- Конструктивні типи велосипедних рам
- Матеріали і технологічні особливості
- геометрія рами
- Постскриптум
Недосвідченій людині велосипед може здатися досить простою конструкцією - декількома трубами, звареними між собою і встановленими на пару коліс. На ньому можна їздити, а більше, власне, і не треба. Але за уявною простотою криються довгі роки пошуків ідеальної конструкції, підбір матеріалів та постійне вдосконалення технологій. Сучасний велосипед являє собою складну систему, що складається з великої кількості різних деталей і головною серед них, звичайно, є рама. Про неї і піде мова в цій статті.
Велосипедна рама - основна частина велосипеда, до якої кріпляться колеса, передня вилка і інші компоненти - обладнання велосипеда.
Конструктивні типи велосипедних рам
Серед рам класичних велосипедів (серійних велосипедів для дорослих) перш за все, розрізняють відкриті (або жіночі) і закриті (чоловічі) велосипедні рами.
Класична рама
Класична закрита (чоловіча або ромбовидна) рама складається з труб, що утворюють два трикутника - передній і задній.
велосипед Stevens Stelvio з закритим типом рами
Передній трикутник утворений підсідельною трубою, що сполучає сідло і каретку; нижньою трубою, що сполучає каретку з рульовою колонкою (склянкою), і верхньою трубою, що сполучає рульову колонку з підсідельною трубою. Задній трикутник утворений двома парами труб, що йдуть від підсідельної труби і каретки до місця кріплення втулки заднього колеса. Найчастіше ці пари називають верхніми і нижніми пір'ям задньої вилки. Зазначена конструкція забезпечує найбільшу жорсткість рами при мінімальному її вазі.
відкрита рама
Відкрита (або жіноча) рама. Існують рами без верхньої труби або з верхньою трубою, що йде поруч з нижньої. Цей варіант рами традиційно називається жіночим - на такий велосипед можна сісти в спідниці, не порушуючи пристойності, що було важливо, наприклад, в вікторіанської Англії. Проте, рами такого типу популярні і серед чоловіків, так як на них зручніше сідати навіть в брюках.
Хоча традиційно закритий тип рами називається чоловічим, ряд виробників випускають велосипеди з такою рамою, сконструйовані спеціально для жінок, однією з особливостей яких є зменшена в порівнянні з «чоловічим» варіантом довжина рами.
велосипед Ghost Miss 3000 з жіночої рамою
Необхідно зауважити, що жіноча рама завжди важче аналогічної по жорсткості і міцності класичної, тому в шосейних велосипедах застосовується майже виключно класична рама.
складна рама
Рами, на базі яких збирають складні моделі велосипедів. Переважаючими в цьому класі є відкриті рами, що вимагають одного роз'єму (або шарніра). Однак, наприклад, самокатную (т. Н. Велосипедні) частини збройних сил оснащувалися складними велосипедами саме на базі закритої рами (в силу більшої міцності при меншій вазі - багато велосипедів мали спеціальні ремені для перенесення їх через важкопрохідні ділянки місцевості, в складеному вигляді за спиною , на манер рюкзаків).
Також в конструкції заднього трикутника рам класичних конструкцій можуть бути передбачені шарніри і роз'єми для пристрою амортизатора.
Спеціальна або дитяча рама
У цю групу можна віднести рами спеціальних і експериментальних велосипедів (наприклад, для пересування в лежачому положенні), а також дитячих велосипедів. Рами дитячих велосипедів, сприймають набагато менші навантаження (по масі людини і швидкості пересування), так що тут цілком можна застосувати спрощені конструкції і інші матеріали.
Дитячий велосипед Ghost Powerkid
Матеріали і технологічні особливості
Труби для виготовлення рам можуть бути як круглого, так і іншого перетину. Найбільш дорогі рами виготовляють з труб зі змінною товщиною стінок і збирають в статично напруженому стані.
Баттированного називають труби зі змінною товщиною стінок. Баттінг істотно покращує характеристики рами. Розрізняють подвійне (DB) і потрійне (TB) Баттінг. При потрійному баттірованія товщина на кінцях різна, а при подвійному - однакова. Однак відмінність між TB- і DB-рамами невелика.
Втомою матеріалу називають процес поступового накопичення пошкоджень під дією змінних (часто циклічних) напруг, що призводить до зміни його властивостей, утворення тріщин, їх розвитку та руйнування матеріалу за певний відрізок часу. Часто в результаті втоми відбувається поломка спиць, рулів, рам і інших частин велосипеда. Простий приклад - якщо деякий час згинати звичайний алюмінієвий дріт в різні боки, він стає крихким і, врешті-решт, руйнується в місці згину.
Матеріалом для виготовлення велосипедних рам служать леговані (найчастіше хромом і молібденом) стали, різні алюмінієві, титанові і магнієві сплави, а так само вуглецеве волокно (карбон).
сталь
Легована сталь використовується з 1930-х років, в даний час найбільш широко використовуються хром-молібденові стали. Сталеві рами недорогі, технологічні у виготовленні (їх можна як паяти, так і зварювати), володіють хорошими втомним характеристиками і досить жорсткі. Важливо, що з'явилися з якої-небудь причини тріщини розвиваються поступово, даючи про себе знати скрипом і зниженням жорсткості, так що сталева рама рідко ламається раптово.
Титан
Титанові сплави використовуються в дорогих рамах - як правило, для спортивних велосипедів. Титан не тільки має високу питому міцність, дозволяючи конструювати дуже легкі рами (менш 1,4 кг для шосейних велосипедів), але і виключно стійкий до корозії, що дозволяє навіть не фарбувати рами. Разом з тим, титан - щодо в'язкий матеріал, що створює певні проблеми із забезпеченням жорсткості (при достатній міцності). Однак цей недолік перетворюється на гідність при їзді по нерівній дорозі: титан прекрасно пом'якшує дрібну вібрацію. Іншим недоліком титану є його низька технологічність, що ще більш збільшує ціну такої рами.
алюміній
З 1980-х років популярність набувають рами з зварювальних алюмінієвих сплавів. Алюмінієві рами мають приблизно таку ж вагу, що і титанові, але володіють більшою жорсткістю (більшою, ніж сталеві). Пов'язано це з тим, що алюмінієві рами мають великі перетину труб і, крім того, мають підвищений запас міцності. Цей запас необхідний через те, що застосовувані сплави мають дуже погані втомні характеристики, безперервно накопичуючи дефекти і, врешті-решт, руйнуючись навіть від незначних навантажень. При цьому, на відміну від сталевих, алюмінієві рами руйнуються раптово. Тим не менш, у даний час алюміній є найбільш популярним матеріалом для рам середнього цінового діапазону.
магній
Відносно недавно з'явилися рами з магнієвих сплавів. Такі рами дуже легкі і при цьому мають відмінні механічні властивості. Їхній головний недолік - дуже низька корозійна стійкість. Навіть незначна подряпина на фарбі може привести до швидкої корозії і руйнування рами. Тому магнієві рами вимагають особливо ретельного догляду.
До переваг магнієвих сплавів можна віднести:
- високу питому міцність і питому жорсткість;
- низька вага - магній в 6-7 разів легше, ніж сталь, і в 2-2,5 рази - ніж алюміній;
- здатністю добре поглинати вібрацію. Їх питома вібраційна міцність майже в 100 разів більше, ніж у кращих алюмінієвих сплавів, і в 20 разів більше, ніж у легованої сталі, в 300-500 разів, ніж титанові сплави. Ці властивості ставлять магній поза конкуренцією при виготовленні велосипедних рам;
- добре піддається різній обробці;
- відмінні втомні характеристики. За питомою можливості протистояти багаторазовим навантаженням, концентраторів напружень, магнієві сплави впевнено обганяють алюміній і можуть конкурувати з кращими сталями.
вуглецеве волокно
Вуглецеве волокно, вуглепластик або карбон - цей матеріал володіє винятковою міцністю, але при цьому крихкий, доріг і труднотехнологічен. Як компроміс іноді виготовляються «гібридні» рами, з окремими елементами з вуглепластика і основою з титану або алюмінієвих сплавів.
Що є розмір рами?
Хоча геометрія рами може бути більш-менш довільною, найбільш характерним розміром рами є її зростання. Зростання рами вимірюється двома способами - міжосьовим «С-С» (англ. Center-to-center), від осі каретки (педалей) до осьової лінії верхньої труби (тільки для рам класичної конструкції); і С-Т (англ. center-to-top), від осі каретки до верхнього зрізу підсідельної труби. Традиційно, зростання рами (як і майже всі розмірності) шосейних велосипедів вимірюється в сантиметрах або міліметрах, а зростання гірських велосипедів - в дюймах.
Варто відзначити, що розмір однієї і тієї ж рами може варіюватися в залежності від виробника. Деякі з них вирішили, що вимір підсідельною труби повинно охоплювати її цілком - до самої верхньої точки її зрізу. Інші вимірюють довжину підсідельної труби до вищої точки верхньої труби. Крім того, на рамах з вигнутою верхньою трубою деякі компанії приймають за точку перетину те місце, де труби перетнулися б, не рахуючи вигину.
геометрія рами
Геометрія рами визначає поведінку велосипеда в тій чи іншій ситуації. По суті, це поняття включає три основних складових, баланс між якими шукає кожен виробник велосипедів, створюючи чергову модель для тих чи інших потреб:
1. Стабільність:
Визначає кількість зусиль, необхідних велосипедисту для збереження прямолінійності руху. Цей показник дуже важливий для MTB (фрірайду і даунхила) і, звичайно, для шосейних велосипедів.
2. Маневреність:
Те, наскільки швидко велосипед здатний відреагувати на маневри байкера. Здатність швидко змінювати напрямок руху.
3. Зчеплення:
Визначає те, наскільки добре зчеплення заднього колеса з поверхнею. Це залежить в основному від дизайну рами (фактично - від розподілу ваги велосипедиста) - кута підсідельної труби, довжини заднього пір'я і бази велосипеда.
Крім того, дизайнерам і інженерам необхідно врахувати ще величезну масу різних факторів, серед яких варто відзначити наступні:
Довжина верхньої труби (величина C на малюнку) - відстань між центром рульової колонки і підсідельного штиря, уявна лінія, що йде паралельно землі. Велика верхня труба надає велосипеду більше стабільності, в той час як менша навпаки - маневреності. Від цього також залежить і посадка велосипедиста - вільна (прогулянкова) вертикальна або спортивна, більш горизонтальна позиція.
База велосипеда (величина H на малюнку) - відстань між осями переднього і заднього колеса. Чим менший цей період, тим вище маневреність велосипеда і менше його стабільність, а велика база означає меншу маневреність і більшу стабільність.
Довжина винесення величина E на малюнку) - міряється від центру керма, до центру рульової колонки. Довжина винесення може робити істотний вплив на поведінку велосипеда в поворотах.
Рульовий кут (величина A на малюнку) - кут між рульовою колонкою і лінією, паралельної землі. Більший, близький до вертикалі кут визначає більшу маневреність велосипеда.
Зазор вилки (величина J на малюнку) - відстань між віссю переднього колеса і уявної лінії, проведеної через рульову колонку. Це характеристика вилки, а не рами, проте в комбінації з рульовим кутом і довжиною виносу вона визначає чуйність велосипеда на повороти керма. Менший зазор робить байк маневрений, а більший - додає йому стабільності.
Довжина заднього пера (величина G на малюнку) - відстань між кареткою і віссю задньої втулки. Як правило, це значення настільки мало, наскільки можливо. Чим воно менше, тим більше зчеплення заднього колеса з грунтом.
Кут підсідельної труби (величина B на малюнку) - кут між підсідельною трубою і горизонталлю. Параметр, що визначає положення байкера на велосипеді. При меншому значенні центр ваги зміщується ближче до заднього колеса, збільшуючи тим самим зчеплення з грунтом. Крутіший кут забезпечує кращу посадку для швидкого і агресивного педалювання.
Постскриптум
Як було сказано на початку, рама - основний елемент конструкції велосипеда, але далеко не єдиний, і в наступному матеріалі ми поговоримо про решту обладнанні, що кріпиться на цю саму раму.
Що є розмір рами?