анодирование и т.д.).
Резьбовые соединения (да и соединения просто на трении) Al-Al, Al-Ti и Al-Сталь имеют свойство "прикипать" намертво. Никакой керосин и прогрев, как со сталью, не поможет. Поэтому соединения надо регулярно и вовремя разбирать, прочищать и смазывать консистентной смазкой.
Отсутствие предела выносливости (некоторые Al сплавы имеют такой предел, но он невелик) не означает, что такая рама быстро сломается. Кто-нибудь видел усеянные обломками алюминиевых рам велодорожки? Нет. Даже если сделать очень грубую прикидку получится, что срок службы Al деталей составляет годы. Например, предположим, что шатун сконструирован таким образом,
что при каждом обороте педалей в нем возникает напряжение равное пределу усталости для 10.000.000 циклов . Тогда 10.000.000 оборотов на средней передаче составит 50 тыс км пробега. (На самом деле этот расчет имеет мало общего с реальностью: с одной стороны, в жизни шатуны проектируют с гораздо большим запасом, с другой стороны, удары могут приводить к появлению остаточных деформаций и внутренних напряжений, что может радикально снизить усталостную прочность. Вблизи предела текучести материал имеет существенно меньшую выносливость.)
Проектируя алюминиевые рамы, конструкторы вынуждено делают большой запас по статической прочности, по сравнению со сталью (2-4 раза), чтобы уменьшить амплитуду деформаций применяют более жесткие трубы большого диаметра. При этом они стараются равномерно распределять напряжения по всей раме. Вот откуда эти дополнительные накладки на трубы в местах стыка с рулевой колонкой, например.
Именно вследствие борьбы с низкой усталостной прочностью алюминиевые рамы получаются у конструкторов очень жесткими и легче стальных всего (примерно) на четверть.
Низкая плотность алюминия - его самая сильная сторона. Однако, из-за плохой выносливости материала, вес рам получается не таким, каким бы мог быть. Конструкторы и материаловеды постоянно ищут решения этой проблемы. Возможно, скоро мы получим значительно более легкие и не менее долговечные алюминиевые рамы.
Итак. Какой главный плюс у алюминиевой рамы по сравнению со стальной? Меньший на 20%-25% вес. Жесткость же нельзя назвать преимуществом или недостатком. Все зависит от назначения рамы и веса велосипедиста.
Алюминиевая рама скорее всего не будет служить десятки лет, как стальная и починить ее в случае чего будет нельзя.

-------------------------------------------------------------------------------------

Титан
-------------------------------------------------------------------------------------
Материал окруженный легендами, имеющий репутацию магического. На самом деле те его свойства, благодаря которым он имеет такую репутацию для велорамы не являются критичными. Это его высокая химическая инертность (стойкость к кислотам, щелочам и т.п.) и способность не терять свойств при высоких температурах, а также очень высокое отношение предела прочности к плотности.
Относительное удлинение у титана самое большое из рассматриваемых нами материалов. Предел выносливости и предел прочности у титана практически как у стали. Титан не ржавеет, не требует покраски, царапается труднее стали и алюминия.
Все это делало бы его идеальным материалом для рамы, если бы не модуль упругости и плотность. Отношение жесткости к плотности у титана примерно такое же, как и у стали и алюминия. Для того, чтобы из титана сделать такую же жесткую, как и стальная, но весящую существенно меньше раму, пришлось бы сделать трубы большого диаметра с очень тонкими стенками, подверженными эффекту "жестянки".
Поэтому большинство производителей делает титановые рамы несколько более мягкими, чем стальные, отдавая приоритет весу. (Мало, кто готов был бы заплатить за титановую раму, которая бы весила лишь ненамного меньше, чем стальная, существенно большие деньги.) Для производства рам используются сплавы титана с Al алюминием и V ванадием. Распространенные сплавы: 3% Al, 2,5% V (3/2,5) и 6/4. Ti 6/4 имеет больший предел. Для производства рам используются сплавы титана с Al алюминием и V ванадием. Распространенные сплавы: 3% Al, 2,5% V (3/2,5) и 6/4. Ti 6/4 имеет больший предел
прочности, чем Ti 3/2,5, несколько меньший коэффициент удлинения. Ti 6/4 значительно труднее поддается механической обработке (он тверже), чем Ti 3/2,5, и, имея близкий к Ti 3/2,5 модуль Юнга, чаще используется для мелких деталей рамы - боночек для кабелей, "петухов" и т.п..
Значительно повышает предел текучести и прочности титана холодная обработка (деформационное уплотнение - CWSR - cold worked stress relieve), доводя их значения до уровня очень хороших сталей.
Для туризма относительная "мягкость" серийных титановых рам - это не главный недостаток. Но зато титановая рама практически вечная, и не боится суровых климатических условий.
К недостаткам титана следует отнести его высокую цену, которая может быть выше в 10-15 раз, чем у стали, сложность механической обработки и сварки.
Миф о том, что титан материал хрупкий, идет от того, что он с трудностями поддается механической обработке (резанию, полировке). Связано это с довольно высокой его твердостью. Резка титана требует специального инструмента и строгого соблюдения режимов. На самом деле после ударов титановая рама сначала сильно деформируется, подав сигнал хозяину, что ей приходит конец, и затем сломается.
Другое дело сварной шов. Малейшие примеси и нарушения режима сварки "отравляют" сварной шов, и он резко теряет прочность не изменяясь по внешнему виду. При этом разрушится такой шов внезапно. Поэтому качество сварки - вопрос номер один при выборе титановой рамы. Отсюда идет еще один миф о том, что титан разрушается внезапно.
Правильно спроектированная и сваренная титановая рама не разрушится от усталости. Отремонтировать же в "гаражных" условиях титановую раму весьма проблематично.

-------------------------------------------------------------------------------------

Углепластик (карбон)
-------------------------------------------------------------------------------------
Углепластики - это композитные материалы. Основу составляют нити из углерода, которые сами по себе имеют фантастические параметры: модуль Юнга, как у стали, плотность 1600 кг/м**3 (меньше алюминия). Однако сделать из них жесткую конструкцию задача непростая - нити работают только на растяжение.
Поэтому из нитей плетут многослойную трубу, в каждом слое нити ориентированы под своим углом. Скрепляется вся эта конструкция эпоксидными смолами, что дает более скромные итоговые показатели всей конструкции (см. таблицу).В результате получается труба с весовыми параметрами лучше, чем у алюминия. Углепластик - чемпион по весу. Посмотрите, карбоновая рама TREK, весит на 40% меньше стальной, и на 20% меньше алюминиевой.
В силу своей конструкции углепластики имеют выраженную анизотропию (разные свойства в разных направлениях). Поэтому конструкция трубы (расположение нитей в слоях, их количество) определяет свойства рамы в не меньшей степени, чем просто значения параметров материала и конструкция рамы.
Сравнивать углепластиковые рамы между собой и с рамами из других материалов, без учета особенностей всей конструкции в целом, не имеет смысла.
Абсолютно справедливо то, что на сегодняшний день углепластиковые рамы самые легкие.
Что касается того, что они самые жесткие - еще один распространенный миф. Вероятно, происхождение этого мифа следует искать в том, что эпоксидные смолы крошатся и колются от точечных воздействий.
Из углепластика изготавливаются совершенно разные по жесткости рамы. Все зависит от предназначения рамы и конструктивных решений. Можно смело утверждать, что многие углепластиковые рамы "мягче" алюминиевых. Углепластики не коррозируют.
Что же у них плохо?
Очень маленькое относительное удлинение. Хрупкость. Боязнь точечных ударов. Внезапное разрушение. Часто слабые места сочленений с петухами, кареткой и другими металлическими частями. Полная неремонтопригодность.
На сегодняшний день углепластиковые рамы стремительно дешевеют и становятся такими же доступными, как и алюминиевые.
Появились и, так называемые, термопласты, в которых углеродные нити скрепляются термопластичным материалом. Такие конструкции несколько менее хрупкие, чем эпоксидные.

-------------------------------------------------------------------------------------

Материал рамы для туризма
-------------------------------------------------------------------------------------
В целом при подборе серийной рамы можно ориентироваться на существующие спортивные традиции. В горных велосипедах преобладает алюминий - большие усилия при подъемах, а время гонки обычно не очень значительное, так что комфорт не так важен. На шоссе - алюминий только на этапах с очень тяжелыми подъемами, на остальных преобладает сталь. Углепластик ипользуется для разных целей - все зависит от конструкции рамы.Он хорош, когда важно экономить на
весе. Титан на шоссе хорош на дорогах с экстремально плохим покрытием (булыжник, например) и для очень протяженных марафонов (более 200 км за день).
Исходя из этого, вопрос с выбором материала рамы для многодневного туризма решается в пользу стальных или титановых рам. Для более агрессивного стиля езды подойдет и алюминий, особенно если велосипед оборудован амортизацинонной вилкой.
Однако это только грубые рекомендации. Многое зависит от веса велосипедиста, стиля его езды. Правильно подобранная и качественная рама хороша из любого материала.

-------------------------------------------------------------------------------------

Геометрия рамы для туризма
-------------------------------------------------------------------------------------
Что касается геометрии рамы, то для туризма важно иметь более стабильную раму, которая хорошо держит курс (большая продольная или курсовая устойчивость).
Здесь нам поможет большая величина смещения проекции оси втулки на землю от точки пересечения оси вращения вилки с землей, что при одинаковых вилках и колесах достигается большим наклоном рулевой колонки
(большим ее отклонением от вертикали). Чем больше это расстояния, тем лучше велосипед сохраняет курс. Вспомните колесики у пианино или у тележки в супермаркете. Они всегда сами встают в нужном направлении.
Однако, шоссейные модели соревновательного уровня имеют более "острое" управления, чем хотелось бы для туризма за счет приближения угла наклона вилки к вертикали и уменьшению величины этого смещения.
Также важно, чтобы после установки багажника и боковых сумок (рюкзака-"штанов") осталось достаточно места для пятки.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 28 01 2005, 00:59 
Не в сети
Вожак "Грязных носорогов"
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 12.08.04
Сообщения: 6328
Откуда: Красноярск
Я действительно укомплектовал свой байк жесткой титановой вилкой. Поскольку родная пневматика зимой никакого преимущества не дает: и ехать ровно, и замерзает при наших минусах. Большую часть пробега я все равно иду на блокировке. На лето же однозначно вернусь к амортизирующей вилке и "мягкому" подседельному штырю. А жесткую вилку хочу предложить триальщикам - для них она, собственно, и предназначена была изначально.
Обзоры, приведенные And_y и КП, очень познавательны. Однако, почему же все-таки рамы так отличаются друг от друга своей геометрией? У Гари Фишера, как мне рассказывали, рама уникальна, за что и ценится: у нее передний треугольник вытянут (что дает накат), а задний треугольник короткий (что обеспечивает агрессивную езду в гору). У GT оба треугольника вытянуты, потому велосипед получился накатистым и комфортным, но "тупым" для гор. Trek же, наоборот, имеет оба коротких треугольника и потому очень агрессивен. Однако на ровной дороге он сильно проигрывает накатистым велосипедам, да и жесткий очень. Еще влияет на накат угол наклона передней вилки и расстояние между осями колес (больше - лучше накат). Еще есть отличия в креплении верхних задних перьев к раме - не думаю, что это как-то может влиять на ходовые качества, но может сказываться на поперечной жесткости байка.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 28 01 2005, 01:07 
Не в сети
Велоцераптор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16.03.04
Сообщения: 8419
Откуда: Сосновоборск
Дык, коню понятно, что универсального байка не существует. Каждый конкретный заточен под свои цели и задачи. Именно поэтому производители выпускают не какую-либо одну единственную модель супербайка, а делают модельный ряд, варьируя геометрию рамы в известных пределах.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Форум закрыт Эта тема закрыта, вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней.  [ Сообщений: 7 ] 

Часовой пояс: UTC + 8 часов



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти: