Виды рам велосипедов

Выбор материала, из которого будет изготовлена рама, - одно из ключевых решений при покупке велосипеда.

На протяжении многих лет рамы велосипедов изготавливались из различных материалов, причем изначально доминировала сталь. Сейчас основной выбор делается между алюминием и карбоном, хотя сталь и титан по-прежнему часто встречаются.

Каждый материал имеет свои плюсы и минусы, в зависимости от ваших приоритетов как велосипедиста, включая вес, бюджет, долговечность и характеристики, которые вы хотите получить от рамы и, как следствие, от велосипеда.

Какие ключевые свойства алюминия, стали, титана и карбона следует учитывать при покупке велосипеда? Об этом мы подробно поговорим ниже.

Алюминиевые рамы

Алюминий является основным металлом для рам бюджетного и среднего класса, обеспечивая сочетание низкого веса, жесткости и доступности, которое трудно превзойти.

Сплав или чистый алюминий?

Часто можно встретить алюминиевые рамы из сплава. Потому, что алюминий слишком мягок, чтобы из него можно было сделать жесткую конструкцию. И его смешивают с другими элементами, чтобы изменить его физические свойства.

На самом деле, все металлические велосипедные рамы изготавливаются из сплавов по той же причине. Сталь сама по себе является сплавом железа, а титан преимущественно сплавляется с алюминием и ванадием.

Когда речь идет об алюминиевых рамах, то цифры 6061 и 7005 - два наиболее часто используемых сплава. Добавки (в основном кремний и магний) смешиваются с алюминием для получения сплава. Каждый "рецепт" имеет немного разные свойства.

Как изготавливается алюминиевая рама велосипеда?

Все металлы имеют довольно схожее соотношение прочности и веса. Такие факторы, как ширина трубы и толщина ее стенок, важнее, чем прочность.

С алюминиевыми трубами относительно легко работать. Обычно их соединяют встык, чтобы обеспечить жесткость там, где это необходимо, и сэкономить вес там, где это не нужно.

баттинг и сварка

Баттинг помогает сэкономить вес и повысить прочность и жесткость там, где это необходимо.

Велосипедные рамы, из чего бы они ни были сделаны, обычно баттируются. Это означает, что труба рамы толще на концах, там где больше нагрузка и требуется больше материала для соединений с другими трубами, а в середине она тоньше (для экономии веса).

Высококлассные алюминиевые велосипеды стали более совершенными, чем когда-либо, и этот процесс может помочь сформировать сложные формы, чтобы повлиять на характеристики конкретной части рамы, включая вес, прочность и комфорт. Многие новейшие алюминиевые рамы также обладают аэродинамическими характеристиками.

Для изготовления рамы трубы обычно свариваются вместе. Необработанный сварной шов может быть довольно неровным на вид, но после сварки его часто сглаживают, чтобы рамы премиум-класса выглядели чище. Это также помогает немного сэкономить вес. После того как алюминиевая рама сварена, ее подвергают термической обработке, чтобы вернуть сплаву полную прочность.

Свойства алюминиевой рамы

Алюминий - это материал, используемый для изготовления большинства дешевых велосипедных рам, но он по-прежнему остается популярным выбором для некоторых дорогих рам, ориентированных на высокие эксплуатационные характеристики, как для дорожных, так и для горных велосипедов.

Хотя точные свойства рамы из алюминиевого сплава зависят от конкретного велосипеда, как правило, это относительно легкий материал с высоким уровнем жесткости, прочный и примерно в пятую часть дешевле карбона.

Рама из сплава может быть легче, чем рама из карбона по аналогичной цене, хотя дорогие карбоновые рамы всегда будут легче.

Исторически алюминиевые рамы имели репутацию неудобных из-за относительной жесткости материала и отсутствия амортизации, но новейшие технологии изготовления рам, а также тенденция к использованию более широких шин на дорожных велосипедах позволяют многим велосипедам из алюминиевого сплава значительно улучшить качество езды.

Хотя алюминиевые рамы предлагают впечатляющий баланс прочности, жесткости и малого веса, они могут быть склонны к усталости, в отличие от стали и титана.

Но такие рамы менее подвержены случайным повреждениям, чем карбоновые. В результате алюминий остается популярным материалом для рам всех горных велосипедов, а также является разумным вариантом для частных шоссейных гонщиков с ограниченным бюджетом.

Плюсы

• соотношение жесткости и веса;
• доступность;
• прочнее, чем карбон.

Минусы

• жесткость может привести к жесткому качеству езды;
• алюминий устает со временем;
• сложно ремонтировать.

Стальные рамы

"Сталь - это реальность", - гласит одна поговорка, и именно из этого материала традиционно изготавливались рамы велосипедов.

Фактически, сталь была основным материалом для изготовления рам в течение примерно 100 лет, даже на профессиональном уровне, вплоть до середины 1990-х годов, когда рамы из алюминиевых сплавов начали занимать все большее место - лишь на короткое время в профессиональном шоссейном пелотоне - и были опробованы первые рамы из карбона.

Сварные или кованые?

Существует два основных метода изготовления стальных рам: с использованием проушин или без них.

В рамах с наконечниками трубы вставляются в литые стальные наконечники на стыках, а затем спаиваются вместе. В рамах без проушин стыки труб свариваются или паяются.

Конструкция с проушинами раньше была широко распространена, классические стальные рамы часто имели очень тщательно обработанные проушины, но сварка, как правило, приводит к более легкой раме и требует меньшей очистки, чем пайка, которая обычно приводит к избытку материала на стыках, который необходимо впоследствии удалять.

С другой стороны, пайка требует более низкой температуры, чем сварка, поэтому, скорее всего, свойства стали будут изменены в меньшей степени, что приведет к прочному соединению.

Большинство стальных велосипедов с высокими эксплуатационными характеристиками изготавливаются из хромолиевой стали, а высокопрочная сталь встречается на дешевых рамах низкого класса.

Различные составы стали имеют разные свойства. Reynolds 531 - классический сплав, используемый для изготовления велосипедных рам. Цифра 531 означает пропорцию марганца, углерода и молибдена в сплаве.

Однако в настоящее время существует множество других вариантов, в том числе от таких поставщиков труб, как Dedacciai и Columbus.

Нержавеющая сталь - тоже вариант. В среднем они слабее хромолиевой стали, хотя для производства велосипедов были разработаны специальные нержавеющие стали, которые по прочности не уступают хромолиевой, а то и превосходят ее.

Свойства стальной рамы

Основные недостатки стали - это ее вес и стоимость. Она тяжелее алюминия и дороже в массовом производстве, поэтому алюминий остается предпочтительным вариантом для большинства современных металлических велосипедных рам.

Однако, хотя сталь гораздо плотнее (и тяжелее) алюминия, она также прочнее и долговечнее. Это означает, что производители рам могут использовать трубы меньшего диаметра, с более тонкими стенками и сохранять необходимый уровень жесткости, хотя при этом сохраняется дефицит веса.

В отличие от алюминия и углеродного волокна, сталь можно (относительно) легко отремонтировать в случае повреждения.

Аналогично, сталь также имеет предел усталости - она может выдерживать напряжение ниже предела усталости бесконечное число раз, не приводя к разрушению, опять же в отличие от алюминия, который со временем изнашивается.

Естественные демпфирующие свойства стали могут привести к "пружинистому" - а значит комфортному - качеству езды, даже если они не соответствуют соотношению жесткости и веса алюминия.

По всем этим причинам сталь является популярным вариантом для велосипедов на заказ, а также туристических и байкпакинг рам, где вес имеет меньшее значение. Сталь предлагает лучшую стоимость, чем титан, а прочность и долговечность являются ключевыми факторами.

Стальные рамы, если они не изготовлены из нержавеющей стали, необходимо красить, чтобы остановить внешнюю коррозию.

Плюсы

• прочная, долговечная и не устает;
• легко ремонтируется;
• комфорт;
• более доступная цена по сравнению с титаном.

Минусы

• относительно тяжелая;
• дороже, чем алюминий;
• менее совершенные формы, чем у алюминия;
• ржавеет, если не обработать должным образом.

Титановые рамы

Титан часто рассматривается как роскошный вариант, из-за его качества и стоимости, а также из-за того, что титановый велосипед часто рекламируется как "велосипед на всю жизнь".

Большинство металлов имеют определенное количество циклов нагрузки, прежде чем они выйдут из строя. Титан гораздо более устойчив к повторяющимся напряжениям и деформациям, а это значит, что опытные изготовители рам могут создавать более легкие рамы без риска поломки.

Титановые сплавы

Титан, как и алюминиевые и стальные рамы, является сплавом, и производителям рам доступны различные марки.

Сплав AL3 2.5V (содержит 3% алюминия и 2,5% ванадия) наиболее распространен для изготовления титановых рам. Трубки 6AL 4V прочнее - и, как следствие, с ними сложнее работать - и иногда используются для высокопроизводительных рам или отдельных участков, где жесткость имеет ключевое значение, таких как главная труба и втулка нижнего кронштейна.

Компания Enigma, использует более жесткий и высококачественный сплав 6AL 4V, также известный как титан пятого класса, для своих производительных велосипедов, а не сплав 3AL 2.5V (или девятый класс) в своей более покладистой раме Etape.

Титановые сплавы также обладают высокой усталостной прочностью, что означает, что они могут гнуться, не выходя из строя. Компания Moots, например, использует изгиб титановых цепных стоек для обеспечения бесшарнирной подвески в задней части рам Mountaineer и Routt YBB.

Свойства титановой рамы

Титан имеет явные преимущества перед другими металлами. Он менее плотный, чем сталь, поэтому рама может быть легче, но при этом иметь толстостенные трубы. Титановая труба весит вдвое меньше, чем стальная труба той же прочности. Титановые трубы Enigma обычно имеют толщину 0,9 мм в самом тонком месте, против 0,5 мм у стальных.

Таким образом, титановую раму сложнее помять, а поскольку титан не ржавеет, ее не нужно красить, и царапины и сколы также не являются проблемой. Необработанная поверхность, характерная для титановых рам, тоже выглядит великолепно, хотя нет причин, по которым титановая рама не может быть окрашена.

С другой стороны, титан сложнее обрабатывать.

Раньше было мало титановых труб, и они не были разработаны специально для велосипедов. Из-за этого они имели репутацию слишком гибких. Сейчас это не проблема.

Плюсы

• прочная, долговечная и не устает;
• легче, чем сталь;
• высокое качество езды;
• необработанная или окрашенная поверхность.

Минусы

• трудно обрабатывать;
• не такая легкая, как карбон или высококачественный алюминий;
• дорого.

Рамы из карбона

С тех пор как Лэнс Армстронг выиграл Тур де Франс в 1999 году на велосипеде Trek 5500 OCLV, углеродное волокно стало основным материалом для изготовления высокопроизводительных велосипедных рам.

И не зря. Карбон - это легко адаптируемый материал, которому можно придать нужную форму и точно настроить под конкретные требования, сбалансировав жесткость, комфорт и аэродинамические характеристики.

Однако карбон не лишен недостатков. Велосипедные рамы из него стоят дорого и могут быть более восприимчивы к повреждениям при столкновениях, чем рамы из других материалов.

Как изготавливается карбоновая рама?

Она состоит из слоев карбона (волокна, сплетенного в листы), помещенного в матрицу из эпоксидной смолы. Карбоновые волокна придают ей прочность, а смола удерживает ее вместе.

Карбон имеет самую высокую прочность на вес одного слоя. Но это только в одном направлении, поэтому в велосипедной раме он укладывается под разными углами. Это означает, что его прочность на вес немного снижается, но все равно она выше, чем у других материалов.

Большинство рам изготавливается путем наслоения множества листов углеродного волокна и смолы, причем в разных местах рамы используются различные марки.

Необходимость освоения спец. технологии добавляет еще один уровень сложности в проектирование карбоновых рам. Велосипедные бренды также не знают, как будут ездить на рамах отдельные конечные пользователи. Это приводит к тому, что карбоновые рамы в определенной степени переобрабатываются, чтобы гарантировать, что они смогут выдерживать аномальные нагрузки.

Монокок или конструкция "труба в трубу"?

После того как различные слои рамы собраны, рама помещается в тяжелую металлическую форму и нагревается под давлением, чтобы слои скрепились вместе.

При монококовой раме для каждого размера велосипеда требуется отдельная форма, что делает установку новой конструкции рамы дорогостоящей.

Альтернативным вариантом является конструкция "труба в трубе", когда предварительно сформованные карбоновые трубы обрезаются по длине и либо обматываются дополнительным углеволокном в местах соединения, либо вклеиваются в карбоновые наконечники. Классическим примером последнего метода является Colnago C64, а карбоновые рамы Condor используют конструкцию "труба в трубе".

Свойства рамы из карбона

Ключевое отличие от всех металлов заключается в том, что композитная природа карбона делает его анизотропным. Знакомый пример анизотропного материала - кусок дерева - вы можете легко расколоть его вдоль, но гораздо труднее расколоть поперек.

Тоже самое происходит и с углеродным волокном: расположение различных частей имеет решающее значение для того насколько прочна рама. Именно поэтому в маркетинговых материалах для карбоновых велосипедов вы неоднократно встретите упоминание о "слоении".

Другим важным фактором является модуль упругости. Волокна с более высоким модулем упругости будут более жесткими, но они также более хрупкие, поэтому даже рама, рекламируемая как "высокомодульная", будет изготовлена из смеси различных сортов карбона. Углеродное волокно с высоким модулем упругости также дороже, но в итоге рама будет легче при той же прочности.

Иногда в карбоновых рамах можно встретить и другие материалы. Например, технология Countervail, используемая во многих рамах Bianchi, включает в себя слой вязкоупругого материала, который помогает гасить вибрации.

Еще одним недостатком углеродного волокна по сравнению с металлическими рамами является то, что его нельзя рассверлить или нарезать резьбу для вкручивания компонентов. Это означает, что подшипники обычно приходится вдавливать в раму, либо добавлять металлическую вставку для размещения резьбовых подшипников.

Впрессованные подшипники нижнего кронштейна имеют репутацию скрипучих, а металлические вставки увеличивают вес велосипеда и могут вызвать проблемы с выравниванием, если они сделаны неправильно.

Карбон также легко сминается, поэтому его легко повредить в таких местах, как быстросъемные выемки. Именно поэтому карбоновые велосипеды часто имеют металлические выступы или вставки для поперечных осей, или включают металлические защитные элементы для этих мест.

Удары и поломки также могут привести к повреждению внутренней поверхности труб рамы, которые могут быть не видны снаружи и стать причиной неожиданного разлома. Если ваша карбоновая рама пострадала в результате удара или сильного столкновения, вам следует осмотреть ее, прежде чем снова на ней кататься. Возможно, потребуется ультразвуковое или рентгеновское обследование для выявления внутренних повреждений.

Если вы сломаете карбоновую раму, возможности ее утилизации ограничены, в то время как с металлическими рамами все просто. Ценность титана, в частности, означает, что он вряд ли окажется на свалке.

Плюсы

• отличное соотношение жесткости и веса;
• высокая адаптируемость;
• можно формовать аэродинамические формы труб.

Минусы

• дорогая;
• подвержена износу и повреждениям при столкновениях.

Рамы из других материалов

Хотя карбон, титан, сталь и алюминий являются наиболее распространенными материалами, используемыми для изготовления велосипедных рам, есть и несколько более редких вариантов.

Иногда можно увидеть рамы из скандия. Однако это слишком редкий элемент, чтобы использовать его для изготовления всей велосипедной рамы, поэтому скандиевые рамы на самом деле представляют собой сплав алюминия с небольшим содержанием скандия, а также других металлов. Содержание скандия повышает прочность трубок из сплава.

Некоторые велосипеды и детали велосипедов могут быть сделаны из магниевого сплава. Он легче алюминия, а также прочнее, хотя и менее жесткий. Его расцвет пришелся на начало 1990-х годов, когда велосипедная рама Kirk Precision участвовала в гонках Тур де Франс. Велосипед Pinarello Dogma был изготовлен из магния в 2006 году. Компания Vaast также производит ряд магниевых рам, включая гравийный велосипед Vaast A/1.

Натуральные материалы нашли свою нишу в производстве велосипедных рам. Несколько брендов продают велосипеды с рамой из бамбука. Велосипедисты отмечают, что они удобны и хорошо гасят дорожные вибрации. В результате велосипед получается немного тяжелее, чем из других материалов, и, хотя бамбуковые трубы могут похвастаться отличными экологическими характеристиками, для их соединения могут потребоваться проушины и смолы, которые менее экологичны.

Лен также используется в качестве компонента велосипедных рам, обычно в сочетании с углеродным волокном, поскольку утверждается, что он поглощает вибрацию лучше, чем карбон. Он используется в серии велосипедов для выносливости LOOK 765. Также лен был использован в серии велосипедов, выпущенных в середине 2000-х годов легендой гонок Йоханом Мюзеувом.