Рама для велосипеда.
Действительность состоит в том, что вы можете сделать хорошую раму велосипеда практически из любого металла, с любыми желаемыми ездовыми качествами, выбирая соответствующий
диаметр труб, толщины их стенок и геометрию рамы. Вообразите, что вы зажимаете один конец металлического бруска в тисках, и вешаете груз на свободном конце, временно сгибая брусок. Когда вы снимаете вес, брусок резко возвращается назад к своей первоначальной форме. Различные материалы согнутся на различные величины при одинаковой приложенной силе. Это - жесткость.
Теперь вообразите, что вешаете более тяжелый груз на стержне, настолько тяжелый, что он остается деформированным постоянно. Когда вы снимаете этот груз, стержень не
возвращается назад полностью, к своей первоначальной форме, но остается согнутым до некоторой степени. Когда изменения в металле остаются постоянно, это явление называют
"текучестью".Различные материалы могут противостоять различным нагрузкам перед возникновением текучести. Это свойство - прочность. Имеются некоторые свойства трех основных металлов рамы (величины приведены не в системе СИ):
Любой, кто сообщает вам, что особенная марка стали (или алюминия, или титана) является "легче" или "жестче", чем другая марка или модель, травит байки. Однако, имеются реальные различия в напряжении текучести среди различного качества труб рам. Эти величины модуля упругости показывают, что, если вы строили бы идентичные рамы из этих трех материалов, используя те же самые диаметры труб и толщины стенок, алюминиевая рама, была бы только на 1/3 столь же жесткой, как стальная, а титановая только наполовину. Предел прочности показывает, что алюминиевая рама была бы значительно более слабая, в смысле более легко повреждаемая, чем рамы из титана или стали. Величина удельного веса показывает, что алюминиевая рама весила бы только 1/3 от стальной рамы, в то время как рама из титана весила бы около половина веса от веса стальной. Эти общие слова, однако, являются в основном бессмысленными, потому что никто не строит рамы из трех различных металлов с одинаковыми размерами труб!
Реальные велосипеды учитывают природу материала при выборе диаметра и толщины стенок каждой трубки, которая составляет раму. Жесткость главным образом связана с диаметром
труб. Прочность главным образом связана с толщиной стенок, хотя диаметр также влияет на это. На вес влияют, и диаметр, и толщина стенок. Изготовитель рам может принимать
компромиссные решения, выбирая различные толщины стенок и диаметры труб, позволяя раме быть сделанной или жестче, или прочнее, или легче. Почему же производители не делают этого? Здесь есть две причины: - Чем более тонкие стены труб используются, тем тяжелее сделать хорошее соединение труб друг с другом. Это - одна из причин, почему получают трубы с более толстыми стенками около концов, где трубы соединяют вместе с другими трубами.
- Кроме того, если стены получаются слишком тонкими, они станут слишком легко вдавливаться, а также точки крепления для бутылок, ограничителей тросов, креплений переключателей
и т.п. будут иметь недостаточную прочность. Другая область, где жесткость в поперечном направлении может быть проблемой, особенно велотуристу - задний треугольник, когда имеется груз на заднем багажнике. Рама, которая является слишком мягкой в этой области, будет чувствоваться гибкой и может быть склонной к опасным колебаниям при высоких скоростях педалирования. Большая часть этой гибкости - обычно заключается непосредственно в багажнике, но может иметься достаточно гибкости на верхних перьях задней вилки, чтобы ухудшить условия движения.
Вертикальная жесткость Многое из того, что обычно говорят относительно различных материалов рамы, касается предполагаемых различий в вертикальной жесткости. Говорится, что одна рама более комфортна при езде и поглощает дорожные удары, в то время как другая - жесткая и заставляет вас чувствовать каждую трещину в тротуаре. Фактически все эти "различия" являются или мнимым эффектом, или вызваны кое-чем другим чем выбор материала рамы. Удары передаются от задней шины, через колесо, верхние перья задней вилки, подседельный штырь, раму седла, и обтяжку седла. Все эти части рассеивают удар в большей или меньшей степени, но не в равной степени. Самой большой степенью гибкости и мягкости обладает шина, вероятно второй - непосредственно седло. Если у вас подседельный штырь сильно выдвинут из рамы, то имеется значительный изгиб и в нем. Качество сдерживания удара колесами - незначительно. Верхние перья задней вилки (единственная часть этой системы, которая фактически является частью рамы) загружены в чистом виде сжатием. В этом случае, они настолько жестки, что даже самые легкие и самые тонкие не могут вносить ничего стоящего упоминания в плане способности поглощать удар. Единственное место, которое в раме сгибается, чтобы внести вклад, -это если вы имеете длинный обнаженный подседельный штырь, который не установлен слишком глубоко в подседельную трубу, нижний его конец может заставлять сгибаться ее слегка. Но даже эта податливость - только часть от податливости сгибающегося подседельного штыря.
Свойство рамы, которое имеет некоторый эффект на смягчение дорожных ударов сзади - тип заднего треугольника. Это - одна из причин, почему туристические велосипеды имеют
тенденцию иметь длинные нижние перья задней вилки - это позволяет сместить ездока вперед от заднего колеса. Короткие перья задней вилки дают жесткую езду по той же самой
причине, что вы больше раскачиваетесь в задней части автобуса, чем в середине. Если вы находитесь прямо над задним колесом, то все удары идут прямо на седло. К сожалению, в велосипедных применениях, углеволокно - не полностью отработанная технология, как металлические рамы, состоящие из труб. Велосипеды подвергаются очень широкому диапазону различных напряжений с многих различных направлений. Даже с моделированием на компьютере, нагрузки не могут быть полностью предсказаны заранее. Углеволокно имеет большой потенциал, но современные карбоновые рамы не демонстрируют уровень надежности и долговечности, которые желательны для туристического использования в тяжелых условиях. В частности, слабыми точками являются области, где металлические части, типа концов вилок, оболочки каретки, рулевой колонки, и т. д. соединяются с карбоновой рамой. Эти области могут быть ослаблены в плане коррозии через какое-то время, и привести к поломке. В геометрии, нет ничего столь же прочного, как треугольник. Велосипеды с "ромбовидной" рамой состоят, в общем, из двух треугольников. Элегантность и простота этого решения неоспорима. Миллиарды велосипедов с "ромбовидной" рамой были сделаны из труб более чем за столетие, и в течение этого времени, сотни тысяч очень умных людей потратили миллиарды часов поездок и думали относительно путей к более тонкой "настройке" их велосипедов. Трубчатая ромбовидная рама была четко "настроена" эволюционным процессом к совершенству, применяемым основным пропорциям и материалам. Я часто пересаживаюсь на раму Mead Ranger, построенную в 1916 году. Она несколько тяжелее, чем более современные рамы, но ее общие ездовые качества столь же хороши как у любого велосипеда, который есть у меня.
Если должны быть какие-нибудь большие усовершенствования в конструкции рамы, то это должны быть проекты или полностью отличного типа процесса строительства, вроде углеволокна
(карбона) или литого магния; или полностью отличный тип конструкции, вроде велосипеда с "лежащим" велосипедистом (recumbent). Для длительного путешествия в малоразвитых областях, сталь, вероятно, пока что лучший выбор, потому что в случае повреждения, ремонт может быть сделан любым мастером с горелкой и знанием пайки / сварки. |