Из чего делают велосипедные рамы

Рама – основа будь-якого велосипеда. В залежності від матеріалу, з якого вона виготовлена, в підсумку ми отримуємо байк, який призначений для тієї чи іншої області застосування.

Рами виготовляють з:

• заліза (низкосортної сталі);
• легованої сталі;
• алюмінієвих сплавів;
• титану;
• композитних сплавів;
• екзотичних матеріалів.

Залізні рами

З низьковуглецевої сталі виготовляють рами для велосипедів для прогулянок або підробки під гірські байки. Їхня особлива риса - вага. Виробник, що себе поважає, не використовує цей тип матеріалу. Маркуються такі рами іменами невідомих фірм або стилістично зміненими назвами відомих виробників. Дуже полюбляють виробляти таку техніку китайські та індійські фірми.

Сталеві рами

Добре освоєна технологія обробки сталі дала можливість створювати практично будь-яку необхідну форму труб, забезпечити якісне зварювання (чи паяння). Тому багато виробників дають на такі рами "довічну" гарантію.
Сталь також володіє високою міцністю втомлюваності, тобто здатна витримувати мільйони циклів навантаження. На відміну від рам, що виготовлені з алюмінію, труби яких лопаються раптово, сталь, як правило, наче попереджує про те, що готова зруйнуватись. Спочатку з'являються тріщини, які з часом збільшуються, що призводить до поступового руйнування рами.
Для всіх видів сталі, характерною рисою є висока пружність. Цей показник втричі вищий за алюміній, та вдвічі більший у порівнянні з титаном. Висока пружність, у поєднанні з великою міцністю, дозволяють проектувати та створювати тонкі та, в той же час, жорсткі конструкції.
Ще один плюс сталевих рам - це здатність гарно гасити вібрації. На таких велосипедах вібрації не так сильно відчуваються, як, наприклад, на велосипедах, рами яких виготовлені з алюмінію.
Міцність, надійність та висока ремонтопридатність роблять сталеві рами незамінними в складних умовах дальніх поїздок.

Алюмінієві рами

Різноманіття алюмінієвих сплавів забезпечило велоіндустрію широкими можливостями, тож на даний момент алюміній - найрозповсюдженіший матеріал для виготовлення рам. Велике поширення алюмінієві рами отримали за рахунок їхньої низької собіватості, яка може сягати 25 доларів за одиницю.

Переваги алюмінієвих рам:

висока жорсткість, що дозволяє збільшити ККД велосипедиста;
стійкість до корозії;
менша вага за сталеві рами;
низька ціна.

Недоліки:

рама добре передає труску на велосипедиста, що погіршує комфорт катання;
рами накопичують втомлюваність та руйнуються "без попередження";
строк життя цих рам менший за сталеві.

Форми алюмінієвих труб можуть бути найрізноманітнішими. Частково це пов'язано з тим, що виробник прагне зробити красиву конструкцію, а також тим, щоб компенсувати негативні властивості жорсткості алюмінію, не зменшуючи міцності, і максимально знизивши вагу. Так як в поперековому напрямку жорсткість, як відомо, добре, тоді як в вертикальному напрямку збиткова жорсткість - вже деяка шкода. Таким чином з'явилися труби, які "вищі" та "вужчі" овального перетину. Крім того, часто застосовують S-подібні (якщо дивитись зверху) задні пера. Вони дещо знижують вертикальну жорсткість та збільшують "брудовий зазор".

Останнє досягнення будівництва алюмінієвих рам - гідроформування труб. Ця технологія, яка базується на властивостях нестискання рідини, дозволяє зробити в рамі різноподібні виступи найекзотичніших корисних форм. Раніше, щоб збільшити перетин труби, скажімо, в місці найбільшої напруги (місці з'єднання з іншими трубами), застосовували зварювання - до труби просто приварювали ще шматок матеріалу для міцності. Сьогодні гідроформуванням можна отримати так звані батовані (butted) труби єдиної конструкції необхідної форми. Збільшуючи товщину стінок біля швів та зменшуючи посередині труби отримується більша надійність і міцність зі значним зниженням ваги.

Титанові рами

Титан поєднує в собі переваги алюмінію та сталі — твердість та легкість. Титанові рами важать приблизно на 40% менше за сталеві. Крім того, цей матеріал абсолютно стійкий до корозії. Однак під час виготовлення рам велике значення має не тільки міцність, а й жорсткість, а титан володіє лише половиною жорсткості від сталі. Відповідно, титанова труба з тими самими розмірами, що і сталева, буде легша, проте за однакового навантаження вона буде прогинатись вдвічі більше. Щоб надати титановій рамі достатню жорсткість, зробити її стійкою - необхідно збільшувати розміри труб. Приблизно так само, як і за використання алюмінію, гарні результати можна отримати лише збільшенням діаметру труб з одночасним зменшенням товщини стінок. При цьому всеодно титанова рама буде легшою за сталеву приблизно на 20%. Існує два основних "велосипедних" сплави, які відрізняються відсотковим вмістом алюмінію та ванадію: 3Al/2,5V та 6Al/4V. Останній дещо легший та міцніше, однак дорожчий. До переваг можна віднести також практично повну стійкість до корозії, високу міцність та відносну м'якість під час їзди.
Титан, як і сталь, відмінно гасить вібрації. Добре виконана титанова рама може служити довго і вірно. Проблема як раз полягає у формулюванні "гарно виконана". Обробка титану потребує добре налагоджену технологію, яка до того ж повинна дуже точно дотримуватись, що і дозволяє виготовити раму із заданими властивостями.

Ще один з недоліків, який обмежує широке розповсюдження титанових рам - висока вартість матеріалу.

Вуглепластикові рами

Вуглепластик (карбон) володіє напрочуд високими механічними властивостями. За питомої ваги всього в 1.76 г/см³ він в п'ять разів легший за сталь і навіть помітно легший алюмінію (2,7 г/см³). Крім того, різні види вуглепластика досягають жорсткості, яка перевершує жорсткість сталі в три рази, а міцність - в сім разів. І все це у поєднанні з високими показниками вібростійкості.

Насправді рами виготовляють з армованого вуглепластика. Волокна, які розміщуються в напрямку дії майбутніх навантажень, обволікають пластиком, а всю конструкцію обробляють термічно до отримання деталі. Цікаво, що вуглепластик погано сприймає навантаження в усіх напрямках, крім тих, що співпадають з напрямком його волокон.

Існує помилкова думка, що карбонові рами менш довговічні за рами з інших матеріалів, проте реальні тести доводять зворотнє. Міцність готової карбонової рами залежить від багатьох факторів, таких як: кількість шарів, якість смоли, конструкція рами/швів та їх виконання, та за її якісного виробництва досягаються фізичні показники які значно перевершують сталь, алюміній та титан.