Рамы и материалы для их изготовления.

   После резины и втулок, рама является самым главным компонентом, 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 я кратко остановлюсь на механических свойствах основных материалов широко применяемых при изготовлении рам:

   Но сначала, хочу напомнить некоторые основы физики и сопромата.

   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.

Реальные рамы.

   Свойства рамы не определяются одним только материалом. Особенности конструкции, как труб, так и самой рамы, в конечном итоге определяют ее свойства.

   Для уменьшения веса рамы с сохранением жесткости и прочности конструкторы применяют трубы с переменной толщиной стенки (butted tubing).

   Трубы переменного не круглого сечения имеют разную жесткость в разных направлениях. Их используют из конструктивных соображений, когда допустимо иметь разную жесткость в разных направлениях, или когда слишком большой диаметр трубы требуемой жесткости не позволяет решить другие конструктивные задачи. Часто трубы не круглого сечения применяют для уменьшения аэродинамического сопротивления.

   Например, толстая наклонная труба эллиптического сечения может иметь горизонтально расположенную большую ось у педальной каретки и вертикально – у рулевой колонки, что позволяет не увеличивать диаметр педальной каретки и "лобика" (рулевой трубы).

   Эти и другие приемы позволяют из всех материалов делать очень приличные рамы с разными весовыми и жесткостными параметрами.

   Многие производители рам покупают наборы труб для своих рам у производителей, которые специализируются исключительно на их производстве. Вот некоторые приличные марки: Columbus, Easton, Reynolds, Tange, True Temper, Vitus.

   В недавнем прошлом большинство стальных рам собирались с использованием соединительных элементов - узлов. Трубы вставлялись в эти элементы, и соединение пропаивалось. Припои использовались низкотемпературные (часто с большим содержанием серебра), чтобы уменьшить нагрев труб и избежать "отпуска" материала трубы.

   Совершенствование технологии сварки, новые материалы, использование термообработки готовой рамы позволило перейти на сварные рамы.

   Узловые рамы потенциально могут иметь более прочные соединения, но, как правило, они несколько тяжелее безузловых.

   В массовом производстве безузловая технология не только дешевле, но и позволяет иметь широкую номенклатуру рам с разными углами, быстрее переходить на другие конструкции рам. Рамы же ручной сборки до сих пор бывают и узловыми.

   Посмотрим на вес рамы - один из важнейших ее параметров.

   В конце прошлого века стальной велосипед современной конструкции мог весить более 35 кг. Классический односкоростной дорожный велосипед сороковых-пятидесятых годов весил уже около 20-25 кг.

   К концу 20 века благодаря прогрессу в материалах и технологиях сварки рамы стали весить значителньо меньше.

   Например, рамы размером 18” фирмы TREK (модели 1996) весят:>

  • 9900 –1330 г. (клееный углепластик OCLV);
  • 8500 – 1700 г. (Клееная из алюминиевого сплава фирмы Easton);
  • 970 – 2090 г. (Сталь. CrMo Double Butted).

   TREK не производит титановых рам. Поэтому для сравнения я возьму титановые рамы горного велосипеда от Litespeed (USA) – одного из ведущих производителей титановых велосипедов в США:

  • Obed 18" (99) - 1600 г;
  • Tellico18" (99) - 1500 г.

   Таким образом на раме можно сэкономить до 1 кг веса, что составляет не более 10% веса велосипеда в сборе. И облегчить свой кошелек на лишние несколько тысяч долларов.

   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 амортизационной 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.

   Некоторые размеры рам фирмы TREK

Модель. G, База, мм A, Угол наклона вилки, град F*, Смещение оси втулки от оси вилки, мм
Trek 520 (21", туристский) 1054 71 52
Trek 2100 (56 см, шоссейный) 994 73,8 43
Trek 800 ( 18", прогулочный) 1037 70,5 38
Trek 8500 (18", соревновательный) 1057 71 42

   * - в данном случае размер F характеризует только раму и вилку, и является косвенным показателем курсовой устойчивости велосипеда. Интересующее нас смещение зависит и от диаметра колеса. Зная угол A, размер F и диаметр колеса, можно его вычислить.


Реклама

Наши друзья

CompArtStudio
веб-дизайн
подключение к Интернет

"Прокъ" - грузоперевозки
Rus-Simpsons
А здесь Вас ждут демоны...
Bardachok

Реклама


 :: Реклама на сайте