Велосипедная рама

Стальная рама и вилка из карбонового волокна от шоссейного велосипеда 2000 г., LeMond Zurich.

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

Конструктивные типы велосипедных рам

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

Закрытая (мужская) рама

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 экспериментальных 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.

Подвеска

В то время, как подвеска переднего колеса представлена вилкой, задняя подвеска является элементом рамы. Задняя подвеска может быть жесткой, упругой и "полужесткой". Жесткая подвеска, в отличие от упругой и полужесткой, не предусматривает движения оси закрепленного заднего колеса относительно других элементов рамы. В упругой подвеске задний треугольник, или его части могут двигаться на шарнирах, за счет чего достигается рабочий ход заднего колеса. Упругим элементом подвески может быть пружина, или пневматическая система, гасящим - эластомер, масляный картридж и др. В "полужесткой" заднее колесо может иметь небольшой ход за счет конструктивно предусмотренных упругих деформаций рамы(обычно - заднего треугольника).

Рамы с жесткой задней подвеской, "хардтейлы", являются одним из самых распространенных типов рам. Как правило имеют проверенную форму "двух треугольников", однако оставляющую возможность изменять геометрию и материалы для получения требуемых характеристик. Относительно просты в конструкции и изготовлении, что обуславливает их невысокую стоимость и распространение.

Рамы с упругой задней подвеской более сложные, тяжелые и дорогие по сравнению с хардтейлами. Дешевые велосипеды с задней подвеской, как правило, имеют очень низкое качество всех компонентов.

Размеры велосипедных рам

Хотя геометрия рамы может быть более или менее произвольной, наиболее характерным размером рамы является её ростовка. Ростовка 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, ростовка рамы (как и почти все размеры) шоссейных велосипедов измеряется в сантиметрах или миллиметрах, а ростовка гибридных и горных велосипедов — в дюймах.

Рост [см]	Рама Спорт.	Рама Туристическ./Городск.
> 200—190	21″ (XL)	23″ (XXL)
190-180	19″ (L)	21″ (XL)
180-170	17″ (M)	19″ (L)
170-160	16″ (S)	17″ (M)
< 160	14″ (XS)	16″ (S)

Материалы для изготовления велосипедных рам

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Пластиковый велосипед Itera начала 1980х.

Бамбуковая велосипедная рама (1896)

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^{[источник не указан 300 дней]}. Баттирование 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 хромомолибденом), различные алюминиевые, титановые и магниевые сплавы, а также углепластик (карбон) и других реже встречающихся сплавов и комбинаций материалов.

Легированная сталь хорошо работает на неровностях дороги благодаря своей гибкости, однако характеризуется невысокими рабочими характеристиками и большим весом. Из этого материала изготавливают рамы недорогих велосипедов для «начинающих». в настоящее время наиболее широко используются хром-молибденовые стали (в частности сплав CroMo 4130, он же 30ХМА по отечественной маркировке). Преимущества хромомолибденовых рам:

• высокая прочность;
• высокая надежность;
• лучшее гашение вибраций при езде(по сравнению с рамами из алюминия и углепластика);
• более ремонтопригодны, по сравнению с другими типами рам;
• 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.
• порог хладноломкости: не выше −40…-60°С

Недостатки хромомолибденовых рам:

• относительно большой вес;
• ржавеет.

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);
• Коррозионно стоек, что позволяет использовать рамы даже неокрашенными.
• Высокие интервалы эксплуатационных температур;
• титановые рамы лучше демпфируют мелкую вибрацию;
• Хорошие усталостные характеристики.

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);

Алюминиевые рамы С 1980-х гг. популярность приобретают рамы из свариваемых алюминиевых сплавов. Они дешевые в изготовлении, легкие, имеют хорошую коррозионную стойкость, технологичны. Алюминиевые рамы имеют приблизительно такой же вес, что и титановые, но обладают большей жёсткостью. 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.

Магниевые сплавы Относительно недавно появились рамы из магниевых сплавов. Такие рамы очень легки и при этом имеют хорошие 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.
• удовлетворительная свариваемость и паяемость;

Их главные недостатки:

• магний очень плохо переносит циклические нагрузки, обладает низкой ударной вязкостью.
• боится точечных ударов;
• Низкая прочность материала;
• Очень низкая 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 прочное углеволокно которое заливается пластиком, образуя нужную форму. Обладает достаточной прочностью, но при этом хрупок, дорог и труднотехнологичен. 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.

Долговечность велосипедных рам

Кривые усталости сплавов. Фактический предел прочности (слева); Процентная потеря прочности при циклических нагрузках (справа). ВАЖНО!!!:данные характеристики соответствуют только сплавам с указанной термообработкой.

Любой металл или сплав устает. Особенно ощутимо это проявляется в медных, алюминиевых, магниевых и др. цветных сплавах. На схеме справа, показано сравнение кривых усталости (кривые Веллера или S-N диаграммы) наиболее применяемых материалов в велоиндустрии. По оси абсцисс отмечается количество циклов, с периодической нагрузкой, до разрушения образца. По оси ординат — предел прочности материала, после определенного количества циклических нагрузок.

Следует учесть, что диаграммы приблизительные, так как процесс усталостного разрушения до конца не изучен. Даже у одинаковых материалов при лабораторных испытаниях, результаты колеблятся в широких пределах, иногда достигая различия на несколько порядков N. Большое значение на усталостные характеристики оказывает качество поверхности, качество материала, виды, динамика и силы прилагаемых нагрузок, перерывы между циклами, «тренировка материала» и многие-многие другие факторы.

Важно отметить, что только у стали есть так называемый предел выносливости (та нагрузка, ниже которой материал способен выдерживать бесконечное количество циклов). У всех остальных материалов физического предела выносливости фактически нет, и с продолжением приложения циклических нагрузок, кривая усталости медленно стремится к асимптоте. Поэтому для обозначения условного предела выносливости цв.сплавов, обычно принято принимать базовое количество 500 млн циклов, а для черных материалов — 10 млн (это означает, что при испытании, деталь из чёрного сплава прогнозируемо себя ведёт уже после 10 млн циклов, а деталь из цветного металла приходится "мучить" аж 500 млн циклов, чтобы понять её "поведение" и вычислить предел её прочности) [1].

Геометрия велосипедной рамы

Геометрия велосипедной рамы

См. также : Геометрия рамы велосипеда [2]

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

• A — актуальная длина верхней трубы переднего треугольника (TT/a);
• 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 меньших 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	Шоссейный 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	55-58	58-60	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.

Ссылки

Dursley Pedersen 1910 г.

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