Легкая алюминиевая рама. Выбор материала рамы
Отредактировано: 02.02.2017
Мы продолжаем серию статей о различных материалах, используемых при производстве велосипедных рам. В прошлой статье мы поговорили о велосипедах на основе стальных рам.
В современном мире для изготовления рам велосипеда используют следующие материалы:
- (обычную, углеродистую, хромомолибденовую).
- Алюминиевые сплавы (Alloy )
- (Titanium)
- (углепластик, Carbon fiber)
- Различные редкие, экспериментальные и материалы (магниевые (Magnesiumc), алюминиево-скандиевые, бериллиевые сплавы, бамбук и т.д.)
В этой статье мы рассмотрим свойства рамы, изготовленной из алюминиевых сплавов.
Сам термин алюминиевая рама не совсем правильный. Алюминий в чистом виде не применяется - он слишком мягкий. Под этим термином подразумеваются сплавы с другими металлами: цинком, медью, магнием, марганцем и т.д.
Один из больших плюсов алюминиевых рам - их малый вес. Именно поэтому велосипеды с такими рамами быстрее набирают скорость, на них легче подниматься в гору. Однако, это же дает и отрицательный эффект в виде потери наката, т.е. когда велосипедист прекращает вращать педали байк быстрее останавливается.
Преимущества алюминиевой велосипедной рамы:
- Меньший вес , по сравнению со стальными рамами, и как следствие этого хорошие разгонные характеристики.
- Почти абсолютная коррозийная стойкость - такие рамы не ржавеют от слова «вообще».
- Высокие скоростные характеристики : легче набрать скорость и ехать в гору.
Недостатки велосипедной рамы из алюминиевых сплавов:
- Жесткость . Алюминиевая рама практически не гасит вибрации, и все неровности дороги передаются на руки и через пятую точку на позвоночник, особенно если еще и вилка жесткая, а не амортизационная.
- Быстрая потеря наката . Из-за меньшего веса, как только байкер перестает крутить педали, велосипед быстро теряет свою скорость, в отличие от велосипеда со стальной рамой.
- Недолговечность . Если велосипед эксплуатируется активно, то через несколько лет резко возрастает вероятность получить трещину. А лет через 10 обычного катания рекомендуется регулярно осматривать байк перед поездкой на их наличие. Производители чаще всего дают гарантии на рамы из алюминиевых сплавов в пределах 5-10 лет.
- Более чувствительны к ударам и падениям , чем стальные и титановые рамы. Все-таки алюминий мягче стали и удар, который сталь даже не заметит - на алюминии может оставить вмятину.
- Неремонтопригодность . Сварить алюминиевую раму слишком сложно, да и уверенности в ее прочности это, на самом деле, не прибавит - надежнее купить себе новую.
- Высокая цена.
Виды алюминиевых сплавов, использующихся при изготовлении велорам.
Немного остановимся на видах алюминиевых сплавов, использующихся для изготовления велосипедных рам.
Марок алюминиевых сплавов достаточно много (2014, 7000, 7005T6, 7009T6, 7010T6, 6061T6, 6065 и т.д.), но наиболее часто в велосипедостроении используются марки 7005T6 и 6061T6 (аналог отечественного сплава АД33 по ГОСТ 4784-97).
Их еще называют сплавы шести- или семитысячной серии.
Использование в названии букв «Т6» говорит о том, что материал прошел термическую обработку.
Например, при термической обработке сплава 6061 изделие из него нагревают до 530 °С, затем интенсивно охлаждают водой. Затем его в течении 8 часов при температуре около 180 °С искусственно старят. После такой обработки сплав 6061 уже обозначают 6061-Т6.
Сплав 7005 при термической обработке охлаждают не водой, а воздухом.
Например, в приведенной ниже таблице видно состав металлов в сплавах и как изменяются их физические характеристики после термической обработки.
Сплав | Состав металлов |
Предел прочности на разрыв (в тыс. PSI) |
Предел текучести (в тыс. PSI) |
Процент удлинения |
Твёрдость по Бринеллю |
2014 | 4.5% Медь
0.8% Углерод 0.8% Марганец 0.5% Магний |
27 | 14 | 18% | 45 |
2014T6 | 70 | 60 | 13% | 135 | |
6061 | 1% Магний 0.6% Кремний 0.2% Хром 0.3% Медь до 0.7% Железо |
18 | 8 | 25% | 30 |
6061T6 | 45 | 40 | 17% | 95 | |
7005T6 | 4.5% Цинк
1.4% Магний 0.45% Марганец 0.13% Хром |
51 | 42 | 13% | н/д |
7075T6 | 5.6% Цинк
2.4% Магний 1.6% Медь 0.23% Хром 0.15% Марганец |
83 | 73 | 11% | 150 |
В таблице:
Предел прочночти на разрыв - это нагрузка, при превышении которой происходит разрушение изделия.
Споры по поводу того, из какого материала рама лучше ведутся постоянно. Причем большой оценки всегда удостаивается тот материал, из которого изготовлена рама велосипеда спорщика. Все согласны, что чем легче, прочнее и долговечнее рама, тем она лучше. Поэтому при подготовке данного обзора учитывались мнения, как самих производителей, так и профессиональных велосипедистов, мнения экспертов по прочности и долговечности конструкций и материалов используемых в военной авиации и на космических станций. Поэтому материал получился очень объективным и в то же время изложен просто, без профессиональных выкладок.
Для начала рассмотрим характеристики всех металлов из которых изготавливаются рамы для MTB, это необходимо чтобы понять конструктивные особенности рам изготовленных из каждого материала. Все замечали насколько массивней выглядят рамы из алюминиевых сплавов по сравнению со стальными?
Есть у металла такой важный показатель как жесткость. У стали самая высокая жесткость - 30, у алюминия, в зависимости от сплава, этот показатель равен 10-11, а у титана 15-16,5. Чем выше этот показатель, тем металл более устойчив к деформации. Почему же не все рамы делают из стали? Ответ мы находим, сравнив плотность этих металлов - от нее зависит вес рамы. Чем выше плотность, тем материал тежелее: у стали этот показатель равен 490, у титана 280, а у алюминия 168,5. То есть сталь как в 3 раза тяжелее алюминия, так и в 3 раза жестче. А титан является «золотой серединой». Но в продаже, как мы видим, чаще всего встречаются байки с алюминиевой рамой, а рамы из титана вообще мало кто видел в живую. Но есть и еще один материал про который пока не было сказано - карбон. Его мы оставим на «сладкое».
Сталь
Это самый простой в обработке материал, используемый для горных велосипедов, чем объясняется низкая цена велосипедов со стальной рамой. Рамы из простой Hi-Ten стали делаются в Китае и Сингапуре. У были только такие рамы.
Помимо простой Hi-Ten стали используется также Cro-Mo - это хромомолибденовые сплавы. При изготовлении Cro-Mo рам широко используется технология баттинга, то есть стенки труб рамы различаются по толщине в разных местах, что позволяет их делать как прочнее, так и легче. Но и стоят такие рамы заметно дороже. Рам таких производится очень мало фирмами Kona, Jamis, Marin. Существует технология, значительно повышающая прочность стали - «закаливание на воздухе». Особенность технологии в том, что сталь при охлаждении становится прочнее, а не наоборот, как при обычной закалке.
К достоинствам хорошей (хромомолибденовой) стальной рамы относятся:
- изгибание при входе в поворот, от чего поворачивать проще
- высокая прочность и жесткость
- долговечность
- при поломке, легко можно сварить
- хороший накат
Недостатки стальной рамы:
- подверженность коррозии
- большой вес
- не подходят для тяжелых велосипедистов
- небольшие потери энергии, затраченной на кручение педалей, при езде стоя
Алюминий
Чисто алюминиевых рам нет - они варятся из сплавов с цинком или кремнием и магнием, потому что алюминий мягкий металл. Существует множество сплавов: 6061, 6065, 7000, 7005, 7009T6, 7010T6 и другие. 7000-ные сплавы имеют лушие показатели по прочности и меньше накапливат «усталость». Лучшими рамами считаются произведенные фирмой Cannondale (США), также хорошие американские рамы от GT, Scott, Specialized, Trek, Marin, немецкой фирмы Wheeler и тайваньской Giant.
Из этого материала чаще всего делают рамы нетрадиционных форм. Для компенсации низкой жесткости рамы делают большого диаметра, широко используют баттинг. Но при своих внушительных размерах алюминиевые рамы остаются намного легче стальных. Отдельно стоит сказать про алюминиевые сплавы с использованием скандия. Такие рамы по характеристикам близки к титановым, но и процесс их изготовления намного сложнее.
Достоинства алюминиевой рамы таковы:
- низкий вес
- хорошая устойчивость к коррозии
- выдержит велосипедиста любого веса
- это более скоростные и динамичные рамы: проще набрать скорость и легче ехать в гору
- большая чувствительность на дороге
- агрессивный внешний вид
Недостатки алюминиевой рамы:
- накапливают усталость, от чего не рекомендуется эксплуатировать одну раму дольше 10 лет - может внезапно сломаться
- плохой накат
- не гасят вибрации
- плохо поддаются ремонту
Титан
Титановые рамы используют в профессиональном велоспорте. И это не удивительно, так как они сочетают в себе преимущества как стали, так и алюминия, при этом срок службы составляет не один десяток лет. Высококлассные титановые рамы делают такие фирмы, как Wheeler (Германия), Mongoose (США). Они, как и алюминиевые рамы, представляют собой сплав, но более дорогой: используется алюминий и ванадий.
Достоинства титановой рамы:
- низкий вес
- высокая прочность
- гашение вибрации и смягчение ударов
- это лучшие рамы для гонок по сильно пересеченной местности
- не боится никакой погоды - не нужно красить
- нет коррозии
- сложно поцарапать
- срок службы несколько десятков лет
Недостаки титановой рамы:
- высокая цена
- небольшие потери энергии затраченной на кручение педалей при езде стоя
- отремонтировать самостоятельно практически невозвожно
Магний
Из него делаются самые легкие на сегодняшний день рамы, но в тоже время и самые недолговечные. Изготавливаются фирмами Litech (Россия), и Merida (Тайвань). Многие профессиональные велосипедисты считают этот материал крайне ненадежным. И действительно, он мало еще изучен, но широко применяется для изготовления амортизационных вилок для горных велосипедов.
Достоинства магниевой рамы:
- самые легкие рамы
- высокая прочность
- хороший накат и динамика
Недостатки магниевой рамы:
- высокая цена
- требует бережного обращения
- подвержена сильной коррозии
- ресурс 2-3 года
- недостаточная прочность (по некоторым данным)
Карбон
Этот композитный материал до сих многие считают ненадежным, а зря. Делают хорошие карбоновые рамы фирмы Trek, Cannondale, GT, Gary Fisher, Klein и другие. Карбон не металл, а углепластик - волокна углерода, склеенные между собой сильным клеем (смолой). Это единственный материал в котором можно увеличивать жесткость не только в определенном месте рамы, но и в определенном направлении, где это нужно. Конструкции из карбона можно делать любой формы без потери жесткости.
Но и карбоновые рамы бывают разные, речь идет конечно же не о сплаве, как с предыдущими материалах рам. Во-первых чем меньше смолы используется для склейки углеволокна, тем рама прочнее. Происходит это из-за того, что обычно ломаются не волокна, а матрица из смолы. Большое количество слоев разнонаправленных волокон также увеличивает прочность рамы. Карбоновые рамы бывают составные, в которых карбоновые трубы соединяются металлическими узлами с раму. Но более совершенными являются монококовые рамы, сформированные как единая деталь – они и легче, и жесче, и прочнее, и дают возможность создавать стильные рамы необычной формы.
Достоинства карбоновой рамы:
- низкий вес
- высокая жесткость конструкции
- возможность усилить жесткость в любом направлении
- простота изготовления экзотических форм
- долговечность
Недостатки карбоновой рамы:
- очень дорогие
- при недостаточно хорошей проектировки может легко сломаться
- карбоновые рамы небрендовых фирм неустойчивы к сильным точечным ударам, после которых возможно полное разрушение конструкции
- слабые в узлах, где используется металл, там же возможна и коррозия (не монококовые рамы)
- не ремонтируются
Еще на основе карбона делают комбинированные рамы, имеющие пространственный каркас из титана, магния или алюминия. За счет чего такие рамы имеют плюсы металлических рам и карбоновых, но есть и обратное мнение. Ходовые характеристики таких рам - одни из лучших в мире.
После такого подробного рассмотрения, надеемся, каждый сможет выбрать из какого материала подойдет рама именно ему. И не нужно ломать голову над вопросом: раму какой фирмы брать, мы это сделали за вас:) Посоветуем новичкам остановиться все-таки на алюминиевых, либо хромомолибденовых рамах. Все-таки титан и карбон - для профессиональных велосипедистов и стоимость таких рам в разы больше.
Качество велосипеда наравне с рамой зависит от качества комплектующих, и бесспорными лидерами, выпускающими их, являются японская фирма и американская
Материалы рамы велосипеда:
Алюминиевая велосипедная рама
Говоря «алюминий», всегда подразумевают сплав с цинком, магнием или кремнием, иногда скандием. Сплавы бывают различными, их маркируют цифрами (6065, 7000, 7005 и так далее). Наилучшими характеристиками обладают алюминиевые сплавы с семитысячной маркой. Сплавы алюминия со скандием по характеристикам сравнимы с титаном, но их редко используют из-за сложности изготовления. Алюминиевую раму всегда легко отличить по большому диаметру труб. Но из-за малого веса материала алюминиевые рамы — одни из самых легких, алюминий применяют при создании велосипедов практически всех марок. Велосипеды , например, часто комплектуются алюминиевыми рамами.
Плюсы алюминия: низкий вес; хорошая динамика и чувствительность к дороге; устойчивость к коррозии (но не стоит забывать, что все втулки и подшипники в любом случае изготовлены из стали, поэтому и алюминиевой раме нужен уход); у алюминиевой рамы хорошая «грузоподъемность» — выдержит велосипедиста большого веса.
Минусы алюминия: плохо гасит вибрацию; плохой накат (движение по инерции без применения ускорения); накапливают усталость, поэтому могут после длительной эксплуатации сломаться, при этом трудно поддаются ремонту.
Срок службы рамы — приблизительно 10 лет.
Стальная рама
Сталь — один из самых распространенных материалов, он прост и дешев в изготовлении. Для велосипедных рам используются простые сплавы (Hi-Ten) и хромомолибденовые (Cro-Mo). При изготовлении стальных рам также часто применяется технология баттинга, но если в алюминиевых рамах она предназначена для увеличения прочности, то в стальных — для снижения веса за счет утончения рамы в местах, где нагрузка невелика. Но использование баттинга существенно повышает цену для недорогой, в целом, стальной рамы. Для увеличения прочности стальные рамы проходят специальную закалку.
На сегодня простая сталь используется только в недорогих моделях, конкурировать по характеристикам с другими материалами могут только хромомолибденовые сплавы.
Плюсы стали (Cro-Mo): относительно невысокая цена; гибкость рамы, что позволяет смягчать вибрацию и удары, а также плавно проходить повороты; хороший накат; высокая прочность и долговечность материала; хорошая ремонтопригодность.
Минусы стали: большой вес рамы; опасность коррозии; существуют ограничения по весу велосипедиста.
В целом, покупка велосипеда со стальной рамой — это долгосрочное вложение денег, потому что при хорошем уходе она может служить вам долгие годы.
Титановая рама для велосипеда
Титановые сплавы, используемые для изготовления велосипедных рам, показывают отличные результаты, но имеют высокую цену. Поэтому любителями используются редко — этот материал для профессиональных велосипедистов. Но титановую раму отличает также и долговечность, что для многих является решающим критерием при покупке.
Плюсы титана: очень долговечная (срок службы исчисляется десятилетиями); устойчива к коррозии настолько, что даже не нуждается в покраске, поэтому статья «как красить велосипед» вам просто не пригодится с такой рамой. Титановая рама устойчива к ударам и царапинам, поэтому долго сохраняет привлекательный внешний вид; смягчает вибрацию и является очень прочной, поэтому идеальна для маунтин-байка; имеет небольшой вес.
Минусы титана: высокая цена и низкая ремонтопригодность. Но с учетом того, что рама обладает повышенной прочностью и в условиях непрофессионального спорта повредить ее очень трудно, остается один минус — цена.
Рама из сплава на основе магния
Это редкий материал, и споры о качестве магниевых рам ведутся по сей день. Основное преимущество магниевых сплавов — это малый вес, но у большинства профессионалов вызывает сомнения его надежность. На сегодня магниевые сплавы чаще используются как материал не для рамы, а для амортизационной вилки.
Плюсы магния: самый легкий материал, что позволяет получать высокую динамику езды; хороший накат.
Минусы магния: подвержена коррозии и неустойчива к ударам и повреждениям; высокая цена, недолговечность (срок службы не превышает трех лет).
О прочности магниевых рам ведутся споры — производители заявляют, что при правильной эксплуатации этот материал очень прочен, а из уст спортсменов можно услышать обратное. Со временем, возможно, этот спор будет разрешен, а мы пока обратим свое внимание на самый необычный материал для велосипедной рамы — карбон.
Карбоновая рама
Карбон — это композитный материал на основе волокон углерода, связанных между собой смолой. Характеристики этого материала существенно отличаются от любых металлов, поскольку карбон имеет принципиально другое происхождение и строение.
Рамы из карбона могут быть цельные (монококовые) и составные, в которых карбоновые трубы соединены металлическими деталями. Монококовые рамы более прочные, за счет единства материала достигается большая жесткость и при этом легкость рамы. Карбон — очень пластичный материал, поэтому монококовые рамы могут иметь самую разнообразную форму. Также существуют комбинированные рамы, имеющие металлический каркас. Они обладают очень высокими ходовыми характеристиками, но содержат в себе как все плюсы и металла, и карбона, так и все минусы.
На жесткость и прочность углепластика влияет несколько факторов. Первый — это количество смолы, скрепляющей волокна: чем ее меньше, тем прочнее. Второй — это количество слоёв. Если слоев много и они расположены в разных направлениях — прочность увеличивается. На велосипеде с карбоновой рамой прыжок «банни-хоп» сделать проще, потому что такая рама легче. Карбон — единственный материал, где жесткость может увеличиваться не только в определенных местах, но и в определенных направлениях (за счет расположения волокон углерода), поэтому карбоновые рамы часто применяются в профессиональном велоспорте.
Плюсы карбона: низкий вес; прочность и долговечность (при правильной эксплуатации); возможность усиления рамы как в любом месте, так и в любом направлении; необычные формы рамы.
Минусы карбона: очень высокая цена, для непрофессиональных рам — опасность поломки при неправильном проектировании, а также неустойчивость к ударам, вследствие которых может разрушиться вся рама; опасность коррозии в металлических узлах составных и комбинированных рам, полное отсутствие возможности ремонта.
Какую раму выбрать для велосипеда?
Традиционно новичкам советуют приобретать рамы из стали и алюминия, но если вы выбираете раму «с прицелом» на будущее, то стоит обратить внимание и на другие виды материалов.
Не стоит забывать, что важно не только название материала, но и его качество, а также качество комплектующих. Поэтому лучше выбирать раму из более простого материала, но изготовленную производителем с хорошей репутацией, который гарантирует длительную эксплуатацию и высокое качество велосипеда.
Рама из алюминиевых сплавов (Al) - легкая, прочная и жесткая. Имеет "агрессивный" вид и спортивный "характер". Существует целый ряд алюминиевых сплавов и способов их обработки (7000, 7005T6, 7009T6, 7010T6, 6061T6), однако важнее не то, из какого сплава сделана рама, а фирма-производитель и класс рамы. Велосипед с хорошей алюминиевой рамой мгновенно набирает скорость - от малейшего нажатия на педали, отлично идет в гору и позволяет великолепно "чувствовать" дорогу. Повороты проходить существенно сложнее, чем на хромомолибденовой раме, однако при этом сам поворот проходится быстрее. Качественные алюминиевые рамы делают сегодня большинство ведущих мировых фирм-производителей. Они также имеют баттинг и ставятся на велосипеды ценовой категории $800-1000. Велосипеды с рамами высокого класса имеют отличные параметры по разгону, динамике и работе на подъемах. Для рамы из алюминиевых сплавов крайне необходима хорошая амортизационная вилка, в совокупности с которой она проявляет все свои положительные свойства. Основные недостатки по сравнению с хромомолибденовыми рамами: меньшая накатистость (рама "туповата") и высокая "трясучесть". Необходимо более внимательно работать с тормозами. Классические туристы недолюбливают рамы из этого материала из-за их жесткости и невозможности сварки в полевых условиях. Также есть мнение о том, что алюминий плохо переносит зимние холода, хотя походы в 50-градусные морозы это не подтверждают. Алюминиевая рама также значительно в меньшей степени подвержена влиянию агрессивных сред, чем стальная. На сегодняшний день, алюминиевые сплавы являются господствующим материалом, применяющимся для изготовления рам. Подавляющее число современных велосипедов, от самых простых до профессиональных, имеют рамы именно из алюминиевых сплавов.
Геометрия велосипедной рамы
Геометрия рамы классического туристического велосипеда рассчитана на длительную езду по шоссе. Но туристическая рама отличается от других рам (например, шоссейных, спортивных, и гибридных) некоторыми особенностями, которые позволяют комфортно и устойчиво ехать с тяжёлым багажом. Управление должно быть менее чувствительным, центр тяжести находится ниже, а положение тела быть более вертикальным. Факторы, определяюющие эти преимущества показаны на рисунке ниже.
- Приведённые здесь размеры основаны на размере рамы 54 см (подседельной трубы) и могут значительно различаться в зависимости от геометрии рамы.
- Сильнее отведенная назад головная труба «A» с углом около 71°, приближает руль ближе к велосипедисту для более вертикального положения (при использовании выноса правильного размера).
- Более длинные нижние перья заднего треугольника «D» обеспечивают больший просвет между велобаулом и пятками. Что также смещает велобаул дальше от каретки, чтобы вес лучше распределялся между обоими колёсами. Длина нижнего пера заднего треугольника больше 450 мм - эмпирическое правило.
- Высота каретки «E» над землёй около 270 мм, что позволяет удержать центр тяжести низко. Это дополнительная помощь для устойчивости велосипеда при тяжёлой загрузке.
- Длинная колёсная база «G» приблизительно 1055 мм с целью лучшего управления и устойчивости при тяжёлой загрузке.
- Крепления для крыл
- Минимум 2 фляги (3 фляги лучше)
- Крепления для переднего и заднего багажников
- Передний и задний просвет колёс, расчитаный минимум на покрышки 38 мм с учётом крыльев
- Колёса 700c или 26"
- Крепления для кантиливерного тормоза или V-brake
- В последнее время на туристических велосипедах выского класса используются дисковые тормоза. Их мощность торможения определённо выше, чем у других тормозов (особенно во влажных и грязных условиях); обычно они избыточны для большинства путешествий. Но для тяжело нагруженого похода и тандема, дисковые тормоза нуждаются в усилении мощности торможения.
Алюминиевые велосипедные рамы
В изготовлении алюминиевых велосипедный рам задействованы легирующие добавки: цинк, марганец, магний, медь, кремний и др. Именно комбинация алюминия и добавок является алюминиевым сплавом. Обычно алюминиевые сплавы обозначаются номерами из четырех цифр. Например, 6061, 7005, 7075. Высокое содержание добавок в сплаве делает материал более сложным для обработки и сварки. Но для покупателя это не имеет особой важности, ведь этот номер означает не только легирующие добавки, но и целую технологию (термообработка, особенности конструкции детали), по которой была произведена рама.
Достоинства алюминиевых рам
Главным достоинством рам из алюминиевого сплава является меньший вес, в сравнении со стальными рамами. Это даёт возможность изготавливать трубы с большим диаметром и толщиной стенок, благодаря чему они имеют прочность при нагрузках и агрессивный вид. Трубы с большим диаметром характерны для конструкции более качественных велосипедов.
Алюминиевый сплав – это недорогой и легкий материал, который отлично поддается обработке. Технологии, по которым ведется конструирование алюминиевых рам, позволяют изготавливать прочную и крепкую базу велосипеда даже для очень тяжелых велосипедистов. Недавнее усовершенствование – добавление скандия в алюминиевые сплавы – намного увеличивает прочность всей конструкции.
Двойной баттинг
Алюминиевые велосипедные рамы могут изготавливаться с применением технологии двойного баттинга. Это процесс изготовления труб, результатом которого является изделие с различной толщиной стенок, при этом внешний диаметр трубы, как правило, сохраняется постоянным. Баттирование позволяет увеличить толщину стенок в местах с высокой нагрузкой и уменьшить её в тех местах, где нагрузки минимальны. Баттинг может быть одинарным, двойным и тройным. Например, велосипеды Ghost в сериях «хардтэйл» и «двухподвес» с алюминиевой рамой используют технологию двойного баттинга, когда оба конца трубы имеют увеличенную толщину стенок.
Доступность
Велосипеды на базе алюминиевых рам наиболее доступны по цене. Их стоимость невелика, что позволяет устанавливать алюминиевые рамы на велосипеды начального уровня. На данный момент самый бюджетный велосипед с рамой из алюминиевого сплава, с навесным оборудованием начального уровня можно приобрести за 300-400 долларов.
В настоящее время подобные сплавы рам применяются во всех категориях велосипедов с разной конструкцией, так как современные технологии позволяют выполнять алюминиевые рамы с различной геометрией. Это наиболее распространенный материал как для горных, так и для шоссейных велосипедов разного ценового диапазона.
Недостатки алюминиевых рам
Известным недостатком алюминиевых сплавов является высокая подверженность износу. Они могут накапливать усталость и внезапно разрушаться. Средний срок службы алюминиевой рамы составляет 10 лет, чего вполне достаточно, учитывая стремительный темп научно-технического прогресса. Но состояние рамы зависит не только от возраста. Понятно, что чем больше велосипед используется в деле, тем быстрее может наступить роковой момент. Оснащение алюминиевых велосипедов амортизаторами снижает разрушающее воздействие ударов и вибраций и продлевает жизнь рамы.
И даже не смотря на усталость металла, некоторые производители могут давать пожизненную гарантию на свои рамы.
Несмотря на все достоинства и недостатки алюминиевых рам, велосипед может прослужить очень долго, если за ним ухаживать и бережно обращаться. Не будет лишним протирать раму после катания по мокрым дорогам городских улиц, особенно зимой, когда на велосипед попадает соль и другие реагенты, способствующие коррозии. Учитесь у мамы, которая регулярно мыла свою раму!
От переводчика
Когда собрался писать статью про свойства разных материалов для рам - нашел в Интернете статью John Olsen про рамы из различных материалов. Мне она показалась интересной и не противоречащей моим понятиям о прочности (все-таки я по образованию - специалист по прочности и долговечности авиационных конструкций, проработал несколько лет в лаборатории прочности ЛА в КуАИ). Язык статьи показался мне вполне понятным для неспециалиста, что тоже большой плюс.Честно говоря, не стал искать в русскоязычном Интернете перевод (может, и есть уже) и перевел статью сам. Olsen осветил большую часть проблем, о которых я собирался писать - не вижу смысла повторять то, что уже написано и вполне, на мой взгляд, понятно, толково и справедливо.В статье не упоминаются принятые среди специалистов термины "удельная прочность" и "удельная жесткость", означающие отношения значений прочности или жесткости к плотности материала, и характеризующие, насколько материал прочный (или жесткий) в расчете на единицу веса, но косвенно дается понять, что эти характеристики приняты конструкторами во внимание.И еще один момент - следует различать, когда идет речь о прочности (жесткости) материала, а когда - о тех же свойствах конструкции. В конструкции (раме) для увеличения прочности и жесткости увеличивают диаметр труб, меняют форму их сечения, применяют различную (в том числе переменную по длине трубы) толщину стенок и т.д. - и все это - для компенсации недостаточных свойств материала. С другой стороны, труба большего диаметра обычно весит больше, чем такая же, но меньшего диаметра и из того же материала - но большая труба жестче. Есть еще и технологические факторы, не затронутые в данной статье (легкость в обработке, свариваемость и т.д.), но влияющие на выбор конструктора.Со своей стороны, я решил написать статью о различиях свойств алюминиевых сплавов 6061, 7005 и 7075.
Введение
Жесткость, вес и прочность велосипедных рам определяются множеством факторов, только некоторые из которых определяются исключительно свойствами материала. Конструкция рамы, оптимальная для одного материала, будет отличаться от оптимальной для другого, поскольку материалы сильно различаются по прочности, жесткости и плотности (весу).
Лучшие алюминиевые рамы имеют толстые тонкостенные трубы и не изгибаются из стороны в сторону, когда вы разгоняетесь. Лучшие стальные рамы имеют тонкостенные трубы малого диаметра и заметно изгибаются при разгоне. Титановые и углепластиковые (карбоновые) рамы находятся посередине между ними.
Опытные велосипедисты часто делятся на два лагеря, сторонники стальных рам критикуют излишнюю жесткость алюминиевых рам и их фанатов, порицающих гибкость легких стальных рам. Мы объясним преимущества и неудобства большинства материалов рам и сравним их на графике, отражающем, насколько они жесткие по сравнению со сталью.
Насколько жесткий ваш байк?
Сравнение жесткости (относительно стали) для различных материалов рам
Reynolds 853 Steel Alloy - Стальной сплав Рейнольдс 853
1010 Steel Alloy - Стальной сплав 1010
Unidirectional Carbon/Epoxy - Однонаправленный углепластик на основе эпоксидной смолы
6Al/4V Titanium Alloy - Титановый сплав 6Al/4V
3Al/2.5V Titanium Alloy - Титановый сплав 3Al/2.5V
7075 Aluminum Alloy - Алюминиевый сплав 7075
6061 Aluminum Alloy - Алюминиевый сплав 6061
Carbon Weave/Epoxy - Углепластик плетеной структуры на основе эпоксидной смолы
Сталь
Сталь жесткая, но плотная (тяжелая). Легкие рамы адекватной жесткости и прочности делают из труб относительно маленького диаметра, но сталь - неподходящий материал для легких рам или больших сильных наездников. Стальные рамы из низкопрочных сталей (недорогие) нуждаются в толстостенных трубах, чтобы быть достаточно прочными, и они тяжелы. Более прочная сталь позволяет изготавливать тонкостенные трубы, но тогда понижается жесткость. Последние разработки включают "закаливаемые на воздухе" стали очень высокой прочности, типа Reynolds 853. (В отличие от большинства других типов сталей, закаливаемые воздухом стали приобретают, а не теряют прочность, когда они охлаждаются после сварки). Все стали имеют ту же самую жесткость, независимо от прочности - 853 не более жесткая, чем 1010 (низкопрочная сталь).
Плюсы:
Лучшие стальные сплавы очень прочны
Лучшая жесткость повсюду
Долговечны
Закаливаемые на воздухе стальные сплавы делают возможным ультравысокую прочность
Минусы:
Должны быть тяжелыми - материал, неподходящий для больших легких рам
Ржавеют
Алюминий
Алюминиевые рамы могут быть очень жесткими и легкими, потому что плотность алюминия очень мала, но трубы рамы должны быть больше в диаметре для компенсации более низкой прочности. Однако сегодня эти "толстотрубные" рамы - распространенная конструкция для качественных велосипедов. Недавние усовершенствования включают добавки в сплав Скандия, элемента, который увеличивает прочность. В целом, алюминий - хороший материал для жестких, легких рам для райдеров всех размеров. Это - также один из двух материалов, которые хорошо подходит для рам нетрадиционных форм.
Плюсы:
Втрое менее плотный, чем сталь, позволяет использовать большие ("толстые") трубы
Легко принимает аэродинамические формы
Даже дешевые рамы могут быть легкими
Позволяет изготовить легкую раму для крупного райдера
Не ржавеет
Минусы:
От одной трети до половины прочности лучших сталей (может сломаться)
Одна треть жесткости любой стали, требуются трубы большого диаметра
Скромная усталостная прочность
Не легко ремонтируется или восстанавливается
Большие, тонкие трубы легко повредить при аварии
Титан
Титан имеет превосходный баланс свойств для создания рам, и дает лучшую комбинацию долговечности и веса. Сплавы титана наполовину столь же жесткие как сталь, но также и вполовину менее плотные. Лучшие сплавы титана сопоставимы по прочности с самыми прочными сталями. Жесткие титановые рамы требуют труб большего диаметра, чем сопоставимые стальные рамы, но не столь большого диаметра, как алюминий. Титан - очень коррозионно стойкий, и очень легкие рамы могут быть сделаны достаточно жесткими и достаточно прочными для больших райдеров. Большинство титановых рам - из сплава 3Al/2.5V (3% алюминия/2.5% ванадия, остальное - титан), хотя все чаще используется более прочный сплав 6Al/4V (6% алюминия/4% ванадия, остальное титан).
Плюсы:
Половина плотности стали, делает самыми легкими наиболее эластичные рамы
Столь же прочный, как и большинство сталей
Не ржавеет - никакая окраска не требуется
Хорошие усталостные свойства
Позволяет изготавливать легкие рамы для крупных райдеров
Минусы:
Половина жесткости стали (также известна как излишняя гибкость)
Сложен в ремонте и обработке
Дорогой
Углепластик
Отдельные волокна углерода чрезвычайно прочны и жестки, но эти их свойства бесполезны, если волокна не выстроены в строгую структуру и не скреплены между собой сильным "клеем" (обычно эпоксидная смола). В отличие от металлов, в которых прочность и жесткость являются почти теми же самыми во всех направлениях, композиты из углеродных волокон могут производиться с более высокими прочностными и жесткостными характеристиками в тех направлениях, где это нужно (например, жесткий по сторонам и гибкий вертикально). Это - лучший материал для рам нетрадиционных форм, поскольку позволяет формоваться и настраивать свои свойства как ни один металл (путем создания многослойных конструкций с разноориентированными волокнами).
Плюсы:
С готовностью формуется в экзотические формы
Превосходная усталостная прочность
Не ржавеет
Прочность и жесткость контролируются на стадии создания рамы
Низкая плотность и высокая прочность делают возможным создание очень легких и прочных рам
Минусы:
Очень дорогой материал
"Бомба" - если изделие плохо разработано или изготовлено (слишком жесткое или слишком гибкое) - может быть "чувствительным" (склонным к поломке).
Текст: Сергей Судариков AKA Honzales .