Металлические трубы для рамы велосипеда: Обзор материалов велосипедных рам

Выбор материала рамы — Статьи о велосипедах

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?

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 .
Источник: Caree.org

Какие трубы использовать для своих проектов?

Велосипеды, мотоциклы и квадроциклы
При постройке велосипедов, мотоциклов и квадроциклов наиболее часто используются бесшовные трубы диаметром 16, 22, 25, 30 и 32мм. Для багажников, дуг безопасности, сисси баров, креплений фар, подвесов кофров итп обычно применяют трубы 16мм и 22м. Для рулей используются трубы 22мм и 25мм. Для изготовления рам и элементов подвески – 32 мм, реже (в основном, для дуплексных рам) – 30мм. Таким образом, если Вы работаете с мотоциклами или квадроциклами, наиболее универсальным будет комплект из трех пуансонов: 22, 25 и 32мм. Такой набор перекроет бОльшую часть потребностей, а по мере развития Вашего дела, его всегда можно расширить. Если Вы не изготавливаете рамы и элементы подвески, то пуансон 32мм можно заменить на 16мм. Если стоит вопрос о необходимости сэкономить, то рекомендуем начать с пуансона одного размера – 22мм. Это даст Вам возможность производить наибольшее число различных изделий: защитные дуги, подвесы кофров, сисси-бары, рули и “люстры”.

Спортивные автомобили, пикапы и внедорожники
При постройке спортивных автомобилей и багги наиболее часто применяются трубы диаметром 32, 38 и 45мм. Таковы требования регламентирующих документов РАФ. Трубы 38мм и 45мм предписывается использовать при постройке каркасов безопасности. Трубу 32мм можно использовать для декоративных элементов и элементов защиты, не регламентируемых документами РАФ, а также элементов подвески. Таким образом, если Вы строите спортивные автомобили, наиболее оптимальным и универсальным будет набор из пуансонов 32, 38 и 45мм. В целях экономии можно отказаться от оснастки для трубы 32мм и работать только с двумя типоразмерами, обязательными для применения в соответствии и требованиями РАФ.

Для постройки рам багги для личного использования (без участия в официальных соревнованиях) можно обойтись трубой диаметром 38мм и одним пуансоном соответствующего размера. Если купить бесшовную трубу возможности нет, ее можно заменить доступными на любом стройрынке трубами Ду32 (конструкция получится более тяжелой) или Ду25 (потребуется особое внимание к конструкции рамы, чтобы обеспечить жесткость).

При постройке рам для картов обычно используется труба диаметром 30мм или 32мм. И если Вы не планируете изготавливать что-либо еще, помимо картинговых рам, можно ограничиться только одним пуансоном выбранного размера.

Все сказанное выше справедливо также для изготовления силового обвеса для пикапов и внедорожников. Наиболее оптимальным будет использования комплекта из трех пуансонов: 32, 38 и 45мм. Из труб такого размера можно изготовить всю основную номенклатуру изделий для подобных автомобилей: бампера, силовые пороги, элементы защиты итп. Его можно также дополнить оснасткой для работы с трубами 16 или 22мм – они хорошо подходят для изготовления экспедиционных багажников, различных органайзеров и лестниц, когда труба диаметров 32мм оказывается слишком велика.

Если стоит задача максимально сэкономить, получив при этом наиболее универсальную оснастку для изготовления силового обвеса, то рекомендуем остановиться на пуансоне для трубы 45мм. Труба этого размера подходит для изготовления максимального количества изделий: бампера и кенгурятники, силовые пороги, дуги в кузов пикапов итп. Если к изделиям не предъявляются особые требования, и нет возможности приобрести трубу 45мм, ее можно заменить трубой Ду32.

Лодки, катера и яхты
При постройке лодок, катеров и яхт наиболее употребимыми будут трубы диаметром 22 и 25мм. Именно эти размеры чаще всего применяются в поручнях и деталях леерного ограждения. Этот набор можно дополнить пуансоном под трубу 32мм. Трех пуансонов (22, 25 и 32мм) будет достаточно для решения подавляющего большинства задач. Наиболее универсальный размер пуансона для применения в малом судостроении – 25мм, поэтому если речь идет о необходимости сэкономить, ориентируйтесь именно на этот размер.

Элементы интерьера
При изготовлении элементов интерьера – перил, ограждений и пр (втч из нержавеющей стали), наиболее часто применяются трубы диаметром 38 и 45мм.

О нас — Vari-Wall Bicycles, Inc.

Наша история

Компания Vari-Wall Tube Specialists была основана в 1985 году Рэндаллом Л. Алексоффом как инженерно-консалтинговая фирма. Наша миссия всегда заключалась в том, чтобы предоставить клиентам решения проблем с трубной конструкцией. Многие из наших первоначальных проектов были сосредоточены вокруг труб автомобильной подвески и велосипедной рамы. Наша работа в конечном итоге привела к созданию нескольких инновационных продуктов и необходимости их коммерциализации по разумной цене.

Компания начала производственную деятельность в 1986 и быстро превратилась в крупного производителя запчастей. В конце 1980-х годов мы помогли произвести революцию в рамах горных велосипедов и подвесных вилках. Мы создали первую в мире баттированную алюминиевую раму. Эти детали помогли снизить вес велосипедов при одновременном повышении производительности. Vari-Wall стала неотъемлемым поставщиком для клиентов от Huffy до Rock Shox. Для нас было честью получать награду Huffy Corporations «Поставщик года» четыре года подряд.

К началу 19В 90-х бизнес расширился до систем автомобильной подвески. Наша продукция использовалась во многих областях, включая рычажные рычаги независимой подвески на Toyota Camry и поворотные оси с переменной толщиной стенки на PT Cruiser.

В 1992 году мы познакомились с Рэем ДеМарини и помогли его компании создать полную линейку необычных алюминиевых бейсбольных бит. Наша технология Vari Wall стала ключом к тому, чтобы помочь Рэю создать лучшие ракетки с одинарными и двойными стенками. Мы по-прежнему гордимся тем, что являемся частью его «Безумной преданности производительности».

В 2002 году наш бизнес расширился до производства корпусов мостов для легких грузовиков. Мы произвели 100% корпусов мостов для автомобилей Jeep Grand Cherokee и Dodge Durango. К 2006 году мы строили более 1 000 000 корпусных труб в год.

Шесть лет назад мы вышли на рынок аэрокосмических кресел. Наши детали произвели революцию в конструкции подседельной балки для аэрокосмической отрасли, предоставив максимально легкие трубы с переменной толщиной стенки, изготовленные из высокопрочных алюминиевых сплавов.

Мы стремимся оставаться инновационным лидером в производстве стальных и алюминиевых труб, с гордостью производимых в США.

Фотогалерея

Наведите курсор на каждое изображение, чтобы узнать больше. Нажмите, чтобы увеличить.

Основана в мае 1985 года. Получила первый заказ на 5000 деталей от Huffy.

Июль 1985 г. — основан по адресу 556 1/2 Bev Road.

Изготовление первого из множества заказов.

Тони и Брэд усердно работают

1991 – Газетная статья

1991 — Премия Хаффи

1993 — Статья о расширении Vari-Wall

Весна 1988 — Закладка фундамента для новой локации.

Весна 1988 г. – новаторский подход

Возвращение к истокам

С объявлением True Temper о выходе с рынка велосипедных камер, оставив клиентов OX Platinum и Supertherm позади, Vari-Wall готова и рада заполнить пустоту!

Мы возвращаемся к своим корням. В 1985 году мы начали работу в гараже площадью 800 квадратных футов на северо-востоке Огайо. Там мы разработали и усовершенствовали наши запатентованные процессы, используемые для производства баттированных трубок для велосипедов. В первые годы нашей единственной задачей была поддержка производства велосипедов на всех уровнях. Мы сыграли важную роль в выходе стальных горных велосипедов на массовый рынок и создали первую в мире велосипедную трубу с баттингом из алюминия. Всего за несколько лет мы стали ключевым поставщиком баттированных велосипедных труб для многих компаний, в том числе:

• Велосипеды Cannondale
• Велосипеды Хаффи
• Велосипеды S&M
• Треккинговые велосипеды

• Велосипеды GT
• Подвеска Marzocchi
• Специализированный велосипед
• Ответ/Manitou

• Фокс Рейсинг
• РокШокс
• Велосипеды Кляйна
• Велосипед Гэри Фишера

Конец 1990-х и начало 2000-х годов оказались очень трудными для наших клиентов из-за дешевого импорта. Многие либо закрылись, либо перенесли свои операции за пределы США. В результате, большинство наших станков для производства баттированных труб были перенесены в автомобильную и аэрокосмическую промышленность. Тем не менее, мы никогда не прекращали поддерживать наших клиентов с баттированными велосипедными трубами и амортизационными вилками.

В марте 2015 года к нам обратился Крис Мёллер, президент S&M Bikes, с просьбой помочь решить проблемы с качеством и доставкой, которые возникали у них с комплектами стальных труб с воздушной закалкой. Мы быстро приступили к поиску лучшего североамериканского сырья и источников термообработки, необходимых для удовлетворения его потребностей. В ноябре 2015 года мы отгрузили нашу первую стыковую трубу с воздушной закалкой.

Vari-Wall готов заполнить пустоту полной линейкой бесшовных труб Vari-Wall Thermlx™. Наши баттированные хромомолибденовые бесшовные стальные трубы с воздушной закалкой доступны с наружным диаметром от 0,750 дюйма до 1500 дюймов и диаметром от сверхлегкого 7/4/7 до постоянной толщины стенки 1,2 мм. Наша бесшовная стыковая трубка Vari-Wall Thermlx™ доступна с уровнями прочности от 150 до 200 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Vari-Wall — это семейный бизнес, и мы никогда не перенесем наши операции за границу. Мы на 100% привержены производству прямо здесь, в США.

Чтобы начать работу с нашими бесшовными баттированными велосипедными трубками Vari-Wall Thermlx™ и Vari-Wall Chromoly, см. страницу контактов с нами.

Вы также можете связаться с нами по телефону 330-482-0000.

Возможности и продукты

Мы производим критически важные компоненты, требующие высочайшего качества и ухода, предлагая трубные решения для широкого спектра применений

Мы используем высокопрочные материалы во всех процессах обработки труб. Наши тянутые алюминиевые трубы достигают механических свойств до 95 ksi. Наши легкие закаленные на воздухе стали достигают механических свойств до 200 ksi.

Резка труб

Формование труб

Отделка поверхности

Сплайнирование труб

Рулонная резьба

AASQ #124: Какая стальная велосипедная труба лучше? И почему?

Мы знаем, глупых вопросов не бывает. Но есть некоторые вопросы, которые вы, возможно, не захотите задавать в местном магазине или приятелям по верховой езде. AASQ — это наша еженедельная серия, в которой мы разбираемся в ваших вопросах — серьезных или нет. Нажмите на ссылку внизу поста, чтобы задать свой вопрос.

Добро пожаловать в серию Bikerumor Задай глупый вопрос . После недавних дискуссий о более популярных материалах рамы, алюминии и углероде, на этой неделе мы обратимся к старой доброй стали.

Существует множество вариантов стальных труб для изготовления велосипедных рам, и разные производители имеют разные предпочтения в зависимости от типа велосипеда, который они создают. На этой неделе у нас есть подборка опытных строителей и дизайнеров рам от малых и средних брендов:

• Ира Райан, соучредитель и производитель рам в Breadwinner Cycles
• Алан Финли, основатель и дизайнер Pipedream Cycles
• Джо Макьюэн, основатель и производитель рам Starling Cycles

Какой тип стальной трубы лучше всего подходит для изготовления рамы велосипеда, и различается ли он в зависимости от типа рамы, которую вы строите (горная, дорожная, гравийная, с полной подвеской)?

Циклы кормильца: Хотелось бы, чтобы был прямой ответ, но он более тонкий.

Существует множество вариантов материалов для велосипедных рам, и каждый из них имеет свои плюсы и минусы. Мы твердо убеждены, что высококачественная сталь является лучшим балансом для легкой велосипедной рамы. Breadwinner Cycles использует трубы Columbus с самого первого дня, а я использую сталь Columbus с 2005 года. Говорить, что Surly — это то же самое, что и велосипед Breadwinner, — неправильный взгляд на этот замечательный материал рамы. Хроммолибден низкого качества часто дешев и тяжел, тогда как высококачественные трубы от такой компании, как Columbus, можно использовать для изготовления очень легкой рамы, которая настроена для езды, чтобы соответствовать размеру, стилю и эстетике гонщика.

Сталь обладает гораздо большей прочностью на растяжение по сравнению с углеродом или алюминием, что означает, что она выдержит десятилетия жесткой езды, а также имеет естественную пружину, которая может превратиться в хороший щелчок в хорошо спроектированной раме. Материал рамы — это только часть уравнения, а геометрия и выбор толщины и диаметра труб составляют целое. Наши рамы разработаны таким образом, чтобы сочетать легкий вес трубок с прочной конструкцией, обеспечивающей удобство в обращении.

В наших рамах для гравия и CX используются трубы Columbus Spirit для основного треугольника и Columbus Zona для задних перьев, чтобы обеспечить некоторую гибкость для пересеченной местности. В нашем шоссейном велосипеде Lolo, предназначенном для гонок и быстрой езды, используется двойная труба Columbus Spirit увеличенного размера, которая делает раму более жесткой и легкой за счет более тонкой стенки трубы.

В наших горных велосипедах используется трубка Zona, которая лучше подходит для жесткой езды, а также более устойчива к вмятинам. Трубка с более толстыми стенками в сочетании с большим диаметром помогает сохранить жесткость рамы, несмотря на более длинную трубку.

Еще один аспект, который нам нравится в стали как материале для рамы, — это возможность ее ремонта в случае повреждения рамы. Углеродное волокно, большинство алюминиевых и титановых сплавов не могут быть переработаны, и большинство из них очень трудно восстановить, если вообще восстановить.

Для нас важно иметь возможность предложить более легкий выбор на планете и не допустить попадания велосипедов на свалки. С другой стороны, мне нравится работать с материалом, который имеет характер и меняется со временем. Сталь понятна, и мне нравится знать, что моя рама сделана из высококачественных труб, отобранных вручную.

Pipedream Cycles: Стали, обычно используемые для изготовления высокопроизводительных велосипедных рам, обычно представляют собой высокопрочные углеродистые стали. Они содержат различные элементы для оптимизации их свойств, а сталь классифицируется в соответствии с отраслевыми и международными стандартами.

Хромомолибденовая сталь, изготовленная на основе стандартного стального сплава 4130, является одной из наиболее широко используемых для изготовления стальных рам. Этот стальной «суперсплав» обладает невероятной прочностью, которую можно еще больше увеличить путем термической обработки.

Со стальными трубами относительно легко работать: их можно стыковать, гнуть, формовать (формовать) или подвергать механической обработке и, при наличии соответствующих навыков, припаивать или приваривать к раме велосипеда. Диаметр, форма, толщина трубы и стыковка — все это важные факторы, и эти переменные будут определять «ощущение» — комфорт, податливость, гибкость или жесткость — а также прочность и вес рамы.

Следовательно, выбор трубок рамы будет (и должен) различаться в зависимости от типа создаваемой рамы, что позволит разработчику «оптимизировать» характеристики, свойства и характеристики велосипеда.

Стальные велосипедные рамы Pipedream Cycles имеют пересечение рулевой и верхней и нижней труб без косынок благодаря профилям, стыкующимся с трубами. и предполагаемое назначение рамы, но это очень дорого сделать. Однако, если вы производите рамы партиями, производство специального комплекта трубок может быть оправдано. Стандартные трубки (и есть несколько вариантов) более экономичны и подходят для большинства применений, и при некотором творческом подходе и инженерных практиках их можно заставить работать.

Последнее различие, которое необходимо сделать при определении того, что лучше (принимая во внимание стиль рамы), — это разница между стандартной (серийной) рамой и рамой, изготовленной по индивидуальному заказу. Индивидуальная рама уникальна и разработана и изготовлена ​​​​с учетом конкретных потребностей одного гонщика. Их размеры, вес, стиль езды (среди прочего) будут учитываться при выборе камер.

Рама серийного производства изготавливается в соответствии с международно-признанными стандартами безопасности и подходит для широкого круга райдеров, которые для данного размера рамы могут значительно отличаться по весу (и ловкости), поэтому (все остальное равные) тяжелый и агрессивный гонщик может найти раму податливой, но более легкий гонщик может найти ту же раму жесткой.

Pipedream Full Moxie — стальной одношарнирный горный велосипед с полной подвеской, разработанный в Шотландии.

Итак, если мы обсуждаем сталь, это не просто то, из чего сделана рама: конструкция рамы и характеристики труб. — стыковка, форма и профиль — и навыки всех, кто участвует в процессе изготовления, — вот что действительно важно для максимизации производительности и удовольствия от велосипеда. Когда «звезды сошлись», творится волшебство… остальное зависит от вас, гонщика.

Starling Cycles: Лучшей сталью для велосипедных рам не является углерод или алюминий. Просто шучу!

Выбор стали для велосипеда зависит от нескольких параметров: веса, жесткости, прочности (статической и усталостной), долговечности, технологичности и стоимости (и, возможно, некоторых других). Но мы можем очень быстро упростить этот сложный выбор с помощью пары полезных сведений о весе и жесткости.

Starling Cycles выпустила ограниченную серию из 15 рам Murmur из нержавеющей стали… когда-то давно

Во-первых, вес. Все стали с небольшим допуском имеют одинаковую плотность: 7800 кг/м ³ . Это то же самое для дешевой мягкой стали и высококачественной нержавеющей стали. Итак, почему разные рамы весят разное количество? Что ж, более прочным сталям требуется меньше материала для достижения определенной прочности. Таким образом, мы можем забыть о весе и рассматривать только силу.

Все стали имеют одинаковый модуль Юнга, т.е. жесткость около 200 ГПа (с небольшим допуском). В случае велосипедной рамы общая жесткость зависит от конструкции велосипеда, а в примере типичной двойной ромбовидной рамы — от общей геометрии рамы, диаметра трубы и толщины стенки. Диаметр трубы в значительной степени влияет на локальную жесткость (изгиб, сдвиг, растяжение, кручение) трубы, но толщина стенки также оказывает влияние.

Все рамы горных велосипедов Starling Cycles изготовлены из стальных труб, включая Sturn DH MTB

. Давайте вместе рассмотрим вес и жесткость. Повторим еще раз: две стальные рамы одинаковой геометрии, диаметра и толщины труб будут иметь одинаковый вес и жесткость независимо от того, из какой стали они сделаны. Один может быть намного прочнее другого, или не ржаветь, или стоить намного дороже, но они будут весить одинаково и иметь одинаковую жесткость.

Хорошо, с этим разобрались. Итак, давайте перейдем к обсуждению прочности.

Некоторые стали прочнее других; Я использую трубки Рейнольдса для своих оправ; нетермообработанная 631 прочная, термообработанная 853 прочнее, термообработанная нержавеющая сталь 953 очень прочная. Но сила, о которой я говорю выше, — это статическая сила; что происходит при однократном приложении нагрузки.

Нам также нужно подумать об усталостной прочности; что происходит после большого количества приложений нагрузки, например, после 20 лет постоянного усилия на педали. Как правило, более прочные материалы менее пластичны, то есть более хрупки. Это приводит к ухудшению усталостной прочности. Но на самом деле сталь достаточно прочная, и часто именно плохие конструктивные особенности и плохие сварные швы приводят к усталостным разрушениям.

Как обсуждалось ранее, чем прочнее сталь, тем меньше ее можно использовать для достижения определенной прочности и жесткости, а значит, и меньшего веса. Тем не менее, есть некоторые ограничения в отношении толщины стенок. Если стенки станут слишком тонкими, они просто прогнутся под нагрузкой (функция модуля Юнга, а не прочности материала) или будут подвержены ударным повреждениям.

Таким образом, если у вас есть рама, достаточно прочная и жесткая, чтобы достичь того, что вы хотите, нет никаких преимуществ в использовании более прочных материалов, вы не можете делать стенки тоньше для снижения веса.

Далее рассмотрим технологичность. С более прочными сталями, как правило, сложнее работать, их сложнее резать и сверлить, формовать и сваривать. А теперь о стоимости…

Более прочная сталь стоит дороже. Они, как правило, требуют причудливых легирующих материалов и большего количества процессов (например, термической обработки). С ними также сложнее работать, например, требуются более дорогие режущие инструменты.

Итак, что мы можем сказать о выборе стали для велосипедных рам?

Предположим, у нас есть хорошо спроектированная рама без функций, которые могут вызвать проблемы. Сначала нам нужно выбрать диаметры труб, чтобы добиться необходимой нам жесткости. Тогда мы бы пошли на компромисс между стоимостью и весом; более прочная, но более дорогая сталь означает, что мы можем использовать меньшую толщину стенки и иметь меньший вес. Дешевые, слабые трубы требуют большей толщины стенок и будут тяжелее.

Но, как обсуждалось, все они ограничены минимальной толщиной стенки для коробления и местных ударов. Итак, как это влияет на разные типы фреймов?

Для шоссейного велосипеда вам нужен самый легкий вес, поэтому вы бы потратили на него деньги, чтобы получить самые прочные камеры и самые тонкие стенки. Он менее подвержен ударам, поэтому вы, возможно, пойдете на небольшой компромисс и рискуете уменьшить толщину стенки.

Для детского велосипеда нагрузка очень низкая, поэтому вы можете обойтись малопрочными/дешевыми камерами, но при этом получить маленькие тонкие камеры для облегченной рамы.

Для горного велосипеда? Ну, они очень восприимчивы к ударам. Таким образом, вы не можете пойти на компромисс с толщиной стенки. Это означает, что вам не обязательно использовать сталь самого высокого качества для достижения требуемой прочности и жесткости, даже при больших нагрузках, которые они видят.

Все велосипеды Джо оснащены распорной пластиной скворца.

Гравий — это глупо. В детстве у меня была дорога по гравию, и ездить на велосипеде было ерундой, в местных лесах было гораздо веселее!

Я изо всех сил старался упростить это обсуждение для всех, особенно с моими окончательными выводами.