Рама велосипеда — это основной компонент велосипеда , на который устанавливаются колеса и другие компоненты . Современная и наиболее распространенная конструкция рамы для вертикального велосипеда основана на конструкции безопасного велосипеда и состоит из двух треугольников : основного треугольника и парного заднего треугольника. Это известно как ромбовидная рама . [1] Рамы должны быть прочными, жесткими и легкими, что достигается путем комбинирования различных материалов и форм. [2]
Комплект рам состоит из рамы и вилки велосипеда, а иногда включает в себя рулевую колонку и подседельный штырь . [3] Производители рам часто изготавливают раму и вилку вместе как парный комплект.
Помимо повсеместной ромбовидной рамы [1] , для велосипеда было разработано много различных типов рам, некоторые из которых широко используются и сегодня.
В раме Diamond главный "треугольник" на самом деле не является треугольником, поскольку состоит из четырех труб: головной трубы, верхней трубы, нижней трубы и подседельной трубы. Задний треугольник состоит из подседельной трубы, соединенной парными перьями цепи и подседельными перьями.
Головная труба содержит рулевую колонку , интерфейс с вилкой . Верхняя труба соединяет головную трубу с подседельной трубой сверху. Верхняя труба может быть расположена горизонтально (параллельно земле) или может иметь наклон вниз к подседельной трубе для дополнительного зазора для стендовера. Нижняя труба соединяет головную трубу с корпусом каретки .
Задний треугольник соединяется с концами задней вилки , где крепится заднее колесо. Он состоит из подседельной трубы и парных нижних перьев и нижних перьев. Нижние перья соединяют каретку с концами задней вилки. Верхние перья соединяют верхнюю часть подседельной трубы (часто в той же точке, что и верхняя труба) с концами задней вилки.
Исторически сложилось так, что рамы велосипедов, предназначенные для женщин, имели верхнюю трубу, которая соединялась посередине с подседельной трубой вместо верхней, что приводило к более низкой высоте стендовера. Это было сделано для того, чтобы велосипедистка могла спешиться, будучи в юбке или платье . С тех пор эта конструкция используется в универсальных велосипедах для облегчения посадки и высадки, и также известна как рама со сквозным креплением или открытая рама. [4] Другой стиль, который достигает похожих результатов, — это mixte .
В консольной раме велосипеда перья сиденья продолжаются за подседельный штырь и изгибаются вниз, чтобы встретиться с нижней трубой. [5] Консольные рамы популярны на велосипедах-круизерах , лоурайдерах и велосипедах с колесом . Во многих консольных рамах единственными прямыми трубами являются подседельная труба и рулевая труба.
Горизонтальный велосипед перемещает шатуны в положение перед гонщиком, а не под ним, в целом улучшая скользящий поток вокруг гонщика без характерного резкого изгиба в талии, используемого гонщиками велосипедов с ромбовидной рамой. Запрещенные в велогонках во Франции в 1934 году, чтобы избежать устаревания велосипедов с ромбовидной рамой в гонках, [6] производство горизонтальных велосипедов оставалось подавленным еще полвека, но к 2000 году было доступно множество моделей от различных производителей.
Необычный велосипед для езды лежа на спине смещает шатуны назад от ездока, что приводит к положению головы вперед и опущенной груди.
Крестовая рама в основном состоит из двух труб, которые образуют крест: подседельной трубы от каретки до седла и хребта от рулевой трубы до задней ступицы. [7]
В ферменной раме используются дополнительные трубы для формирования фермы . [8] Примерами являются Humbers , Pedersens и тот, что изображен на рисунке.
Монококовая рама состоит только из полой оболочки без внутренней структуры. [9]
.jpg/1280px-Skat_Prokat_Bike_Shop_-_ready_for_our_White_Nights_bike_tour_(18459478265).jpg)
Складные рамы велосипедов характеризуются возможностью компактного складывания для транспортировки или хранения.
Рамы пенни-фартинга характеризуются большим передним колесом и маленьким задним колесом. [10] [11]
Рамы Tandem и Socialable рассчитаны на нескольких ездоков.
Существует множество вариаций базовой конструкции ромбовидной оправы.
В статье о типах циклов описаны дополнительные вариации.
Также возможно добавление соединительных элементов либо в процессе производства, либо в качестве модернизации, чтобы раму можно было разобрать на более мелкие части для облегчения упаковки и транспортировки.
Рама Diamond состоит из двух треугольников, основного треугольника и парного заднего треугольника. Основной треугольник состоит из рулевой трубы, верхней трубы, нижней трубы и подседельной трубы. Задний треугольник состоит из подседельной трубы и парных нижних перьев и верхних перьев.
Рулевая колонка содержит рулевую колонку, подшипники для вилки через ее рулевую колонку . В интегрированной рулевой колонке картриджные подшипники взаимодействуют непосредственно с поверхностью на внутренней стороне рулевой колонки, в неинтегрированных рулевых колонках подшипники (в картридже или нет) взаимодействуют с «чашками», запрессованными в рулевую колонку.
Верхняя труба [18] или поперечная штанга [ 19] соединяет верхнюю часть рулевой трубы с верхней частью подседельной трубы.
В раме с традиционной геометрией ромба верхняя труба горизонтальна (параллельна земле). В раме с компактной геометрией верхняя труба обычно наклонена вниз к подседельной трубе для дополнительного зазора стендовера. В раме горного велосипеда верхняя труба почти всегда наклонена вниз к подседельной трубе. Радикально наклоненные верхние трубы, которые ставят под угрозу целостность традиционной ромбовидной рамы, могут потребовать дополнительных косынок, альтернативной конструкции рамы или других материалов для эквивалентной прочности. [20] [21] [22] ( См. Дополнительную информацию о геометрии см. в разделе Шоссейные и триатлонные велосипеды. )
Рамы Step-through обычно имеют верхнюю трубу, которая круто спускается вниз, чтобы позволить велосипедисту легче садиться и слезать с велосипеда. Альтернативные конструкции Step-through могут включать полное удаление верхней трубы, как в конструкциях монококовой основной рамы с использованием отдельной или шарнирной подседельной трубы, и двойные верхние трубы, которые продолжаются до задних концов вилки, как в раме mixte . Эти альтернативы раме diamond обеспечивают большую универсальность, хотя и за счет дополнительного веса для достижения эквивалентной прочности и жесткости. [20] [21]
Управляющие тросы прокладываются вдоль креплений на верхней трубе или иногда внутри верхней трубы. Чаще всего это трос заднего тормоза, но некоторые горные велосипеды и гибридные велосипеды также прокладывают тросы переднего и заднего переключателя передач вдоль верхней трубы. Внутренняя прокладка, которая раньше присутствовала только в самых высоких ценовых диапазонах, защищает тросы от повреждений и грязи, что может, например, сделать переключение передач ненадежным. [23]
Пространство между верхней трубой и пахом райдера, сидящего на велосипеде верхом и стоящего на земле, называется клиренсом. Общая высота от земли до этой точки называется рычагом высоты.
Нижняя труба соединяет рулевую трубу с кареточным корпусом. На гоночных велосипедах и некоторых горных и гибридных велосипедах тросы переключателя проходят вдоль нижней трубы или внутри нижней трубы. На старых гоночных велосипедах рычаги переключения передач устанавливались на нижней трубе. На новых они монтируются вместе с тормозными рычагами на руле.
Крепления для флягодержателей также находятся на нижней трубе, обычно на верхней стороне, иногда также на нижней стороне. В дополнение к флягодержателям, на эти крепления могут быть установлены также небольшие воздушные насосы.
Подседельная труба содержит подседельный штырь велосипеда, который соединяется с седлом. Высота седла регулируется путем изменения того, насколько глубоко подседельный штырь вставлен в подседельную трубу. На некоторых велосипедах это достигается с помощью рычага быстрого сброса . Подседельный штырь должен быть вставлен как минимум на определенную длину; это отмечено минимальной отметкой вставки .
Подседельная труба также может иметь припаянные крепления для флягодержателя или переднего переключателя передач .
Перья цепи идут параллельно цепи, соединяя каретку (которая удерживает ось, вокруг которой вращаются педали и шатуны) с концами задней вилки или дропаутами. Более короткие перья цепи обычно означают, что велосипед будет быстрее разгоняться и на нем легче ехать в гору, по крайней мере, пока гонщик может избежать потери контакта переднего колеса с землей. [23]
Когда трос заднего переключателя частично проложен вдоль нижней трубы, он также проложен вдоль пера рамы. Иногда (в основном на рамах, выпущенных с конца 1990-х годов) крепления для дисковых тормозов крепятся к перьям рамы. Может быть небольшая скоба, которая соединяет перья рамы перед задним колесом и позади корпуса каретки, называемая «мост перьев рамы».
Цепные перья могут быть спроектированы с использованием конических или неконических трубок. Они могут быть скошенными, овальными, гофрированными, S-образными или приподнятыми, чтобы обеспечить дополнительный зазор для заднего колеса, цепи, шатунов или пятки стопы.
Подседельные перья соединяют верхнюю часть подседельной трубы (часто в той же точке, что и верхняя труба) с дропаутами задней вилки. Традиционная рама использует простой набор параллельных труб, соединенных мостом над задним колесом. Когда трос заднего переключателя передач частично проложен вдоль верхней трубы, он также обычно проложен вдоль подседельной трубы.
За эти годы было представлено множество альтернатив традиционной конструкции подседельной трубы. Стиль подседельной трубы, который простирается вперед от подседельной трубы, ниже заднего конца верхней трубы и соединяется с верхней трубой перед подседельной трубой, создавая небольшой треугольник, называется Hellenic stay в честь британского производителя рам Фреда Хелленса, который представил их в 1923 году. [24] Hellenic seat gloves добавляет эстетическую привлекательность за счет дополнительного веса. Этот стиль подседельной трубы снова популяризировался в конце 20-го века компанией GT Bicycles (под прозвищем «тройной треугольник»), которая включила элемент дизайна в свои рамы BMX, поскольку он также делал задний треугольник намного жестче (преимущество в гонках); этот элемент дизайна также использовался на их рамах горных велосипедов по аналогичным причинам.
В 2012 году Volagi Cycles запатентовала вариант традиционного пера сиденья, который обходит подседельную трубу и далее соединяется с верхней трубой . [25] Этот элемент рамы увеличил длину традиционной конструкции пера сиденья, сделав езду более мягкой за счет жесткости рамы.
Другой распространенный вариант подседельной трубы — это вилка , одинарная подседельная труба или моноподседельная труба , [26] которая соединяет подседельные трубы вместе чуть выше заднего колеса в монотрубу, которая соединена с подседельной трубой. Конструкция вилки добавляет вертикальную жесткость без увеличения боковой жесткости, что обычно является нежелательной чертой для велосипедов с неподрессоренными задними колесами. [27] Конструкция вилки наиболее подходит при использовании в качестве части заднего треугольного подрамника на велосипеде с независимой задней подвеской.
Двойные перья седла — это перья, которые крепятся к переднему треугольнику велосипеда в двух отдельных точках, обычно расположенных рядом.
Подседельные трубы фастбэка крепятся к подседельной трубе сзади, а не по бокам. [28]
На большинстве перьев седла мост или распорка обычно используются для соединения перьев над задним колесом и под соединением с подседельной трубой. Помимо обеспечения боковой жесткости, этот мост обеспечивает точку крепления для задних тормозов, крыльев и багажников. Сами перья седла также могут быть оснащены креплениями тормозов. Крепления тормозов часто отсутствуют на перьях фиксов или трековых велосипедов.
Корпус каретки представляет собой короткую и большого диаметра трубу относительно других труб в раме, которая проходит из стороны в сторону и удерживает каретку . Обычно она имеет резьбу, часто левую резьбу на правой (приводной) стороне велосипеда, чтобы предотвратить ослабление из-за фреттинг-индуцированной прецессии , и правую резьбу на левой (неприводной) стороне. Существует множество вариаций, таких как эксцентриковая каретка, которая позволяет регулировать натяжение цепи велосипеда. Обычно она больше, не имеет резьбы и иногда разделена. Перья цепи, подседельная труба и нижняя труба обычно соединяются с корпусом каретки.
Существует несколько традиционных стандартных значений ширины оболочки (68, 70 или 73 мм). [29] Шоссейные велосипеды обычно используют 68 мм; итальянские шоссейные велосипеды используют 70 мм; ранние модели горных велосипедов используют 73 мм; более поздние модели (1995 года и новее) чаще используют 68 мм. Некоторые современные велосипеды имеют ширину оболочки 83 или 100 мм, и они предназначены для специализированного спуска с горы на велосипеде или катания на сноубайке . Ширина оболочки влияет на Q-фактор или протектор велосипеда. Существует несколько стандартных значений диаметра оболочки (34,798–36 мм) с соответствующим шагом резьбы (24–28 tpi).
На некоторых велосипедах с коробкой передач кареточный узел может быть заменен встроенной коробкой передач или местом крепления съемной коробки передач.
Длина труб и углы, под которыми они крепятся, определяют геометрию рамы . Сравнивая различные геометрии рам, конструкторы часто сравнивают угол подседельной трубы, угол рулевой трубы, (виртуальную) длину верхней трубы и длину подседельной трубы. Чтобы завершить спецификацию велосипеда для использования, гонщик регулирует относительное положение седла, педалей и руля:
Геометрия рамы зависит от предполагаемого использования. Например, у шоссейного велосипеда руль будет расположен ниже и дальше относительно седла, что обеспечит более присевшую позу для езды; тогда как у утилитарного велосипеда упор делается на комфорт и руль будет выше, что обеспечит вертикальную позу для езды.
Геометрия рамы также влияет на характеристики управляемости. Для получения дополнительной информации см. статьи о геометрии велосипеда и мотоцикла и динамике велосипеда и мотоцикла .
Размер рамы традиционно измерялся вдоль подседельной трубы от центра каретки до центра верхней трубы. Типичные «средние» размеры составляют 54 или 56 см (приблизительно 21,2 или 22 дюйма) для европейского мужского гоночного велосипеда или 46 см (приблизительно 18,5 дюймов) для мужского горного велосипеда . Более широкий диапазон геометрий рам, которые существуют сейчас, также привел к появлению других методов измерения размера рамы. [39] Туристические рамы, как правило, длиннее, в то время как гоночные рамы более компактны.
Велосипед для шоссейных гонок разработан для эффективной передачи мощности при минимальном весе и сопротивлении. В общих чертах, геометрия шоссейного велосипеда классифицируется как традиционная геометрия с горизонтальной верхней трубой или компактная геометрия с наклонной верхней трубой.
Традиционные дорожные рамы с геометрией часто ассоциируются с большим комфортом и большей устойчивостью и, как правило, имеют более длинную колесную базу, что способствует этим двум аспектам. Компактная геометрия позволяет верхней части рулевой трубы быть выше верхней части подседельной трубы, уменьшая высоту стендовера и, таким образом, увеличивая зазор стендовера и понижая центр тяжести. Мнения разделились относительно ездовых качеств компактной рамы, но несколько производителей утверждают, что уменьшенный диапазон размеров может подойти большинству гонщиков, и что проще построить раму без идеально ровной верхней трубы.
Шоссейные велосипеды для гонок, как правило, имеют более крутой угол наклона подседельной трубы , измеренный от горизонтальной плоскости. Это аэродинамически и, возможно, более удобно для гребка. Компромисс — комфорт. Туристические и комфортные велосипеды, как правило, традиционно имеют более слабый (менее вертикальный) угол наклона подседельной трубы. Это больше располагает велосипедиста на седалищных костях и снимает вес с запястий, рук и шеи, а для мужчин улучшает кровообращение в мочевыводящих и репродуктивных областях. При более слабом угле конструкторы удлиняют перья цепи, так что центр тяжести (который в противном случае был бы дальше назад над колесом) более идеально переносится на середину рамы велосипеда. Более длинная колесная база способствует эффективному поглощению ударов. В современных массовых туристических и комфортных велосипедах угол наклона подседельной трубы незначительно меньше, возможно, для того, чтобы снизить производственные затраты за счет исключения необходимости переустановки сварочных кондукторов в автоматизированных процессах, и, таким образом, они не обеспечивают комфорта традиционных или изготовленных на заказ рам, которые имеют заметно меньшие углы наклона подседельной трубы.
Велосипеды для шоссейных гонок , которые используются в гонках, одобренных UCI, регулируются правилами UCI , которые среди прочего гласят, что рама должна состоять из двух треугольников. Поэтому конструкции, в которых отсутствует подседельная труба или верхняя труба, не допускаются.
.jpg/1280px-Cyclist_itt_cyfac(2).jpg)
Рамы, предназначенные для триатлона или гонок на время, поворачивают велосипедиста вперед вокруг оси каретки велосипеда по сравнению со стандартной рамой шоссейного велосипеда. Это делается для того, чтобы поместить велосипедиста в еще более низкое, более аэродинамическое положение. Хотя управляемость и устойчивость снижаются, эти велосипеды предназначены для езды в условиях, где меньше аспектов групповой езды. Эти рамы, как правило, имеют крутые углы подседельной трубы и низкие рулевые трубы, а также более короткую колесную базу для правильного досягаемости от седла до руля. Кроме того, поскольку они не регулируются UCI, некоторые велосипеды для триатлона, такие как Zipp 2001 , Cheetah и Softride, имеют нетрадиционную компоновку рамы, которая может обеспечить лучшую аэродинамику.
Рамы для треков имеют много общего с рамами для шоссейных и гоночных велосипедов на время, но поставляются с горизонтальными, обращенными назад, задними вилочными концами [40] , а не с дропаутами [41] , чтобы можно было регулировать положение заднего колеса по горизонтали для установки правильного натяжения цепи. Расстояние между задними втулками составляет 120 миллиметров (4,7 дюйма), а не 130 миллиметров (5,1 дюйма) или больше для шоссейных рам. Опускание каретки меньше, обычно 50–60 миллиметров (2,0–2,4 дюйма). Кроме того, угол наклона подседельной трубы круче, чем на шоссейных гоночных велосипедах.
Для комфорта езды и лучшей управляемости часто используются амортизаторы ; существует ряд вариантов, включая модели с полной подвеской , которые обеспечивают амортизацию для передних и задних колес; и модели только с передней подвеской ( хардтейлы ), которые имеют дело только с ударами, возникающими от переднего колеса. Разработка сложных систем подвески в 1990-х годах быстро привела к многочисленным модификациям классической ромбовидной рамы.
Последние [ когда? ] горные велосипеды с задними подвесками имеют поворотный задний треугольник для приведения в действие заднего амортизатора. Существует много вариаций производителей в конструкции рам двухподвесных горных велосипедов, а также различные конструкции для разных целей езды.
Велосипеды Roadster традиционно имеют довольно слабый угол подседельной трубы и рулевой трубы около 66 или 67 градусов, что обеспечивает очень удобную и прямую позу для езды «sit-up-and-beg». Другие характеристики включают длинную колесную базу, более 40 дюймов (часто от 43 до 47 дюймов или 57 дюймов для длинного велосипеда ), и длинный наклон вилки, часто около 3 дюймов (76 мм по сравнению с 40 мм для большинства шоссейных велосипедов). Этот стиль рамы возродил популярность в последние годы из-за его большего комфорта по сравнению с горными велосипедами или шоссейными велосипедами. Разновидностью этого типа велосипеда является «спортивный родстер» (также известный как «легкий родстер»), который обычно имеет более легкую раму и немного более крутой угол подседельной трубы и рулевой трубы около 70-72 градусов.
Исторически наиболее распространенным материалом для трубок велосипедной рамы была сталь. Стальные рамы могут быть изготовлены из различных марок стали, от очень недорогой углеродистой стали до более дорогих и высококачественных хромомолибденовых стальных сплавов . Рамы также могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов, титана, углеродного волокна и даже бамбука и картона . Иногда ромбовидные (формованные) рамы были сформированы из секций, отличных от труб. К ним относятся двутавровые балки и монокок . Материалы, которые использовались в этих рамах, включают дерево (цельное или ламинированное ), магний ( литые двутавровые балки) и термопластик . Несколько свойств материала помогают решить, подходит ли он для конструкции велосипедной рамы:
Конструкция труб и геометрия рамы позволяют преодолеть многие из предполагаемых недостатков этих конкретных материалов.
Материалы рам перечислены по общности использования.
Стальные рамы часто изготавливаются с использованием различных типов стальных сплавов, включая хромомолибден . Они прочные, простые в обработке и относительно недорогие. Однако они плотнее (и, следовательно, обычно тяжелее), чем многие другие конструкционные материалы. Обычно (по состоянию на 2018 год, в гибридных городских велосипедах) для вилок используется сталь, даже если остальная часть рамы сделана из другого материала, поскольку сталь обеспечивает лучшее гашение вибраций . [23]
Классический тип конструкции как для шоссейных, так и для горных велосипедов использует стандартные цилиндрические стальные трубы, которые соединены с проушинами . Проушины представляют собой фитинги, сделанные из более толстых кусков стали. Трубы вставляются в проушины, которые окружают конец трубы, а затем припаиваются к проушине. Исторически сложилось так, что более низкие температуры, связанные с пайкой (в частности, серебряной пайкой), оказывали меньшее негативное влияние на прочность труб, чем высокотемпературная сварка, что позволяло использовать относительно легкие трубы без потери прочности. Недавние достижения в металлургии (« сталь, закаливаемая на воздухе ») создали трубы, которые не подвергаются неблагоприятному воздействию или свойства которых даже улучшаются при высоких температурах сварки, что позволило как сварке TIG, так и MIG оттеснить конструкцию с проушинами во всех, кроме нескольких высококлассных велосипедах. Более дорогие велосипеды с рамой с проушинами имеют проушины, которые вручную придаются причудливой форме — как для экономии веса, так и в качестве признака мастерства. В отличие от сварных рам MIG или TIG, рама с проушинами может быть легче отремонтирована в полевых условиях из-за ее простой конструкции. Кроме того, поскольку стальные трубы могут ржаветь (хотя на практике краска и антикоррозионные спреи могут эффективно предотвратить ржавчину), рама с проушинами позволяет быстро заменять трубы практически без физического повреждения соседних труб. [42] [43]
Более экономичный метод изготовления рамы велосипеда использует цилиндрические стальные трубы, соединенные сваркой TIG , которая не требует проушин для удержания труб вместе. Вместо этого трубы рамы точно выравниваются в зажимное приспособление и фиксируются на месте до завершения сварки. Пайка угловым припоем — еще один метод соединения труб рамы без проушин. Он более трудоемкий и, следовательно, менее вероятно будет использоваться для производства рам. Как и при сварке TIG, трубы рамы с филе точно надрезаются или скошены [ 44] [45] , а затем на соединение припаивается филе из латуни, аналогично процессу изготовления с проушинами. Рама с паяным филе может достичь большего эстетического единства (гладкий изогнутый вид), чем сварная рама.
Среди стальных рам использование стыкованных труб снижает вес и увеличивает стоимость. Стыковка означает, что толщина стенки трубы меняется от толстой на концах (для прочности) до более тонкой в середине (для облегчения веса).
Более дешевые стальные рамы велосипедов изготавливаются из мягкой стали, также называемой высокопрочной сталью , например, из той, которая может использоваться для производства автомобилей или других обычных предметов. Однако более качественные рамы велосипедов изготавливаются из высокопрочных стальных сплавов (обычно хромомолибденовых или «хромолибденовых» стальных сплавов) , которые могут быть превращены в легкие трубы с очень тонкими стенками. Одной из самых успешных старых сталей была Reynolds « 531» , марганцево -молибденовая легированная сталь. Сейчас более распространена 4130 ChroMoly или аналогичные сплавы. Reynolds и Columbus — два самых известных производителя велосипедных труб. Несколько велосипедов среднего качества использовали эти стальные сплавы только для некоторых труб рамы. Примером может служить Schwinn Le tour (по крайней мере, некоторые модели), в котором использовалась хромолибденовая сталь для верхней и нижней труб, но использовалась сталь более низкого качества для остальной части рамы.
Высококачественная стальная рама обычно легче обычной стальной рамы. При прочих равных условиях эта потеря веса может улучшить характеристики ускорения и подъема велосипеда.
Если этикетка на трубке утеряна, высококачественную (хромолибденовую или марганцевую) стальную раму можно распознать, резко постукивая по ней ногтем. Высококачественная рама издаст звон, похожий на колокольчик, тогда как рама из обычной стали издаст глухой стук. Их также можно распознать по весу (около 2,5 кг для рамы и вилок) и типу используемых выступов и концов вилок.
Алюминиевые сплавы имеют меньшую плотность и меньшую прочность по сравнению со стальными сплавами; однако они обладают лучшим соотношением прочности к весу, что дает им заметные преимущества по весу по сравнению со сталью. Ранние алюминиевые конструкции оказались более уязвимыми к усталости , либо из-за неэффективных сплавов, либо из-за несовершенной техники сварки. Это контрастирует с некоторыми стальными и титановыми сплавами, которые имеют четкие пределы усталости и их легче сваривать или паять вместе. Однако некоторые из этих недостатков с тех пор были смягчены более квалифицированной рабочей силой, способной производить более качественные сварные швы, автоматизацией и большей доступностью современных алюминиевых сплавов. Привлекательное соотношение прочности к весу алюминия по сравнению со сталью и определенные механические свойства обеспечивают ему место среди предпочтительных материалов для каркасного строительства.
Популярными сплавами для велосипедных рам являются алюминий 6061 и алюминий 7005 .
Самый популярный тип конструкции сегодня использует трубы из алюминиевого сплава, которые соединяются между собой сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG) . Сварные алюминиевые рамы для велосипедов начали появляться на рынке только после того, как этот тип сварки стал экономичным в 1970-х годах.
Алюминий имеет иную оптимальную толщину стенки к диаметру трубки, чем сталь. Он наиболее прочен при соотношении около 200:1 (диаметр:толщина стенки), тогда как сталь составляет лишь малую долю от этого. Однако при таком соотношении толщина стенки будет сопоставима с толщиной стенки банки для напитков, слишком хрупкой для ударов. Таким образом, алюминиевая трубка для велосипеда является компромиссом, предлагая соотношение толщины стенки к диаметру, которое не обеспечивает максимальной эффективности, но дает нам увеличенную трубку с более разумными аэродинамически приемлемыми пропорциями и хорошей устойчивостью к ударам. Это приводит к раме, которая значительно жестче, чем стальная. Хотя многие гонщики утверждают, что стальные рамы обеспечивают более плавную езду, чем алюминиевые, потому что алюминиевые рамы спроектированы так, чтобы быть более жесткими, это утверждение сомнительно: сама рама велосипеда чрезвычайно жесткая по вертикали, потому что она сделана из треугольников. И наоборот, этот самый аргумент ставит под сомнение утверждение об алюминиевых рамах, имеющих большую вертикальную жесткость. [46] С другой стороны, боковая и скручивающая (торсионная) жесткость улучшает ускорение и управляемость в некоторых обстоятельствах.
Алюминиевые рамы, как правило, считаются более легкими, чем стальные, хотя это не всегда так. Алюминиевая рама низкого качества может быть тяжелее, чем стальная рама высокого качества. Стыковые алюминиевые трубы — где толщина стенки средних секций сделана тоньше, чем конечных секций — используются некоторыми производителями для экономии веса. Некруглые трубы используются по разным причинам, включая жесткость, аэродинамику и маркетинг. Различные формы фокусируются на одной или другой из этих целей и редко достигают всех.
Титан является относительно специализированным материалом для велосипедных рам. Он обладает многими желаемыми характеристиками, включая высокую удельную прочность , высокий предел усталости и отличную коррозионную стойкость. [47] Хотя титан не такой легкий, как углеродное волокно, он может обеспечить более приятное качество езды, что делает этот материал популярным среди велосипедистов, которые ценят комфорт больше, чем производительность. [48] [49] Однако титан имеет высокую стоимость материала и его сложнее обрабатывать, чем сталь или алюминий, что приводит к относительно дорогим рамам по сравнению со сталью, алюминием и углеродным волокном. [48] [49]
Титановые рамы обычно используют титановые сплавы и трубки, которые изначально были разработаны для аэрокосмической промышленности. Наиболее часто используемый сплав на титановых рамах велосипедов — 3AL-2.5V (3,5% алюминия и 2,5% ванадия ), за которым следует 6AL-4V (6% алюминия и 4% ванадия). Некоторые производители экспериментируют с другими сплавами, разработанными специально для велоспорта. [47] [49] Трубки можно подвергать холодной вытяжке и гидроформовке в различные формы, а также они позволяют использовать внутреннюю проводку. [50] Сварка обычно выполняется в инертных условиях для защиты сварных швов от окисления. [48] [50]
Композит из углеродного волокна является популярным неметаллическим материалом, обычно используемым для велосипедных рам. [51] [52] [53] [54] Несмотря на свою дороговизну, он легкий, устойчив к коррозии и прочен, и ему можно придать практически любую желаемую форму. Результатом является рама, которую можно точно настроить для определенной прочности там, где это необходимо (чтобы выдерживать усилия педалирования), при этом обеспечивая гибкость в других секциях рамы (для комфорта). Индивидуальные велосипедные рамы из углеродного волокна могут даже быть спроектированы с отдельными трубками, которые прочны в одном направлении (например, в поперечном направлении), но податливы в другом направлении (например, в вертикальном направлении). Возможность спроектировать индивидуальную композитную трубку со свойствами, которые различаются в зависимости от ориентации, не может быть достигнута с любой конструкцией металлической рамы, обычно находящейся в производстве. [55] Некоторые рамы из углеродного волокна используют цилиндрические трубки, которые соединены с помощью клея и выступов, методом, несколько аналогичным стальной раме с выступами. Другой тип рам из углеродного волокна изготавливается как единое целое, называемое конструкцией монокока .
В одной серии испытаний, проведенных Santa Cruz Bicycles , было показано, что для конструкции рамы с идентичной формой и почти аналогичным весом, карбоновая рама значительно прочнее алюминия, когда подвергается общей силовой нагрузке (подвергая раму как растяжению, так и сжатию), и ударной прочности. [56] Хотя карбоновые рамы могут быть легкими и прочными, они могут иметь более низкую ударопрочность по сравнению с другими материалами и могут быть подвержены повреждениям при падении или неправильном обращении. Трещины и поломки могут возникнуть в результате столкновения, а также из-за чрезмерного затягивания или неправильной установки компонентов. [57] Было высказано предположение, что эти материалы могут быть уязвимы к усталостному разрушению, процессу, который происходит при использовании в течение длительного периода времени, [58] хотя это часто ограничивается межслойными трещинами или трещинами в клее на соединениях, где напряжения можно хорошо контролировать с помощью хорошей практики проектирования. Сломанные карбоновые рамы можно отремонтировать, но из-за проблем безопасности это должны делать только профессиональные фирмы в соответствии с самыми высокими стандартами. [59]
Многие гоночные велосипеды, созданные для индивидуальных гонок на время и триатлонов, используют композитную конструкцию, поскольку рама может быть сформирована с аэродинамическим профилем, невозможным с цилиндрическими трубами, или была бы чрезмерно тяжелой в других материалах. Хотя этот тип рамы на самом деле может быть тяжелее других, ее аэродинамическая эффективность может помочь велосипедисту достичь более высокой общей скорости.
Помимо углеродного волокна, в матрицу могут быть добавлены и другие материалы, например, металлический бор , для дальнейшего повышения жесткости. [ требуется ссылка ] В некоторых новых рамах высокого класса в углеродные переплетения включаются кевларовые волокна для улучшения гашения вибрации и ударной прочности, особенно в нижних трубах, перьях рамы и нижних перьях рамы.
Термопластики — это категория полимеров, которые можно повторно нагревать и изменять форму, и существует несколько способов их использования для создания велосипедной рамы. Одной из реализаций термопластиковых велосипедных рам являются по сути рамы из углеродного волокна с волокнами, встроенными в термопластичный материал, а не в более распространенные термореактивные эпоксидные материалы. GT Bicycles была одним из первых крупных производителей, которые начали производить термопластиковую раму с рамами STS System в середине 1990-х годов. Углеродные волокна были свободно сплетены в трубку вместе с волокнами термопластика. Эта трубка была помещена в форму с пузырем внутри, который затем был надут, чтобы заставить углеродную и пластиковую трубку прижаться к внутренней части формы. Затем форма была нагрета, чтобы расплавить термопластик. После того, как термопластик остыл, его извлекли из формы в его окончательной форме.
Несколько велосипедных рам изготавливаются из магния , плотность которого составляет около 64% плотности алюминия. В 1980-х годах инженер Фрэнк Кирк разработал новую форму рамы, которая была отлита под давлением как единое целое и состояла из двутавровых балок, а не труб. В Великобритании была основана компания Kirk Precision Ltd для производства рам как для шоссейных, так и для горных велосипедов с использованием этой технологии. Однако, несмотря на некоторый ранний коммерческий успех, возникли проблемы с надежностью, и производство было остановлено в 1992 году. [60] Небольшое количество современных магниевых рам, находящихся в производстве, изготавливается традиционным способом с использованием труб. [61]
Некоторые производители велосипедов изготавливают рамы из алюминиевых сплавов, содержащих скандий , который в маркетинговых целях обычно называют просто скандием, хотя содержание Sc составляет менее 0,5%. Скандий улучшает сварочные характеристики некоторых алюминиевых сплавов, обеспечивая превосходную усталостную прочность, что позволяет использовать трубы меньшего диаметра, обеспечивая большую гибкость конструкции рамы.
American Bicycle Manufacturing из Сент-Клауда, штат Миннесота, некоторое время предлагала раму из бериллиевых трубок (приклеенных к алюминиевым выступам) по цене 26 000 долларов. Сообщалось, что езда была очень жесткой, но рама также была очень гибкой в поперечном направлении. [62]
Несколько рам велосипедов были сделаны из бамбуковых трубок, соединенных металлическими или композитными столярными изделиями. Эстетическая привлекательность часто была таким же мотивирующим фактором, как и механические характеристики. [63] [64]
Несколько велосипедных рам были сделаны из дерева, как цельного, так и ламинированного. Хотя один из них выдержал 265 изнурительных километров гонки Париж-Рубэ , эстетическая привлекательность часто была таким же мотивирующим фактором, как и характеристики езды. [65] Дерево используется для изготовления велосипедов в Восточной Африке. [66] Картон также использовался для изготовления велосипедных рам. [67]
Комбинирование различных материалов может обеспечить желаемую жесткость, податливость или амортизацию в различных областях лучше, чем это может быть достигнуто с помощью одного материала. Комбинированные материалы обычно представляют собой углеродное волокно и металл, будь то сталь, алюминий или титан. Одна из реализаций этого подхода включает металлическую нижнюю трубу и нижние перья с карбоновой верхней трубой, подседельной трубой и нижними перьями. [68] Другая — металлический главный треугольник и нижние перья только с карбоновыми верхними перьями. [69] Карбоновые вилки стали очень распространены на гоночных велосипедах с рамами из всех материалов. [70]
В статье о типах велосипедов описаны дополнительные разновидности.
Трубы с баттингом имеют увеличенную толщину около соединений для прочности, сохраняя при этом низкий вес с более тонким материалом в других местах. Например, тройной баттинг означает, что труба, обычно из алюминиевого сплава, имеет три разных толщины, с более толстыми секциями на конце, где они свариваются. Тот же материал может использоваться в рулях.
Различные мелкие детали — монтажные отверстия для флягодержателя , выступы переключателя передач , ограничители тросов , штифты насоса , направляющие тросов и т. д. — описываются как припаянные, поскольку изначально они были, а иногда и до сих пор припаяны . [71]
Многие велосипеды, особенно горные, имеют подвеску.
В их ассортимент из семнадцати моделей входит женский велосипед с открытой рамой.
Другие названия велосипедов с дополнительной усиливающей трубкой — балочная рама или ферменная рама.
Велосипед RoundTail представлен на обложке январского номера журнала Road Bike Action Magazine — одного из крупнейших международных изданий о велосипедах с мировым тиражом 90 000 экземпляров.[ постоянная мертвая ссылка ]
cross-bar, n. 1. а. Поперечный стержень; стержень, помещенный или закрепленный поперек другого стержня или части конструкции. спец. Горизонтальный стержень рамы велосипеда
При использовании на велосипеде с неподрессоренным задним колесом подседельная труба с поперечным рычагом фактически добавляет жесткость в неправильном направлении — вертикальную, а не поперечную жесткость.
