Геометрія рами велосипеда

Рама – основна частина велосипеда. Вона повинна бути міцною, забезпечуючи необхідну жорсткість всієї конструкції, і легкою. При цьому ще й досить дешевою. враховуючи, що ціна рами становить, в середньому, третину від ціни готового байка. Виробники намагаються отримати оптимальні характеристики велосипеда поєднанням матеріалу, з якого виготовляють раму, і підбором її геометричних характеристик-довжин труб і кутів між ними.

Деякі її характеристики і їх вплив на поведінку велосипеда в поїздці ми спробуємо пояснити. Цей матеріал можна так само розглядати як довідник з термінології.

Геометрія рами байка визначає кілька його характеристик:

Стабільність

Здатність зберігати прямолінійний напрямок руху. Більш довгий та низький велосипед більш стабільний.

Залежить від наступних характеристик:

• Довжини верхньої труби. Чим вона довша – тим байк більш стабільний, але менш маневрений.
• Колісної бази. Чим більше – тим стабільніше .
• Висоти каретки. Збільшення висоти зменшує стабільність, але підвищує прохідність.

Маневреність (керованість)

Швидкість реакції на дії велосипедиста. Його здатність швидко змінювати напрямок руху. Чим коротше рама – тим більш маневрений велосипед.

Залежить від більшої кількості параметрів:

• Довжина верхньої труби. Коротша труба забезпечує більшу маневреність, але меншу стабільність.
• Колісна база. Чим менше база – тим більше маневреність, але менше стабільність.
• Довжина заднього пір'я. Чим вони коротші, тим байк стає більш маневреним.
• Довжина виносу. Аналогічно попередній характеристики, коротший винос покращує маневреність, а довший робить повороти важче і непередбачуваними.
• Рульовий кут. Чим він ближче до вертикалі (більше), тим більше маневрений велосипед.
• Догляд вилки. Ця характеристика пов'язана з попереднім параметром. Відповідно чим менше догляд – тим краще маневреність.
• Зазору вилки. Чим він менший, тим краще керованість.

Зчеплення коліс з дорогою

Переднє і заднє колеса мають різне зчеплення з поверхнею дороги. Велику роль в цьому відіграють велосипедні покришки.

Розподіл ваги велосипедиста по колесах виглядає приблизно так: 35% ваги припадає на переднє колесо і 65% на заднє.

Сила зчеплення заднього колеса з поверхнею залежить від дизайну та геометрії конкретної рами і, відповідно, від правильності розподілу ваги велосипедиста, тобто від:

• Довжини задніх пір'я. Чим коротші задні пір'я, тим сильніше зчеплення з поверхнею – велосипедист сильніше тисне своєю вагою.
• Підсідельного кута. Чим менше кут, тобто підсідельна труба відхилена Більше назад, тим більше велосипедист тисне своєю вагою на заднє колесо і сильніше зчеплення з поверхнею.
• Колісною базою. Чим вона менше – тим сильніше зчеплення.

Більш детально про функції переднього і заднього колеса в управлінні велосипедом описано в статті "Чи можна ставити різні покришки на різні колеса велосипеда і як їх підбирати?"

Тепер трохи докладніше розглянемо кожну характеристику.

1. Розмір рами. це один з головних факторів при виборі велосипеда. Від нього залежать всі інші розміри. Більш детально питання вибору розміру рами розглянуті в статті про вибір велосипеда.
2. довжина верхньої труби. впливає на стабільність і маневреність байка. Чим вона довша, тим стабільніший байк, але менш маневрений. Від неї залежить і посадка велосипедиста-більш вертикальна або ближче до горизонтальної. Дуже сильно впливає так само і на розподіл ваги по всій конструкції. Якщо у Вас довгі руки або торс, то потрібно вибирати велосипед з довгою трубою. Але при цьому врахуйте, що іноді можна просто поміняти винос керма (зробити його побільше або поменше), зрушити назад сідло або докупити вигнутий назад підсідельний штир для налаштування сідла.
3. Колісна база - це відстань по горизонту між осями коліс. Аналогічно попередній характеристиці впливає на стабільність та маневреність. Чим більше база, тобто велосипед довше – тим краще стабільність і, відповідно, менше маневреність велосипеда.
4. Довжина заднього пір'я. відстань між віссю задньої втулки і кареткою по лінії горизонту. Впливає на керованість і зчеплення з дорогою заднього колеса. Чим вони менше – тим більш керований велосипед (він стає коротшим) і більше сила тиску на заднє колесо. Відповідно підвищується зчеплення з поверхнею дороги. При коротких пір'ї байк легше піднімається в гору, маневреннее на поворотах, швидше розганяється, має меншу пробуксовку.
5. Підсідельний кут – це кут між підсідельною трубою (підсідельним штирем) і горизонтом. Впливає на посадку велосипедиста і зчеплення заднього колеса з дорогою. Чим менше кут (підсідельна труба сильніше відхилена назад) – тим сильніше велосипедист тисне своєю вагою на заднє колесо і краще зчеплення, але при цьому зменшується швидкісна сила. Більш крутий кут зміщує вагу тіла вперед, збільшуючи тиск на руки і переднє колесо.
6. Висота каретки (зазор, дорожній просвіт, кліренс). Відстань між дорогою та центром каретки. Впливає на стабільність та прохідність. При низькому зазорі вище стабільність, легше гальмувати, але нижче прохідність, великий ризик зачепитися педаллю за купину, землю або дорогу при повороті. Чим нижче каретка – тим нижче центр ваги і, отже, велосипед легше повертати. Впливає вона і на діаметр коліс, які можна буде встановити. У гірських велосипедів зазор більше, ніж у дорожніх і шосейних.
7. Довжина виносу. вимірюється як відстань від центру рульової колонки до. Впливає на посадку велосипедиста і керованість. Знову ж таки, чим більше винос, тим більше горизонтально буде сидіти велосипедист, що більш зручно при тривалих поїздках. Більш докладно про винесення керма описано в статті на нашому сайті: "Винос керма велосипеда. Для чого потрібен та як вибрати."
8. Рульовий кут. вимірюється як кут між горизонтом та лінією рульової колонки. Чим більше кут, тим краще керованість і швидше розгін, а вилка краще обробляє дрібні нерівності дороги. Пов'язаний з наступним параметром.
9. Догляд вилки. відстань між точкою дотику з дорогою лінії, проведеної через рульову колонку, і точкою торкання переднього колеса з поверхнею дороги. Пов'язаний з попередньою характеристикою. Чим менше значення догляду вилки – тим краще маневреність. Якщо є передній амортизатор, то цей параметр змінюється в залежності від ситуації на дорозі.
10. Зазор вилки. відстань по горизонталі між центром втулки переднього колеса та уявної лінії, проведеної через рульову колонку. Взагалі це характеристика вилки, але разом з рульовим кутом і довжиною виносу впливає на керованість велосипеда. Чим він менше – тим краще керованість. Довший зазор надає більшу стабільність.

Геометрія труб при виробництві велосипедних рам

Трохи хочеться зупинитися на геометрії труб, використовуваних для виробництва рам.

При виробництві сучасних моделей використовують труби великого діаметру.

Чому більший діаметр труб краще? Закони фізики говорять, що при збільшенні діаметра труби в два рази її жорсткість підвищується в вісім раз (кубічна залежність), а при збільшенні товщини стінки труби в два рази її жорсткість збільшиться так само в два рази. Тобто для збільшення жорсткості конструкції і при мінімізації при цьому ваги - збільшення діаметра труби краще.

У таких труб вище жорсткість на вигин, навіть при зниженні товщини стінок, що, в свою чергу, веде до зниження загальної ваги вироби. Але робити стінки дуже тонкими небезпечно, так як це може привести до зминання при серйозному ударі. Вважається,що мінімальна товщина стінки сталевої труби може бути 0,4 мм, а алюмінієвої 0,8 мм. При математичному моделюванні і проведенні розрахунків міцності було з'ясовано, що навантаження на раму нерівномірні. Найбільш сильні напруги на кінцях – в місцях зварювання, а мінімальні в центрі. Тоді виробники пішли шляхом використання баттірованних труб (butted tubing). У них різна товщина стінок в різних ділянках. Наприклад, при виробництві велосипедних рам використовують труби з більшою товщиною стінки на кінцях і меншою в середині.

Баттірованіе буває одинарним, подвійним (double butted) або потрійним (triple butted).

При одинарному баттинге один кінець труби має має більшу товщину стінок, ніж інший. При подвійному-обидва кінці труби з більш товстими стінками, ніж середина, а при потрійному - труба має три різних товщини по всій довжині.

Однак, виробництво баттірованних труб більш дороге і в моделях середнього цінового діапазону їх не використовують. Замість цього використовуються труби з профільованим перетином – овальним, трикутним і т.д., причому часто один перетин плавно перетікає в інше. У них краще параметри жорсткості, ніж у круглих, навіть при зменшенні товщини стінок.

Отримують такі труби методом гідроформінгу – формування труб шляхом приміщення їх в спеціальні матриці і закачування їм всередину води або спеціального масла під високим тиском. при цьому труба приймає форму матриці, в яку її помістили.

Наприклад, на наведеній фотографії видно, що у міського жіночого велосипеда Formula Breeze верхня рама має трикутну форму, а нижня - овальну, витягнуту в вертикальній площині. Такий профіль робить всю конструкцію більш міцною, ніж якби вона була виконана зі звичайних круглих труб.

Ідеальне поєднання це маневрений та стабільний велосипед при низькій вазі і невеликій ціні.

Виробники постійно шукають компроміси між різними характеристиками при розробці оптимальних моделей для кожного типу велосипедів, експериментуючи з різними кутами з'єднання труб, застосовуваними матеріалами і профілями.

Вибирайте велосипед з відповідною для вас геометрією, обов'язково пробуйте його перед покупкою в дії так, щоб Вам було зручно та комфортно, і катайтеся із задоволенням!

Відео про геометрію рами велосипеда