Велосипедная рама — это основная деталь велосипеда , на которую крепятся колеса и другие узлы . Современная и наиболее распространенная конструкция рамы вертикального велосипеда основана на конструкции безопасного велосипеда и состоит из двух треугольников : основного треугольника и парного заднего треугольника. Это известно как ромбовидная рамка . [1] Рамы должны быть прочными, жесткими и легкими, что достигается за счет сочетания различных материалов и форм.
Рама состоит из рамы и вилки велосипеда, а иногда и из рулевой колонки и подседельного штыря . [2] Производители рам часто производят раму и вилку вместе как парный комплект.
Помимо повсеместно распространенной ромбовидной рамы, [1] для велосипеда было разработано множество различных типов рам, некоторые из которых до сих пор широко используются.
В ромбовидной раме основной «треугольник» на самом деле не является треугольником, поскольку он состоит из четырех трубок: рулевой, верхней, нижней и подседельной трубы. Задний треугольник состоит из подседельной трубы, соединенной парными перьями цепи и перьями сиденья.
Головная трубка содержит гарнитуру , интерфейс с вилкой . Верхняя труба соединяет рулевую трубу с подседельной трубой вверху. Верхняя труба может быть расположена горизонтально (параллельно земле) или может быть наклонена вниз к подседельной трубе для увеличения свободного пространства при стоянке. Нижняя труба соединяет рулевую трубу с корпусом каретки .
Задний треугольник соединяется с концами задней вилки , к которым прикреплено заднее колесо. Он состоит из подседельной трубы и парных нижних перьев и подседельных перьев. Перья цепи соединяют нижний кронштейн с концами задней вилки. Перья сиденья соединяют верхнюю часть подседельной трубы (часто в той же точке, что и верхняя труба, или рядом с ней) с концами задней вилки.
Исторически сложилось так, что рамы велосипедов, предназначенные для женщин, имели верхнюю трубу, которая соединялась с подседельной трубой посередине, а не сверху, что приводило к меньшей высоте стойки. Это должно было позволить всаднику спешиться в юбке или платье . С тех пор эта конструкция используется в универсальных велосипедах унисекс для облегчения монтажа и демонтажа, а также известна как сквозная рама или открытая рама. [3] Другой стиль, который дает аналогичные результаты, — это миксте .
В консольной раме велосипеда перья сиденья продолжаются за подседельным штырем и изгибаются вниз, чтобы встретиться с нижней трубой. [4] Консольные рамы популярны на круизных велосипедах , лоурайдерах и велосипедах на колесах . Во многих консольных рамах единственными прямыми трубками являются подседельная труба и рулевая труба.
В лежачем велосипеде шатуны перемещаются вперед от гонщика, а не под ним, что в целом улучшает обтекание велосипедиста без характерного резкого изгиба в талии, который используется гонщиками на велосипедах с ромбовидной рамой. Запрещено участвовать в велогонках во Франции в 1934 году, чтобы не сделать велосипеды с ромбовидной рамой устаревшими для гонок, [5] производство лежачих велосипедов оставалось в упадке еще полвека, но к 2000 году многие модели от ряда производителей были доступны.
На необычном велосипеде лежа шатуны перемещаются к задней части гонщика, что приводит к посадке с головой вперед и грудью вниз.
Поперечная рама состоит в основном из двух трубок, образующих крест: подседельную трубу от каретки до седла и опорную трубу от рулевой трубы до задней ступицы. [6]
В ферменной раме для формирования фермы используются дополнительные трубы . [7] Примеры включают Humbers , Pedersens и тот, что на фото.
Каркас- монокок состоит только из полой оболочки без внутренней конструкции. [8]
.jpg/1280px-Skat_Prokat_Bike_Shop_-_ready_for_our_White_Nights_bike_tour_(18459478265).jpg)
Складные велосипедные рамы характеризуются возможностью складываться в компактную форму для транспортировки или хранения.
Пенни-фартинговые рамы характеризуются большим передним колесом и маленьким задним колесом. [9] [10]
Тандемные и общительные рамы поддерживают несколько гонщиков.
Существует множество вариаций базовой конструкции ромбовидной оправы.
В статье о типах циклов описаны дополнительные варианты.
Также возможно добавить соединители либо во время производства, либо в качестве модернизации, чтобы раму можно было разобрать на более мелкие части для облегчения упаковки и транспортировки.
Ромбовидная рамка состоит из двух треугольников: главного треугольника и парного заднего треугольника. Главный треугольник состоит из рулевой трубы, верхней трубы, нижней трубы и подседельной трубы. Задний треугольник состоит из подседельной трубы, спаренных нижних перьев и подседельных перьев.
В рулевой трубе находится рулевая колонка, подшипники вилки через рулевую трубу . В интегрированной гарнитуре картриджные подшипники сопрягаются непосредственно с поверхностью на внутренней стороне рулевой трубы, в неинтегрированных гарнитурах подшипники (в картридже или без нее) сопрягаются с «чашками», запрессованными в рулевую трубу.
Верхняя труба [ 17] или поперечина [ 18 ] соединяют верхнюю часть рулевой трубы с верхней частью подседельной трубы.
В ромбовидной оправе традиционной геометрии верхняя труба расположена горизонтально (параллельно земле). В раме с компактной геометрией верхняя труба обычно наклонена вниз к подседельной трубе для дополнительного зазора при стоянке. 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 угловых трубок, альтернативной конструкции рамы или других материалов для обеспечения эквивалентной прочности. [19] [20] [21] ( Дополнительную информацию о геометрии см. в разделе «Шоссейные велосипеды и велосипеды для триатлона ») .
Сквозные рамы обычно имеют верхнюю трубу, которая круто спускается вниз, чтобы водителю было легче садиться на велосипед и слезать с него. Альтернативные сквозные конструкции могут включать полный отказ от верхней трубы, как в конструкциях монокока основной рамы с использованием отдельной или шарнирной подседельной трубы, а также сдвоенные верхние трубы, которые продолжаются до концов задней вилки, как в случае с рамой Mixte . Эти альтернативы ромбовидной оправе обеспечивают большую универсальность, хотя и за счет дополнительного веса для достижения эквивалентной прочности и жесткости. [19] [20]
Кабели управления прокладываются вдоль креплений на верхней трубе, а иногда и внутри верхней трубы. Чаще всего это трос заднего тормоза, но на некоторых горных и гибридных велосипедах трос переднего и заднего переключателя также прокладывается вдоль верхней трубы. Внутренняя прокладка, которая когда-то присутствовала только в самых высоких ценовых диапазонах, защищает кабели от повреждений и загрязнений, которые могут, например, сделать переключение передач ненадежным. [22]
Пространство между верхней трубой и пахом водителя, сидящего на велосипеде верхом и стоящего на земле, называется зазором. Общая высота от земли до этой точки называется рычагом высоты.
Нижняя труба соединяет рулевую трубу с корпусом каретки. На гоночных велосипедах, а также на 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 более новых они крепятся тормозными рычагами на руле.
Крепления для флягодержателей также находятся на нижней трубе, обычно на верхней стороне, иногда и на нижней стороне. Помимо флягодержателей на эти крепления можно также установить небольшие воздушные насосы.
Подседельная труба содержит подседельный штырь велосипеда, который соединяется с седлом. Высоту седла можно регулировать, меняя глубину вставки подседельного штыря в подседельную трубу. На некоторых велосипедах это достигается с помощью быстроразъемного рычага. Подседельный штырь должен быть вставлен как минимум на определенную длину; это отмечено знаком минимальной вставки .
Подседельная труба также может иметь припаянные крепления для флягодержателя или переднего переключателя .
Перья цепи проходят параллельно цепи, соединяя корпус каретки (который удерживает ось, вокруг которой вращаются педали и шатуны) с концами или дропаутами задней вилки. Более короткое перо цепи обычно означает, что велосипед будет ускоряться быстрее и на нем будет легче ездить в гору, по крайней мере, при этом водитель сможет избежать потери контакта переднего колеса с землей. [22]
Если трос заднего переключателя частично проложен вдоль нижней трубы, он также проходит вдоль нижнего пера. Иногда (в основном на рамах, выпущенных с конца 1990-х годов) к перьям цепи прикрепляются крепления для дисковых тормозов. Может быть небольшая распорка, которая соединяет перья цепи перед задним колесом и за корпусом каретки.
Перья цепи могут быть сконструированы с использованием конических или неконических трубок. Они могут быть облегченными, овальными, гофрированными, S-образными или приподнятыми, чтобы обеспечить дополнительный зазор для заднего колеса, цепи, шатунов или пятки стопы.
Перья сиденья соединяют верхнюю часть подседельной трубы (часто в той же точке, что и верхняя труба, или рядом с ней) с дропаутами задней вилки. В традиционной раме используется простой набор параллельных труб, соединенных перемычкой над задним колесом. Когда трос заднего переключателя частично проложен вдоль верхней трубы, он также обычно проходит вдоль перья сиденья.
За прошедшие годы было предложено множество альтернатив традиционной конструкции сиденья. Стиль подседельной трубы, который выступает вперед от подседельной трубы, ниже заднего конца верхней трубы и соединяется с верхней трубой перед подседельной трубой, образуя небольшой треугольник, называется эллинским пером в честь британского производителя каркасов Фреда. Hellens, представившие их в 1923 году. [23] Греческие опоры сидений добавляют эстетическую привлекательность за счет дополнительного веса. Этот стиль крепления сиденья был снова популяризирован в конце 20-го века компанией GT Bicycles (под прозвищем «тройной треугольник»), которая включила этот элемент дизайна в свои рамы BMX, поскольку это также привело к гораздо более жесткому заднему треугольнику (преимущество). в гонках); по тем же причинам этот элемент дизайна также использовался в рамах горных велосипедов.
В 2012 году компания Volagi Cycles запатентовала вариант традиционного сиденья, который обходит подседельную трубу и соединяется дальше с верхней трубой . [24] Этот элемент рамы увеличил длину традиционной конструкции перьев сиденья, сделав езду более мягкой в ущерб жесткости рамы.
Другой распространенный вариант перьев сиденья — это поперечный рычаг , одинарное сиденье или моноперение , [25] которое соединяет перья прямо над задним колесом в однотрубку, которая соединяется с подседельной трубой. Конструкция с поперечными рычагами добавляет вертикальную жесткость без увеличения поперечной жесткости, что обычно является нежелательной чертой для велосипедов с неподрессоренными задними колесами. [26] Конструкция поперечных рычагов наиболее подходит при использовании в качестве части заднего треугольного подрамника на велосипеде с независимой задней подвеской.
Под двойными перьями понимаются перья сиденья, которые соединяются с передним треугольником велосипеда в двух отдельных точках, обычно расположенных бок о бок.
Перья сиденья фастбэк соприкасаются с подседельной трубой сзади, а не по бокам трубы. [27]
В большинстве перьев сидений обычно используется перемычка или распорка для соединения перьев над задним колесом и ниже соединения с подседельной трубой. Помимо обеспечения поперечной жесткости, этот мост служит точкой крепления задних тормозов, крыльев и стоек. Сами перья сиденья также могут быть оснащены креплениями для тормозов. Крепления тормозов часто отсутствуют в перьях сидений велосипедов с фиксированной передачей или трековых велосипедов.
Оболочка каретки представляет собой короткую трубку большого диаметра по сравнению с другими трубками рамы, которая проходит из стороны в сторону и удерживает каретку . Обычно он имеет резьбу, часто левую на правой (ведущей) стороне велосипеда, чтобы предотвратить ослабление из-за прецессии, вызванной раздражением , и правую резьбу на левой (неприводной) стороне. Существует множество вариантов, например, эксцентриковая каретка, позволяющая регулировать натяжение велосипедной цепи. Обычно он больше, не имеет резьбы и иногда разделен. Перья цепи, подседельная труба и нижняя труба обычно соединяются с корпусом каретки.
Существует несколько традиционных стандартных ширин корпуса (68, 70 или 73 мм). [28] Шоссейные велосипеды обычно используют диаметр 68 мм; В итальянских шоссейных велосипедах используется диаметр 70 мм; В горных велосипедах ранних моделей используется диаметр 73 мм; в более поздних моделях (1995 года и новее) чаще используется 68 мм. Некоторые современные велосипеды имеют ширину корпуса 83 или 100 мм и предназначены для специализированного катания на горных велосипедах или снегоходах . Ширина корпуса влияет на добротность или протектор велосипеда. Существует несколько стандартных диаметров корпуса (34,798–36 мм) с соответствующим шагом резьбы (24–28 витков на дюйм).
На некоторых велосипедах с коробкой передач корпус каретки может быть заменен встроенной коробкой передач или местом установки съемной коробки передач.
Длина трубок и углы их крепления определяют геометрию рамы . Сравнивая рамы различной геометрии, конструкторы часто сравнивают угол подседельной трубы, угол рулевой трубы, (виртуальную) длину верхней трубы и длину подседельной трубы. Чтобы завершить настройку велосипеда для использования, гонщик регулирует взаимное расположение седла, педалей и руля:
Геометрия рамы зависит от предполагаемого использования. Например, на шоссейном велосипеде руль будет располагаться ниже и дальше от седла, обеспечивая более пригнутое положение при езде; тогда как универсальный велосипед подчеркивает комфорт и имеет более высокий руль, что обеспечивает вертикальную посадку.
Геометрия рамы также влияет на управляемость. Дополнительную информацию см. в статьях 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 (около 18,5 дюйма) для мужского горного велосипеда . Более широкий диапазон геометрии рам, который существует сейчас, также привел к появлению других методов измерения размера рамы. [38] Туристические рамы, как правило, длиннее, а гоночные более компактны.
Шоссейный гоночный велосипед спроектирован для эффективной передачи мощности при минимальном весе и лобовом сопротивлении. В общих чертах геометрия шоссейных велосипедов подразделяется либо на традиционную геометрию с горизонтальной верхней трубой, либо на компактную геометрию с наклонной верхней трубой.
Дорожные рамы традиционной геометрии часто ассоциируются с большим комфортом и большей устойчивостью и, как правило, имеют более длинную колесную базу, что способствует достижению этих двух аспектов. Компактная геометрия позволяет верхней части рулевой трубы находиться над верхней частью подседельной трубы, что уменьшает высоту стойки и, таким образом, увеличивает зазор стойки и снижает центр тяжести. Мнения относительно ездовых качеств компактной рамы разделились, но некоторые производители заявляют, что уменьшенный диапазон размеров может подойти большинству гонщиков и что легче построить раму без идеально ровной верхней трубы.
Дорожные велосипеды для гонок, как правило, имеют более крутой угол подседельной трубы , измеренный от горизонтальной плоскости. Это аэродинамически позиционирует гонщика и, возможно, занимает более сильную позицию для удара. Компромисс – комфорт. Туристические и комфортные велосипеды традиционно имеют более слабый (менее вертикальный) угол подседельной трубы. Это лучше позиционирует гонщика на седалищных костях и снимает вес с запястий, рук и шеи, а у мужчин улучшает кровообращение в мочевой и репродуктивной областях. Используя более слабый угол, дизайнеры удлиняют перья цепи так, чтобы центр тяжести (который в противном случае находился бы дальше назад над колесом) более идеально переместился на середину рамы велосипеда. Более длинная колесная база способствует эффективной амортизации. В современных туристических и комфортных велосипедах массового производства угол подседельной трубы незначительно меньше, возможно, для того, чтобы снизить производственные затраты за счет исключения необходимости переналадки сварочных приспособлений в автоматизированных процессах и, таким образом, не обеспечить комфорт традиционно изготовленных или изготовленных на заказ велосипедов. - изготовленные рамы с заметно меньшими углами подседельной трубы.
Велосипеды для шоссейных гонок, используемые в гонках, санкционированных UCI, регулируются правилами UCI , которые, среди прочего, гласят, что рама должна состоять из двух треугольников. Следовательно, конструкции, в которых отсутствует подседельная или верхняя труба, не допускаются.
.jpg/1280px-Cyclist_itt_cyfac(2).jpg)
Рамы, предназначенные для триатлона или гонок на время, вращают гонщика вперед вокруг оси каретки велосипеда по сравнению со стандартной рамой шоссейного велосипеда. Это сделано для того, чтобы поставить гонщика в еще более низкое и аэродинамическое положение. Несмотря на то, что управляемость и устойчивость ухудшаются, эти велосипеды предназначены для езды в условиях с меньшим количеством групповых катаний. Эти рамы, как правило, имеют крутые углы наклона подседельной трубы, низкую рулевую трубу и более короткую колесную базу для правильного доступа от седла к рулю. Кроме того, поскольку они не регулируются UCI, некоторые триатлонные велосипеды, такие как Zipp 2001 , Cheetah и Softride, имеют нетрадиционную компоновку рамы, которая может обеспечить лучшую аэродинамику.
Гусеничные рамы имеют много общего с шоссейными рамами и рамами для гонок на время, но имеют горизонтальные обращенные назад концы задней вилки [39] , а не дропауты [40] , что позволяет регулировать положение заднего колеса по горизонтали для установки правильное натяжение цепи. Расстояние между задними ступицами составляет 120 миллиметров (4,7 дюйма), а не 130 миллиметров (5,1 дюйма) или более для дорожных рам. Перепад каретки меньше, обычно 50–60 миллиметров (2,0–2,4 дюйма). Кроме того, угол подседельной трубы круче, чем на шоссейных гоночных велосипедах.
Для комфорта езды и лучшей управляемости часто используются амортизаторы ; существует ряд вариантов, в том числе модели с полной подвеской , обеспечивающие амортизацию передних и задних колес; и модели только с передней подвеской ( хардтейлы ), которые справляются только с ударами, возникающими от переднего колеса. Развитие сложных систем подвески в 1990-х годах быстро привело к множеству модификаций классической ромбовидной рамы.
Недавние [ когда? ] горные велосипеды с задней подвеской имеют поворотный задний треугольник для приведения в действие заднего амортизатора. Конструкции рам горных велосипедов с полной подвеской различаются производителями, а также разные конструкции для разных целей катания.
Велосипеды-родстеры традиционно имеют довольно слабую подседельную трубу и угол наклона рулевой трубы около 66 или 67 градусов, что обеспечивает очень удобную и вертикальную посадку при езде «сидеть и просить милостыню». Другие характеристики включают длинную колесную базу, превышающую 40 дюймов (часто от 43 до 47 дюймов или 57 дюймов для лонгбайка ) , и длинный передний угол вилки, часто около 3 дюймов (76 мм по сравнению с 40 мм для большинства шоссейных велосипедов). В последние годы популярность этого типа рамы возродилась из-за большего комфорта по сравнению с горными 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 наклона подседельной трубы и рулевой трубы примерно от 70 до 72 градусов.
Исторически сложилось так, что наиболее распространенным материалом для труб рамы велосипеда была сталь. Стальные рамы могут быть изготовлены из различных марок стали: от очень недорогой углеродистой стали до более дорогих и высококачественных сплавов хромомолибденовой стали . Рамы также могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов, титана, углеродного волокна и даже бамбука и картона . Иногда ромбовидные (образные) рамы изготавливаются не из трубок, а из секций. К ним относятся двутавровые балки и монокок . В этих рамах используются следующие материалы: дерево (массив или ламинат ), магний ( литые двутавровые балки) и термопластик . Несколько свойств материала помогают решить, подходит ли он для изготовления рамы велосипеда:
Конструкция труб и геометрия рамы могут преодолеть многие очевидные недостатки этих конкретных материалов.
Материалы каркаса перечислены по общности использования.
Стальные рамы часто изготавливаются с использованием различных типов стальных сплавов, включая хромомолибден . Они прочные, простые в работе и относительно недорогие. Однако они плотнее (и, следовательно, обычно тяжелее), чем многие другие конструкционные материалы. Обычно (по состоянию на 2018 год в гибридных пригородных велосипедах) для лопастей вилки используется сталь, даже если остальная часть рамы сделана из другого материала, поскольку сталь обеспечивает лучшее гашение вибраций . [22]
В классической конструкции как дорожных, так и горных велосипедов используются стандартные цилиндрические стальные трубы, соединенные проушинами . Проушины представляют собой фитинги, изготовленные из более толстых кусков стали. Трубки вставляются в наконечники, которые окружают конец трубки, а затем припаиваются к наконечнику. Исторически сложилось так, что более низкие температуры, связанные с пайкой (в частности, пайкой серебром), оказывали меньшее негативное влияние на прочность труб, чем высокотемпературная сварка, что позволяло использовать относительно легкие трубы без потери прочности. Последние достижения в металлургии (« Закаленная на воздухе сталь ») позволили создать трубы, на которые не оказывается отрицательного воздействия или чьи свойства даже улучшаются при высоких температурах сварки, что позволило сварке TIG и MIG обойти конструкции с проушинами почти во всех случаях, за исключением некоторых. велосипеды высокого класса. Более дорогие велосипеды с рамой с проушинами имеют выступы, которым вручную придают причудливую форму - как для экономии веса, так и в знак мастерства. В отличие от рам, сваренных MIG или TIG, раму с проушинами легче отремонтировать в полевых условиях благодаря 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 заменить трубки практически без физического повреждения соседних трубок. [41] [42]
Более экономичный метод изготовления рамы велосипеда использует цилиндрические стальные трубы, соединенные с помощью TIG- сварки , при этом не требуются выступы для скрепления трубок. Вместо этого трубы рамы точно совмещаются в приспособлении и фиксируются на месте до завершения сварки. Угловая пайка — еще один метод соединения труб рамы без проушин. Он более трудоемкий и, следовательно, его реже используют для изготовления каркасов. Как и при сварке TIG, на трубах угловой рамы делаются точные надрезы или срезы под углом [43] [44] , а затем к соединению припаивается латунный уголок, аналогично процессу изготовления с проушинами. Рама из угловой пайки позволяет добиться большего эстетического единства (гладкий изогнутый вид), чем сварная рама.
Среди стальных рам использование баттинговых труб снижает вес и увеличивает стоимость. Стыковка означает, что толщина стенки трубки меняется от толстой на концах (для прочности) до более тонкой в середине (для облегчения веса).
Более дешевые стальные велосипедные рамы изготавливаются из мягкой стали, также называемой высокопрочной сталью , которая может использоваться для производства автомобилей или других обычных предметов. Однако велосипедные рамы более высокого качества изготавливаются из высокопрочных стальных сплавов (обычно хромомолибденовых или «хромомолибденовых» стальных сплавов), из которых можно сделать легкие трубки с очень тонкими стенками. Одной из наиболее успешных старых сталей была сталь Рейнольдса «531» , марганцево -молибденовая легированная сталь. Сейчас более распространенным является 4130 ChroMoly или аналогичные сплавы. Reynolds и Columbus — два самых известных производителя велосипедных трубок. В некоторых велосипедах среднего качества эти стальные сплавы использовались только для некоторых трубок рамы. Примером может служить Schwinn Le Tour (по крайней мере, некоторые модели), в котором для верхней и нижней труб использовалась хромомолибденовая сталь, а для остальной части рамы — сталь более низкого качества.
Высококачественная стальная рама обычно легче обычной стальной рамы. При прочих равных условиях такая потеря веса может улучшить ускорение и характеристики велосипеда на подъемах.
Если этикетка на трубке утеряна, высококачественную стальную раму (хромомолибденовую или марганцевую) можно узнать, резко постукивая по ней ногтем. Высококачественная рама будет издавать колоколообразный звон, тогда как стальная рама обычного качества будет издавать глухой стук. Их также можно узнать по весу (около 2,5 кг для рамы и вилки) и типу используемых проушин и концов вил.
Алюминиевые сплавы имеют меньшую плотность и меньшую прочность по сравнению со стальными сплавами; однако они обладают лучшим соотношением прочности и веса, что дает им заметное преимущество в весе перед 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 выносливости и их легче сваривать или паять. Однако некоторые из этих недостатков с тех пор были смягчены за счет более квалифицированной рабочей силы, способной производить сварные швы лучшего качества, автоматизации и большей доступности современных алюминиевых сплавов. Привлекательное соотношение прочности и веса алюминия по сравнению со сталью, а также определенные механические свойства обеспечивают ему место среди предпочтительных материалов для каркасных конструкций.
Популярными сплавами для велосипедных рам являются алюминий 6061 и алюминий 7005 .
Сегодня в наиболее популярном типе конструкции используются трубы из алюминиевого сплава, которые соединяются друг с другом с помощью сварки вольфрамовым инертным газом (TIG) . Сварные алюминиевые велосипедные рамы начали появляться на рынке только после того, как в 1970-х годах этот тип сварки стал экономически выгодным.
Алюминий имеет оптимальную толщину стенки, отличную от диаметра стальной трубы. Его самое сильное соотношение составляет около 200:1 (диаметр:толщина стенки), тогда как сталь составляет лишь небольшую часть этого показателя. Однако при таком соотношении толщина стенок будет сравнима с толщиной стенки банки для напитков, слишком хрупкой для ударов. Таким образом, алюминиевые велосипедные трубки представляют собой компромисс, предлагая соотношение толщины стенки к диаметру, которое не обеспечивает максимальной эффективности, но дает нам трубки увеличенного размера с более разумными аэродинамически приемлемыми пропорциями и хорошей устойчивостью к ударам. В результате рама становится значительно жестче стальной. Хотя многие гонщики утверждают, что стальные рамы обеспечивают более плавную езду, чем алюминиевые, поскольку алюминиевые рамы спроектированы более жесткими, обоснованность этого утверждения сомнительна: сама рама велосипеда чрезвычайно жесткая в вертикальном направлении, поскольку она состоит из треугольников. И наоборот, этот самый аргумент ставит под сомнение утверждение о том, что алюминиевые рамы имеют большую вертикальную жесткость. [45] С другой стороны, поперечная и крутильная (крутильная) жесткость в некоторых случаях улучшает ускорение и управляемость.
Обычно считается, что алюминиевые рамы имеют меньший вес, чем стальные, хотя это не всегда так. Алюминиевая рама низкого качества может быть тяжелее, чем рама из высококачественной стали. Алюминиевые трубы с баттингом, в которых толщина стенок средних секций меньше, чем у концевых секций, используются некоторыми производителями для экономии веса. Некруглые трубы используются по разным причинам, включая жесткость, аэродинамику и маркетинг. Различные формы фокусируются на той или иной из этих целей и редко достигают всех.
Титан — относительно специализированный материал для велосипедных рам. Он обладает многими желательными характеристиками, включая высокую удельную прочность , высокий предел выносливости и отличную коррозионную стойкость. [46] Несмотря на то, что титан не такой легкий, как углеродное волокно, он может обеспечить более приятное качество езды, что делает этот материал популярным среди велосипедистов, которые ценят комфорт, а не производительность. [47] [48] 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. [47] [48]
В титановых рамах обычно используются титановые сплавы и трубы, которые изначально были разработаны для аэрокосмической промышленности. Наиболее часто используемый сплав в титановых велосипедных рамах — 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 езды на велосипеде. [46] [48] Трубы можно подвергать холодной вытяжке и гидроформованию , придавая им различные формы и допуская прокладку внутренних кабелей. [49] Сварка обычно выполняется в инертных условиях , чтобы защитить сварные швы от окисления. [47] [49]
Композит из углеродного волокна — популярный неметаллический материал, обычно используемый для изготовления велосипедных рам. [50] [51] [52] [53] Хотя он и дорогой, он легкий, устойчивый к коррозии и прочный, и ему можно придать практически любую желаемую форму. В результате получается рама, которую можно точно настроить для достижения определенной прочности там, где это необходимо (чтобы выдерживать усилия при педалировании), при этом обеспечивая гибкость в других секциях рамы (для комфорта). Специальные 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). Возможность спроектировать отдельную композитную трубку со свойствами, которые изменяются в зависимости от ориентации, не может быть достигнута с помощью какой-либо конструкции металлического каркаса, обычно используемой в производстве. [54] В некоторых рамах из углеродного волокна используются цилиндрические трубы, которые соединяются клеем и проушинами, методом, в некоторой степени аналогичным стальной раме с проушинами. Другой тип рам из углеродного волокна изготавливается как единое целое и называется монококовой конструкцией.
В одной из серий испытаний, проведенных компанией Santa Cruz Bicycles , было показано, что при конструкции рамы идентичной формы и почти одинакового веса карбоновая рама значительно прочнее алюминиевой, когда она подвергается общей силовой нагрузке (подвергая раму как растяжению, так и растяжению). и сжатие), а также ударная вязкость. [55] Хотя карбоновые рамы могут быть легкими и прочными, они могут иметь более низкую ударопрочность по сравнению с другими материалами и могут быть подвержены повреждениям в случае аварии или неправильного обращения. Трещина и выход из строя могут возникнуть в результате столкновения, а также в результате чрезмерной затяжки или неправильной установки компонентов. [56] Было высказано предположение, что эти материалы могут быть уязвимы к усталостному разрушению, процессу, который происходит при использовании в течение длительного периода времени, [57] хотя это часто ограничивается межламинарными трещинами или трещинами в клее в местах соединений, где возникают напряжения. можно хорошо контролировать с помощью хороших методов проектирования. Сломанные карбоновые рамы можно отремонтировать, но из соображений безопасности это должны делать только профессиональные фирмы с соблюдением самых высоких стандартов. [58]
Многие гоночные велосипеды, созданные для индивидуальных гонок на время и триатлона, используют композитную конструкцию, поскольку рама может иметь аэродинамический профиль, который невозможен при использовании цилиндрических трубок, или будет чрезмерно тяжелым из других материалов. Хотя этот тип рамы на самом деле может быть тяжелее других, его аэродинамическая эффективность может помочь велосипедисту достичь более высокой общей скорости.
Помимо углеродного волокна, в матрицу могут быть добавлены и другие материалы, такие как металлический бор , для дальнейшего повышения жесткости. [ нужна ссылка ] Некоторые новые рамы высокого класса включают кевларовые волокна в углеродные волокна для улучшения гашения вибрации и ударной прочности, особенно в нижних трубах, перьях сидений и перьях цепи.
Термопласты — это категория полимеров, которые можно повторно нагревать и менять форму. Существует несколько способов их использования для создания велосипедной рамы. Одним из вариантов реализации термопластичных велосипедных рам, по сути, являются рамы из углеродного волокна, волокна которых заключены в термопластичный материал, а не в более распространенные термореактивные эпоксидные материалы. GT Bicycles была одним из первых крупных производителей, выпустивших рамы из термопластика для своих рам STS System в середине 1990-х годов. Углеродные волокна были свободно сплетены в трубку вместе с волокнами термопластика. Эту трубку поместили в форму с баллоном внутри, который затем надули, чтобы прижать трубку из углерода и пластика к внутренней части формы. Затем форму нагревали, чтобы расплавить термопласт. Как только термопласт остыл, его извлекли из формы в окончательном виде.
Некоторые велосипедные рамы изготовлены из магния , плотность которого составляет около 64% от плотности алюминия. В 1980-х годах инженер Фрэнк Кирк разработал новую форму рамы, которая была отлита под давлением цельной и состояла из двутавровых балок , а не из труб. В Великобритании была основана компания Kirk Precision Ltd для производства рам как шоссейных, так и горных велосипедов с использованием этой технологии. Однако, несмотря на некоторый ранний коммерческий успех, возникли проблемы с надежностью, и производство было остановлено в 1992 году. [59] Небольшое количество современных магниевых рам, находящихся в производстве, конструируется традиционно с использованием трубок. [60]
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, что обеспечивает большую гибкость конструкции рамы.
Компания American Bicycle Manufacturing из Сент-Клауда, штат Миннесота, на короткое время предложила комплект рамы из бериллиевых трубок (приклеенных к алюминиевым наконечникам) по цене 26 000 долларов. Сообщалось, что поездка была очень жесткой, но рама также была очень гибкой в поперечном направлении. [61]
Некоторые велосипедные рамы были изготовлены из бамбуковых трубок, соединенных металлическими или композитными деталями. Эстетическая привлекательность часто была таким же мотиватором, как и механические характеристики. [62] [63]
Некоторые велосипедные рамы изготовлены из дерева, массива или ламината. Хотя один из них смог пережить 265 километров изнурительной гонки Париж-Рубе , эстетическая привлекательность часто была таким же мотиватором, как и ходовые качества. [64] В Восточной Африке для изготовления велосипедов используется древесина. [65] Картон также использовался для изготовления велосипедных рам. [66]
Сочетание различных материалов может обеспечить желаемую жесткость, податливость или демпфирование в разных областях лучше, чем это можно достичь с помощью одного материала. Комбинированные материалы обычно представляют собой углеродное волокно и металл: сталь, алюминий или титан. Одна из реализаций этого подхода включает в себя металлическую нижнюю трубу и нижние перья с карбоновой верхней трубой, подседельной трубой и подседельными перьями. [67] Другой вариант — металлический основной треугольник и нижние перья только с карбоновыми перьями. [68] Карбоновые вилки стали очень распространены на гоночных велосипедах с рамами из всех материалов. [69]
В статье о типах велосипедов описаны дополнительные варианты.
Трубы со стыком имеют увеличенную толщину вблизи стыков для обеспечения прочности, сохраняя при этом небольшой вес за счет более тонкого материала в других местах. Например, тройной баттинг означает, что труба, обычно из алюминиевого сплава, имеет три разных толщины, причем более толстые участки находятся на конце, где они приварены. Тот же материал можно использовать и в руле.
Множество мелких деталей — монтажные отверстия бутылочного каркаса , бобышки переключателя передач , упоры тросов , штифты насоса , направляющие тросов и т. д. — описываются как паяные, потому что изначально они были припаяны, а иногда и до сих пор остаются припаянными . [70]
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 ]
перекладина, н.п.
1. а.
Поперечная планка;
стержень, размещенный или закрепленный поперек другого стержня или части конструкции.
спец.
Турник рамы велосипеда
При использовании на велосипеде с неподрессоренным задним колесом поперечные рычаги сиденья на самом деле добавляют жесткости в неправильном направлении - вертикальной, а не боковой жесткости.
