Материалы рам
Дерево было первым материалом, использованным для постройки велосипеда. На смену ему пришёл металл. Позже высокопрочная сталь, титан и алюминий. После этого показались углепластик и опять дерево.
Исходя из этого вопрос: из чего изготовлена рама велосипеда – один из самых популярных и вопросов , задаваемых при покупке велосипеда.
Рама велосипеда – главной элемент конструкции, что воздействует на чертей велосипеда, его массу, безопасность, цена а также на восприятие его райдером (и клиентом). От чего же зависят эти характеристики. В большой степени от материала рамы.
- Дерево
Современная древесная рама со металлическими дропаутами, подседельной трубой и рулевой колонкой
Исторически самый первый велосипедный материал. На момент создания Калом Дрейзе собственного велосипеда это был, пожалуй, единственный дешёвый конструкционный материал. Его отличали хорошие лёгкость обработки и механические характеристики.
Но для массового производства дерево не прижилось и уступило место стали. Сейчас на веловыставках возможно заметить образцы велосипедов с древесной рамой. Причём от самых несложных до настоящих произведений столярного мастерства.
механические характеристики и Плотность древесины зависят от породы. К примеру, плотность бука образовывает 690 кг/м3, а ели 450 кг/м3.
- Сталь
Sunday Primer — BMX с рамой из стали Hi-Ten
Продолжительное время сталь была монополистом на велосипедном рынке. Из неё изготавливали рамы, педали, шатуны и рули. Среди современных велосипедов много моделей со металлическими рамами. В большинстве случаев для этого употребляются два вида стали: т.н. hi-ten и хромомолибденовые стали.
Характеристики этих материалов различные. Исходя из этого разглядим стали раздельно.
Плотность стали незначительно зависит от её состав и образовывает ок. 7500-7900 кг/м3.
Hi-Ten (Hi Tensile Steel)
Hi Tensile Steel переводится как высокопрочная сталь. По сути это простая конструкционная сталь с высоким содержанием углерода. Данный углерод обстоятельство высокой жёсткости подробностей из стали. Он же источник ударной вязкости и невысокой пластичности, не сильный посредственной свариваемости и коррозионной стойкости.
При повреждении лакокрасочного покрытия рамы из hi-ten она может «зацвести». Из таковой стали сложно сделать лёгкую и прочную раму. Помимо этого, рама из hi-ten не владеет нужными для велосипеда упругими особенностями. Но в активе стали хорошая обрабатываемость и невысокая стоимость.
Принципиально важно, что состав стали не регламентируется стандартами. Исходя из этого называющиеся hi-ten видится сталь как с хорошими механическими особенностями, так и плохими.
Cro-mo
Легированная сталь. Взяла «народное» наименование хромоль по легирующим добавкам молибдену и хрому. Они придают стали большую прочности, вязкость, стойкость и ударную стойкость к коррозии. Рамы из таковой стали отличаются хорошей упругостью и долговечностью (пружинистостью). При применении новейших технологий из хромомолибденовых сталей возможно изготовить раму с сечением и переменной толщиной стенок.
По весовым чертям она будет только мало уступать рамам из алюминия. К недочётам стали возможно отнести склонность к отпускной хрупкости. Последняя может наблюдаться по окончании сварки.
- Алюминий
Scott S40 — велосипед с рамой из алюминиевого сплава. При изготовлении рамы использован гидроформинг
Алюминий стал называться крылатого металла за собственную низкую плотность. Это весьма пластичный материал, что легко поддаётся ковке, механической обработке и штамповке. На воздухе на поверхности алюминия образуются весьма стойкие и плотные оксидные плёнки, каковые снабжают хорошую защиту от коррозии.
Однако в определённых условиях алюминий корродирует. Показателем коррозии есть не жёлтый налёт на поверхности подробностей, как у сталей, а белый.
Дабы придать алюминию нужную жёсткость в его состав вводят легирующие добавки. С одной стороны, они повышают цена материала, иначе разрешают добиться требуемых механических черт.
Производители велосипедов употребляются не алюминий в чистом виде, а различные марки сплавов, отличающиеся составом присадок и, как следствие, механическими особенностями. Громаднейшее распространение взяли алюминиевые сплавы: 6061, 6061T6, 6065, 7000, 7005, 7005T6, 7009T6, 7010T6, и др. Состав 6000-х материалов отличается от 7000-х составом присадок. Главной «добавкой» в 6000-х сплавах есть магний, в 7000-х цинк.
Исходя из этого 7000-е владеют более высокими механическими чертями и мало более высокой плотностью. Но такие материалы дороже, хуже свариваются и обрабатываются, и более склонны к коррозии. Всё совместно это заметно повышает цена велосипеда и рамы. Иначе громадная «податливость» 600-х сплавов разрешает применять при изготовлении из них рам двойной а также тройной баттинг.
Это заметно облегчает раму без понижения прочности.
Дабы обеспечить алюминиевой раме (и каждый подробности) прочность сопоставимую со металлической рамой приходится увеличивать толщину стенок. В следствии рама получается более твёрдая. Помимо этого, приходится учитывать низкую выносливость (сокращение срока работы) алюминия в условиях знакопеременных нагрузок.
Плотность 6000-х алюминевых сплавов 2720 кг/м3, 7000-х 2750 кг/м3.
- Титан
Визуально рама из титаного сплава весьма похожа на алюминиевую
Подобно алюминию титан представляет собой серебристый металл, что на воздухе покрывается узкой оксидной плёнкой. Она снабжает надёжную защиту металла от коррозии. От алюминия титан отличается большей плотностью и более высокими механическими чертями.
Плотность титана на 60% выше алюминия, но прочность приблизительно равна стали и вдвое выше крылатого металла.
Нужно отметить сложный темперамент титана. С одной стороны, он достаточно лёгкий и владеет нужными для того чтобы упругими особенностями. Иначе, его обрабатывемость и свариваемость намного хуже. Сварка титана сверхсложный процесс.
Исходя из этого цена титановых подробностей, в частности рам, намного выше металлических и алюминиевых.
Плотность титана 4540 кг/м3.
- Углепластик (карбон)
Углепластикова рама
Самый современный велосипедный материал. Стал называться по латинскому заглавию углерода – карбон (carbon). Материал получается при пропитке полимерными смолами нитей либо тканей из углеволокна.
Отверждение взятого пластика может производится на воздухе либо под действием большой температуре. Материал сверхсложный и капризный: реагирует на мельчайшее отклонение от предписанной разработки изготовления и рекомендуемых материалов.
База материала: углеродное волокно. Это узкие нити, образованные атомами углерода. Вместо нитей смогут употребляться углеродные нанотрубки. Они являются трубчатый материал диаметром нескольких нанометров и длиной до нескольких десятков сантиметров. трубки и Волокно имеют наибольшую прочность на растяжение и разрыв: многократно прочнее стали.
Но на изгиб материал не работает.
Для создания готовой подробности нити либо ткань особым образом наматываются либо укладываются. В большинстве случаев со сменой направления слоёв. Затем заготовка пропитывается полимерной смолой и отверждается.
Полученная подробность имеет высокую прочность и небольшую массу.
Преимущество углепластика: красивое сочетание массы рамы и её жёсткости и (механических свойств прочности). Помимо этого, углепластиковые подробности поглощают вибрации.
Недочёты подробностей из углепластика: трудоёмкость изготовления и высокая цена, и анизатропность. Последнее свидетельствует, что подробность имеет различные особенности в различных направлениях. Помимо этого, подробности из углепластика имеют низкую стойкость к ударным нагрузкам.
Плотность углепластика от 1450 до 2000 кг/м?.
Вывод:
Нереально выбрать совершенный материал для рамы велосипеда. Любой владеет комплектом недостатков и достоинств. Исходя из этого нужно трезво оценивать конкретные условия применения велосипеда и исходя из этого выбирать материал.
Красивый пример грамотного подхода к выбору материалов: отечественный электрический велосипед RLE Urban с титановой рамой и углепластиковой вилкой. Сочетает высокую жесткость рамы с маленькой комфортной вилкой и общей массой
Физика процесса
Нужно сделать маленькое пояснение и растолковать, в чем различие между терминами жёсткость и прочность.
Прочность — это свойство материала сопротивляться разрушению под действием действием внешних сил.
Жёсткость — это свойство подробности сопротивляться деформации при внешнем действии.
Выносливость — это свойство делать подробности либо узла собственное назначение в течении времени под действием знакопеременных нагрузок.
В качестве иллюстрации возможно привести в пример раму велосипеда. Прочная, но не твёрдая рама при громадной нагрузке будет деформироваться. Твёрдая рама сохранит собственную геометрию.
С одной стороны, нежёсткая рама будет поглощать вибрации и удары от дороги. Иначе, она будет «съедать» часть энергии, прикладываемой к педалям.
Заставка: фото Red Bull
