Велосипедная рама

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Велосипедная рама — основная часть велосипеда, к которой крепятся колёса, передняя вилка и прочие велосипедные компоненты — оборудование велосипеда.

Содержание 1 Конструктивные типы велосипедных рам 2 Размеры велосипедных рам 3 Материалы и технологические особенности 4 Геометрия велосипедной рамы 5 Внешние ссылки

[править] Конструктивные типы велосипедных рам

Среди рам классических велосипедов (серийных велосипедов для взрослых) прежде всего различают открытые и закрытые велосипедные рамы.

Классическая закрытая (мужская) рама состоит из труб, образующих два так называемых треугольника — передний и задний.

Передний треугольник образован подседельной трубой, соединяющей седло и каретку; нижней трубой, соединяющей каретку с рулевой колонкой (стаканом); и верхней трубой, соединяющей рулевую колонку с подседельной трубой. Задний треугольник образован двумя парами труб, идущих от подседельной трубы и каретки к месту крепления втулки заднего колеса. Чаще эти пары называют перьями задней вилки. Указанная конструкция обеспечивает наибольшую жёсткость рамы при минимальном её весе.

Открытая (женская) рама. Существуют рамы без верхней трубы или с верхней трубой, идущей рядом с нижней. Этот вариант рамы традиционно называется женским — на такой велосипед можно сесть в юбке, не нарушая приличий, что было немаловажно, например, в викторианской Англии. Тем не менее, рамы такого типа популярны и среди мужчин, так как на них удобнее садиться даже в брюках.

Хотя традиционно закрытый тип рамы называется мужским, ряд производителей выпускают велосипеды, сконструированные специально для женщин, одной из особенностей которых является уменьшенная по сравнению с «мужским» вариантом длина рамы.

Необходимо заметить, что женская рама всегда тяжелее аналогичной по жёсткости и прочности классической, поэтому в шоссейных велосипедах применяется почти исключительно классическая рама.

Складные рамы. Рамы на базе которых собирают складные модели велосипедов. Преобладающими в этом классе являются открытые рамы, требующие одного разъема (или шарнира). Однако, например, самокатные (т. н. велосипедные) части вооруженных сил оснащались складными велосипедами именно на базе закрытой рамы (в силу большей прочности при меньшем весе — многие велосипеды имели специальные ремни для переноски их через труднопроходимые участки местности, в сложенном виде за спиной, на манер рюкзаков)

Также в конструкции заднего треугольника рам классических конструкций могут быть предусмотрены шарниры и разъемы для устройства амортизатора.

Детские и специальные рамы. В эту группу можно отнести рамы специальных и экпериментальных велосипедов (напр. для передвижения в лежачем положении), а также детских велосипедов. Рамы детских велосипедов, воспринимают гораздо меньшие нагрузки (по массе человека и скорости передвижения), так что здесь могут применяться упрощенные конструкции и другие материалы.

[править] Размеры велосипедных рам

Хотя геометрия рамы может быть более или менее произвольной, наиболее характерным размером рамы является её рост. Рост рамы измеряется двумя способами — С-С, от оси каретки (педалей) до осевой линии верхней трубы (только для рам классической конструкции); и С-Т, от оси каретки до верхнего среза подседельной трубы. Традиционно, рост рамы (как и почти все размерности) шоссейных велосипедов измеряется в сантиметрах или милиметрах, а рост горных велосипедов — в дюймах.

[править] Материалы и технологические особенности

Трубы для изготовления рам могут быть как круглого, так и иного сечения. Наиболее дорогие рамы изготавливают из труб с переменной толщиной стенок и собирают в статически напряжённом состоянии.

Баттированными называют трубы с переменной толщиной стенок. Баттирование существенно улучшает характеристики рамы. Различают двойное (DB) и тройное (TB) баттирование. При тройном баттировании толщина на концах различна, а при двойном — одинакова. Однако различие между TB и DB рамами невелико.

Материалом для изготовления велосипедных рам служат легированные стали (чаще хроммолибденом), различные алюминиевые, титановые и магниевые сплавы, а так же углепластик (карбон).

Легированная сталь используется с 1930-х гг., Высоколегированная сталь (HighTen): хорошо работает на неровностях дороги благодаря своей гибкости, однако характеризуется невысокими рабочими характеристиками и большим весом. Из этого материала изготавливают рамы самых дешевых велосипедов для "начинающих". в настоящее время наиболее широко используются хром-молибденовые стали (в частности сплав CroMo 4130, он же 30ХМА по отечественной маркировке). На самом деле хрома в нем около 1%, а молибдена 0,15-0,20%. Но эти небольшие добавки придают материалу уникальные свойства. Преимущества хромомолибденовых рам:

• низкая цена;
• высокая прочность;
• высокая надежность;
• имеют хороший накат;
• хорошее гашение вибраций при езде, обусловленное существенным внутренним трением материала;
• технологичны в изготовлении, ремонтопригодны;
• обладают хорошими усталостными характеристиками, следовательно очень долговечны. Немаловажно, что появившиеся по какой-либо причине трещины развиваются постепенно, давая о себе знать скрипом и снижением жёсткости, так что стальная рама редко ломается внезапно.Стоит упомянуть, что стальные и титановые сплавы имеют предел выносливости, то есть пороговое значение напряжения, ниже которого конструкция может выдержать бесконечное количество циклов приложения напряжений без разрушения. Для стальных сплавов порог выносливости составляет примерно половину от предела упругости. Алюминиевые и магниевые сплавы порога выносливости не имеют, то есть приложение даже слабых циклических напряжений к раме рано или поздно приведет к ее разрушению.
• порог хладноломкости: -50...-60°С

Недостатки:

• относительно большой вес рамы;
• сильно подвержен коррозии.

Титановые сплавы используются в дорогих рамах, как правило, для спортивных велосипедов. К достоинствам титановых рам можно отнести:

• титан имеет высокую удельную прочность (в 3 раза выше чем у стали и в 2 раза выше чем у алюминия), позволяя конструировать очень лёгкие рамы (менее 1,4 кг для шоссейных велосипедов);
• Исключительно коррозионно стоек, что позволяет использовать рамы даже неокрашенными. (титановое изделие может пролежать в морской воде 4000 лет и "проржаветь" всего лишь на толщину бумажного листа)
• не боится ни жары ни холода (интервалы эксплуатационных температур от -150 до 600°С.);
• титановые рамы прекрасно демпфирует мелкую вибрацию за счёт своей молекулярной структуры;

Недостатки:

• высокая цена (хотя сам титан, как сырье, стоит относительно недорого - 15-25$ за кг);
• низкая технологичность и высокие требования к технологии производства, что увеличивает цену такой рамы (особая сварка, трудности с механической обработкой);
• титан является фрикционным материалом с низким коэффициентом трения, что делает затруднительным использование титана в узлах трения и механических передач.

Алюминиевые рамы С 1980-х гг. популярность приобретают рамы из свариваемых алюминиевых сплавов. Алюминиевые рамы имеют приблизительно такой же вес, что и титановые, но обладают большей жёсткостью (большей, чем даже стальные). Связано это с тем, что алюминиевые рамы имеют бо́льшие сечения труб и, кроме того, обладают повышенным запасом прочности. Этот запас необходим из-за того, что применяемые сплавы имеют неудовлетворительные усталостные характеристики, непрерывно накапливая усталость и в конце концов разрушаясь даже от незначительных нагрузок. При этом, в отличие от стальных, алюминиевые рамы разрушаются внезапно. Тем не менее, в настоящее время алюминий является наиболее популярным материалом для рам среднего ценового диапазона. Основные марки алюминиевых сплавов 7075,7005,6061. Иногда алюминиевые рамы легируют небольшими добавками скандия, который значительно повышает прочностные характеристики и позволяет снизить вес рамы. Так например добавления 1% скандия в алюминиевый сплав увеличивает его прочность в полтора раза. Но даже незначительные доли процента скандия значительно удорожают сплав, т.к. стоимость металлического скандия колеблется от 12000 до 20000 $ за килограмм.

Магниевые сплавы Относительно недавно появились рамы из магниевых сплавов. Такие рамы очень легки, т.к. магниевые сплавы являются самым легким металлическим конструкционным материалом, и при этом имеют отличные механические свойства. К преимуществам магниевых сплавов можно отнести:

• высокую удельную прочность и удельную жесткость;
• низкий вес, магний в 6-7 раз легче, чем сталь, в 2-2,5 раза – чем алюминий;
• способностью хорошо поглощать вибрацию.Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз больше, чем у лучших алюминиевых сплавов, и в 20 раз больше, чем у легированной стали,в 300-500 раз чем титановые сплавы. Эти свойства ставят магний вне конкуренции при изготовлении велосипедных рам;
• хорошую обрабатываемостью резанием;
• удовлетворительная свариваемость и паяемость;
• отличные усталостные характеристики. По удельной возможности противостоять многократным нагрузкам, концентраторам напряжений, магниевые сплавы уверенно обгоняют алюминий и могут конкурировать с лучшими сталями.

Их главные недостатки:

• магний очень плохо переносит циклические нагрузки, обладает очень низкой ударной вязкостью и склонностью к образованию большого числа т.н. "критериальных точек", которые значительно снижают прочность конструкции в целом.
• боится точечных ударов;
• очень низкие прочность материала и его коррозионная стойкость.
• Даже незначительная царапина краски может привести к быстрой коррозии и разрушению рамы. Магний сравнительно устойчив в сухом атмосферном воздухе в дистиллированной воде, но быстро разрушается в воздухе, насыщенном водными парами и загрязненном примесями, в особенности сернистым газом. Поэтому магниевые рамы требуют особенно тщательного ухода.

Углепластик, или карбон, представляет собой композитный материал. В качестве арматуры применяется сверхпрочное углеволокно которое заливается пластиком, образуя нужную форму. Обладает исключительной прочностью, но при этом хрупок, дорог и труднотехнологичен. Очень боится точечных ударов. В качестве компромисса, иногда изготавливаются «гибридные» рамы, с отдельными элементами из углепластика и основой из титана или алюминиевых сплавов. Полностью углепластиковые рамы могут быть как классической конструкции, так и монококовой.

Бериллий - бериллиевая рама относится к числу экзотических, о которых слишком мало информации. Поэтому ниже приведены исключительно теоретические данные. К достоинствам бериллия можно отнести:

• бериллий один из самых легких металлов (плотность равна 1,816 г/см3);
• у него высокий модуль упругости (30 000 кгс/мм2), в 4 раза больший, чем у алюминия, в 2,5 раза превышающий соответствующий параметр титана, и на треть выше, чем у стали;
• самая высокая удельная прочность и удельная жесткость среди всех конструкционных металлов;
• высокое сопротивление усталостному растрескиванию.
• имеет хорошую коррозионную стойкость во многих средах. Окисная пленка на бериллии также плотна, как и на алюминии, и в отличие от магния надежно защищает металл от окисления.

Недостатки:

• бериллий ядовит. Обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием.
• Высокая цена (около 400$ за килограмм) обусловленная дефицитностью исходного сырья и сложностью его переработки;
• плохо сваривается и имеет низкую прочность сварного шва (50—60% прочности основного металла);
• низкая хладостойкость;
• ударная вязкость технического бериллия ниже 5 Дж/см2.

Серьезный недостаток бериллия - низкая ударная вязкость и высокая хладноломкость. Это преодолевается использованием сплавов с алюминием. Такие сплавы содержат 24–43 % алюминия, остальное — бериллий. В США разработан сплав, содержащий 62 % бериллия (локеллой). Эти сплавы сочетают высокую жесткость и прочность, обладают плотностью как у бериллия и пластичностью как у алюминия. Для увеличения прочности сплавы Be—Al могут дополнительно легировать магнием и серебром. Еще используют композицию Be—Ag, содержащую до 60 % серебра. Сплавы с серебром дополнительно легируют литием и лантаном.

Бериллий смело можно назвать материалом XXI века, но сложные передовые технологии, высокие требования к производству, дорогостоящее сырье и легиранты... Все это вряд ли когда-нибудь позволит распространиться бериллиевым конструкциям за пределы авиакосмической, ядерной и военной индустрии.

[править] Геометрия велосипедной рамы

См. также : Геометрия рамы велосипеда [1]

Геометрией рамы называют общепринятую совокупность длин всех труб и углов между ними. От геометрии рамы зависит принадлежность велосипеда к той или иной категории.

• A — эффективная длина верхней трубы переднего треугольника (ETT);
• B — длина верхней трубы переднего треугольника;
• C — длина верхнего пера заднего треугольника;
• D — высота рулевого стакана;
• E — длина нижнего пера заднего треугольника;
• F — длина нижней трубы переднего треугольника;

• G — рост рамы;
• H — рост рамы;
• K — рост рамы;
• L — угол наклона подседельной трубы;
• M — угол наклона рулевого стакана.

Параметры A и B показывают, как различные производители измеряют длину верхней трубы переднего треугольника.

Параметры G, H и K показывают, как различные производители измеряют рост рамы. Некоторые производители, чаще всего итальянские, считают ростом рамы расстояние от центра оси каретки до центра места соединения подседельной и верхней трубы переднего треугольника (параметр K).

Оптимальная ростовка рамы зависит от роста человека, люди с маленьким ростом нуждаются в более маленьких рамах. Размер колеса велосипеда (26" или 28" обод) не может служить параметром определения размера рамы. Велосипед с 28" колесами и маленькой рамой, может быть меньше чем велосипед с 26" колесами и большой рамой. Рост рамы можно определить приблизительно по таблице. Также рост рамы определяется произведением внутренней длины ноги (расстояние от промежности до пятки) и коэффициента 0.59. Ростовка рамы может указываться как в сантиметрах, так и в дюймах.

Рост человека, м	Рост рамы, см
	Горный велосипед	Трековый велосипед	Дорожный велосипед	Гоночный велосипед
1,65	41-44	46-48	48-50	50-52
1,70	44-46	48-50	50-52	53-55
1,75	46-48	50-52	52-55	55-57
1,80	48-50	52-55	56-58	57-59
1,85	50-52	56-58	59-60	59-61
1,90 и более	52-54	58-61	60-64	61-64

В то же время, при выборе велосипеда для спусковых и экстремальных дисциплин (стрит, даунхилл и др.) обычно берутся рамы меньшего размера, что позволяет увеличить маневренность велосипеда при прыжках и исполнении различных трюков.

[править] Внешние ссылки

• Несколько слов о материалах и рамах: часть1, часть 2
• Материалы велосипедных рам
• Рамы