Велосипедні рами з алюмінію (алюмінієвих сплавів)

Відредаговано: 02.02.2017

Ми продовжуємо серію статей про різні матеріали, що використовуються при виробництві велосипедних рам. У минулій статті ми поговорили про велосипеди на основі сталевих рам.

У сучасному світі для виготовлення рам велосипеда використовують такі матеріали:

• Сталь (звичайну, вуглецеву, хромомолібденову).
• Алюмінієві сплави (Alloy)
• Титанові сплави (Titanium)
• Карбон (вуглепластик, Carbon fiber)
• Різні рідкісні, експериментальні і оригінальні матеріали (магнієві (Magnesiumc), алюмінієво-скандієві, берилієві Сплави, бамбук і т. д.)

У цій статті ми розглянемо властивості рами, виготовленої з алюмінієвих сплавів.

Сам термін алюмінієва рама не зовсім правильний. Алюміній в чистому вигляді не застосовується – він занадто м'який. Під цим терміном маються на увазі сплави з іншими металами: цинком, міддю, магнієм, марганцем і т. д.

Один з великих плюсів алюмінієвих рам – їх мала вага . Саме тому велосипеди з такими рамами швидше набирають швидкість, на них легше підніматися в гору. Однак, це ж дає і негативний ефект у вигляді втрати накату, тобто коли велосипедист припиняє обертати педалі байк швидше зупиняється.

На велосипедах з алюмінієвими рамами трохи складніше робити повороти, так як вони набагато «жорсткіше» сталевих рам, і, якщо сталеві можуть трохи згинатися при повороті, як би «вписуючись» в нього, то алюміній цього робити не може.

Через таку жорсткості рами енергія велосипедиста, що обертає педалі, передається на колеса з меншими втратами, ніж у сталевої рами, яка при цьому трохи згинається і поглинає енергію велосипедиста. Правда, все це відіграє велику роль у гонщиків і спортсменів, а для звичайного байкера це «дрібниці життя». А ось що набагато більш помітно, так це те, що через такі властивості алюмінію поїздка на байку з алюмінієвою рамою стає більш жорсткою і некомфортною. Велосипед набагато гірше гасить вібрації на дорозі, ніж байк зі сталевою рамою, краще амортизуючій всі вибоїни на ній. Алюмінієва рама передає на п'яту точку, хребет і руки, практично не гасячи, всі удари об дорогу. А дороги у нас, як відомо, не відрізняються рівністю і гладкістю.

Для велосипедів з алюмінієвою рамою потрібна хороша амортизаційна вилка, яка частково візьме на себе амортизацію від ударів переднього колеса, гарне сідло а можливо і амортизаційний підсідельний штир, для пом'якшення ударів на хребет від заднього колеса.

Ще одним недоліком алюмінієвих рам є те, що на відміну від сталевих, вони, накопичуючи втому, ламаються без появи тріщин. А це значно підвищує ризик того, що вона зламається прямо під час поїздки. тобто сталева рама, перед тим як зламатися спочатку трісне, а вже потім в цьому місці зламається. Це властивість дозволяє помітити тріщину і викинути тріснуту деталь або заварити її.

Наприклад, на моїх очах, під час спуску по гірській стежці в Буковелі, в кінці траси зламалася алюмінієва рама даунхілл-велосипеда. Добре ще, що це сталося практично у підніжжя гори, та й сам спортсмен був відмінно споряджений велозащитой і не отримав жодних ушкоджень. Рама просто склалася навпіл на невеликій купині, так що останні півкілометра до фінішу велосипед їхав на своєму хазяїні. Ситуація дуже нагадувала ту, що показана на фотографії внизу.

Залежність міцності велосипедної рами від діаметра і товщини стінок труб

При виготовленні алюмінієвих рам використовують труби більшого діаметру з товстими стінками.

Чому так?

Закони фізики говорять, що при збільшенні діаметра труби в два рази її жорсткість підвищується у вісім разів (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.

Виходячи з цих принципів і враховуючи, що мінімальна товщина стінки сталевої труби може бути 0,4 мм, а алюмінієвої 0,8 мм, конструктори вибирають діаметр і товщину стінок труб для велосипедних рам. Звичайно труби з наведеною вище мінімальною товщиною стінок не використовують при виробництві велосипедів.

Причому рами часто роблять з труб різних перетинів або баттірованниє, що так само дозволяє підвищити міцність готової рами. Почитати про баттірованія і геометрію труб рами можна в статті «Геометрія рами велосипеда».

Отже:

Переваги алюмінієвої велосипедної рами:

• Менша вага, в порівнянні зі сталевими рамами, і як наслідок цього хороші розгінні характеристики.
• Майже абсолютна корозійна стійкість – такі рами не іржавіють від слова «взагалі».
• Високі швидкісні характеристики: легше набрати швидкість і їхати в гору.

Недоліки велосипедної рами з алюмінієвих сплавів:

• Жорсткість. Алюмінієва рама практично не гасить вібрації, і всі нерівності дороги передаються на руки і через п'яту точку на хребет, особливо якщо ще й вилка жорстка, а не амортизаційна.
• Швидка втрата накату. Через меншу вагу, як тільки байкер перестає крутити педалі, велосипед швидко втрачає свою швидкість, на відміну від велосипеда зі сталевою рамою.
• Недовговічність . Якщо велосипед експлуатується активно, то через кілька років різко зростає ймовірність отримати тріщину. А років через 10 звичайного катання рекомендується регулярно оглядати байк перед поїздкою на їх наявність. Виробники найчастіше дають гарантії на рами з алюмінієвих сплавів в межах 5-10 років.
• Більш чутливі до ударів і падінь, ніж сталеві і титанові рами. Все-таки алюміній м'якше сталі і удар, який сталь навіть не помітить – на алюмінії може залишити вм'ятину.
• Неремонтопридатність . Зварити алюмінієву раму занадто складно, та й впевненості в її міцності це, насправді, не додасть – надійніше купити собі нову.
• Висока ціна.

Види алюмінієвих сплавів, що використовуються при виготовленні велорам.

Трохи зупинимося на видах алюмінієвих сплавів, що використовуються для виготовлення велосипедних рам.

Марок алюмінієвих сплавів досить багато (2014, 7000, 7005T6, 7009t6, 7010t6, 6061T6, 6065 і т.д.), але найбільш часто в велосипедобудуванні використовуються марки 7005T6 і 6061T6 (аналог вітчизняного сплаву АД33 по ГОСТ 4784-97).

Їх ще називають Сплави шести- або семитисячної серії.

Використання в назві букв «Т6» говорить про те, що матеріал пройшов термічну обробку.

Наприклад, при термічній обробці сплаву 6061 виріб з нього нагрівають до 530°С, потім інтенсивно охолоджують водою. Потім його протягом 8 годин при температурі близько 180 °С штучно старять. Після такої обробки сплав 6061 вже позначають 6061-Т6.

Сплав 7005 при термічній обробці охолоджують не водою, а повітрям.

Наприклад, в наведеній нижче таблиці видно склад металів в сплавах і як змінюються їх фізичні характеристики після термічної обробки.

В таблиці:

Межа міцності на розрив - це навантаження, при перевищенні якої відбувається руйнування вироби.

Межа плинності - навантаження, при перевищенні якої настає невідновлювана деформація (така деформація форми виробу, яка їм самостійно не відновлюється).

Відсоток подовження - це середня величина подовження деформованої деталі до її поломки (розриву).

Твердість по Бринелю - величина, що характеризує твердість матеріалу на вдавлення.

Сплави 7005 і 7075 міцніші, ніж 6061 і рама з них прослужить довше, ніж точно така ж зі сплаву 6061. При цьому 6061 більш технологічний, ніж сплави серії 7xxx. А це дозволяє простіше виготовляти з нього труби зі складним перетином і баттіровать їх, що також збільшує міцність таких рам. Алюміній марки 6061 легше зварити, ніж 7005.

Зварювання рами з труб, виготовлених з алюмінію марки 2014, 7075 взагалі дуже складний і дорогий технологічний процес. Звичайною аргонно-дугового зварюванням їх не можна зварити. При виробництві їх можна тільки лити цілком. Саме тому ці марки практично не застосовують при виробництві велосипедних рам.

Рама з алюмінієвого сплаву 6061 краще підійде для фрірайд (freeride, FR) і даунхілл (downhill) рам. Для крос-кантрійних байків хардтейлів оптимальним буде сплав 7005. Він більш міцний, жорсткий і довговічний.

Велосипед для фрірайду з алюмінієвою рамою

Досвідчені туристи не дуже люблять алюмінієві рами через їх «жорсткості» і неможливості зварювання в "будь-якому селі" на відміну від звичайного зварювання сталі.

Невелике відео про те як паяти алюмінієву раму

У висновку хочеться сказати наступне.

Яку раму використовувати: сталеву або алюмінієву, все-таки більшою мірою визначається призначенням велосипеда, уподобаннями самого велосипедиста, його звичками і фінансовими можливостями. Нормально кататися можна як на велосипеді з алюмінієвою, так і зі сталевою рамою.

Головне отримувати від цього тільки задоволення і здоров'я, а не проблеми і болячки.

Катайтеся в своє задоволення!

А в наступній статті будуть розглянуті якості титанових велорам.

Що ще можна почитати про матеріали для велосипедних рам:

1. Матеріал для велосипедної рами
2. Плюси і мінуси сталевих велосипедних рам
3. Титанові велосипедні рами
4. Карбонові велосипедні рами-особливості та нюанси вибору
5. Оригінальні та експериментальні матеріали для велосипедних рам (магній, скандій, дерево, бамбук)