В ответ на еще один вопрос о материалах фрейма, я подумал, что было бы полезно начать с более ответственного вопроса. Один ответ на материал, пожалуйста, с примером велосипедной рамы с использованием этого материала.
Пожалуйста, используйте формат, который я использовал в моих ответах, чтобы было легче сравнивать материалы.
Я не вижу вреда в перечислении всех 400+ стальных сплавов, если кто-то хочет это сделать, но «сталь» должна быть, в частности, мягкой сталью низкого качества, а не конкретным сплавом. Аналогично для алюминия, титана, магния и других металлов.
Для композитов, в том числе металлических, я бы снова предпочел конкретные примеры с деталями (между железобетонным и кевларовым / полиэфирным композитом есть большая разница). Я также хотел бы видеть странные и замечательные велосипеды в комплекте.
материалы
(т. е. индекс для ответов. Пожалуйста, обновляйте ссылки по мере добавления ответа):
металлы
- Алюминиевые велосипеды
- Стальные Велосипеды
- Columbus Steel (еще не написано)
- ChromeMoly Steel (еще не написано)
- Газовая сталь
- Ishiwata Steel (еще не написано)
- Kaisei Steel (еще не написано)
- Мягкая сталь
- Рейнольдс Сталь (нуждается в расширении)
- Tange Steel (еще не написано)
- Vitus / Super Vitus Steel (еще не написано)
- титан
- бериллий
- Золото (чистое) (теоретическое)
- Магний (еще не написано)
органический
- бамбуковый
- скелет
- Деревянные велосипеды
- Резное дерево
- Фанера (композитная)
- Дерево (полный каркас и велосипед)
- Картон (еще не написано) ( /bicycles//a/44582/20060 ) **
Ответы:
скелет
Средняя плотность 1,84 г / см3 для сухой кости.
Это был бы довольно плохой материал для рамы велосипеда, и вполне вероятно, что любой костяной велосипед действительно имеет металлическое ядро посередине.
преимущество
Недостаток
Кости сами по себе не очень структурные. Скелет состоит из сухожилий, хрящей и мягких тканей.
Долговечность - кости, которые высыхают, становятся ломкими и легко ломаются.
Нетерпимость - трещина может очень быстро перейти от незначительной линии роста волос до полного разрыва.
источник
Мягкая сталь
Плотность колеблется от 7,75 до 8,05 г / см3
Многие BSO изготавливаются из мягкой стали или из переработанной стали с таким небольшим вниманием к ее составу, что это фактически мягкая сталь. Примеры включают этот велосипед KMart . Этот вопрос по идентификации BSO имеет больше.
преимущества
Недостатки
источник
титан
Плотность 4.506 г / см³
преимущества
Недостатки
источник
фанера
плотность
Технически, из композитного материала, фанера использовалась различными способами для изготовления велосипедных рам. Двумя наиболее очевидными являются как листовой материал, так и линейный материал.
преимущества
Недостатки
Сойер байк от Юргена Кайперса через CityLab
BONOBO PLYWOOD BICYCLE через CycleExif
(источник: coocan.jp )
SANOMAGIC Велосипеды из красного дерева от Sueshiro Sano
источник
Углеродный армированный полимер
Плотность колеблется в пределах 1,75–2,0 г / см3 и зависит от типа и расположения.
Каркасы из углеродного волокна (CF) изготавливаются из листов углеродных волокон, установленных в полимерную смолу, обычно эпоксидную.
В 1975 году появился первый велосипед с трубкой CF, Exxon Graftek, он имел стальные наконечники и был склонен к поломке. За этим последовали в 1986 году Kestrel и Trek, выпустившие полностью велосипеды в рамке CF.
Современный высококачественный пример велосипеда из углеродного волокна - это Pinarello Dogma F8, на котором ездит Team Sky, а также Team Bradley Wiggins.
Хотя Шелдон Браун и другие не очень увлечены CF, многие считают, что CF - лучший материал для гонок и быстрой езды.
преимущества
Недостатки
источник
Древесный велосипед
Это скорее пример того, что технически возможно, а не особенно практичный материал.
Advantanges
Недостатки
Чистый деревянный велосипед от Славомира Веремковича (через BuzzHunt)
источник
Чистое золото
примечание: эта картина не является золотым байком - она просто покрыта металлом.
Этот ответ не был сделан в реальной жизни, но он получил много обсуждений в разделе « Не могли бы вы сделать велосипедную раму из 24-каратного золота?
преимущество
Недостатки
Прочность материалов и упрочнение - золото не нагревается при нагревании и закалке, как сталь
Деформация - у выбывших будет очень ограниченный срок службы, потому что они будут давить под давлением. Ваши выбывшие должны быть сделаны из чего-то лучшего, чем золото.
По вышеуказанным двум причинам колеса и спицы, оси, кривошипно-шатунная кассета, подшипники, детали тормоза, тросы Боудена, обода, ниппели и гайки не могут быть изготовлены из золота.
Истирание - чистое золото не очень устойчиво к износу. Вот почему повседневные украшения часто делаются из золота 9 или 18 карат, а не из чистого золота 24 карат. Ваш золотой мотоцикл начнет тереться о чем угодно. И любой несчастный случай может оставить поток золотой пыли на асфальте. Подробнее об этом ниже.
Вес золота - 19,32 грамма на кубический сантиметр. Сталь варьируется от 7,75 до 8,05 г / см ^ 3, а алюминий - 2,7 г / см ^ 3. Углеродное волокно труднее придавить, но само волокно составляет от 1,6 до 2,2 г / см ^ 3. Велосипед, изготовленный из того же объема чистый свинец будет легче, чем золотой, потому что свинец составляет всего 13,55 г / см ^ 3
Стоимость По состоянию на 2016-11-15 гг. Золото составляет 39 600 долларов США / кг. Сверхлегкая карбоновая рама велосипеда весом 780 г обойдется вам в более чем 30 000 долларов США только за один материал, если предположить, что прочность материала справится. Более вероятный 5-килограммовый кадр обойдется вам в 200 000 долларов США. Даже если разбить велосипед и стереть 5 г золота, металл останется на обочине дороги.
В действительности, это, скорее всего, золотой велосипед с гальваническим покрытием из стали или анодированная алюминиевая рама под очень тонким слоем золота 9 карат.
источник
Бамбуковый и Бамбуковый Углеродный Композит
Бамбуковые велосипеды были намного длиннее, чем думает большинство людей. Первые патенты на бамбуковые велосипеды были выданы в Англии и США в 1894 и 1896 годах.
С появлением Green Thinking бамбуковые велосипеды постепенно возвращаются в моду.
Бамбук Карбоновая композитная рама. Предоставлено Biotic Bikes :
Рамы из бамбуковых труб с металлическими / композитными соединениями могут быть построены в домашних условиях легче, чем многие другие материалы для рам
преимущества
Недостатки
источник
Бериллий (сплав)
Смешно редкий и впечатляюще высокопроизводительный металл. Он имеет плотность 1,85 г / мл (сравнимую с углеродным волокном), предел прочности при растяжении 270 МПа и модуль Юнга (жесткость) 300 ГПа (лучше, чем у стали). Бериллий и его сплавы широко используются в аэрокосмической и оборонной промышленности.
К сожалению, есть некоторые недостатки. Во-первых, потому что его жесткость непропорциональна его прочности, он терпит неудачу при низком удлинении. Это значит, что оно хрупкое. Это также усложняет работу, и для его правильного формирования необходимы очень трудоемкие производственные процессы. Из-за своей исключительной редкости материал стоит около 8000 долларов США / кг только для сыпучего металла. Кроме того, металл очень токсичен, и его пыль или пары могут убить вас.
Я знаю только один пример велосипеда с бериллиевой рамой. Буш Уэлман (компания Be) в 1990 году изготовил раму для горного велосипеда American Bicycle Manufacturing M-16 за 25 000 долларов (в долларах 1990 года). Я считаю, что рама весила около 900 г.
источник
Стальные тросы ака тенсегрити или напряженная целостность
Это не уникальный материал для сборки каркаса, потому что провода или кабели работают только под напряжением. Таким образом, для этого велосипеда требуются как минимум две балки из какого-либо другого несжимаемого материала в форме главной балки и стойки сиденья.
Ранее:
Более современная конструкция с одним проводом:
преимущества
Меньше лобовая площадь, меньшее сопротивление ветра и, следовательно, больше аэро.
Теоретически легче, чем трубки.
Недостатки
На самом деле не легче, чем трубы, потому что главная балка должна быть более толстой, а стальной трос не легок в первую очередь.
Cheesecutter - В случае аварии, верхний провод / топтрубка будет наносить значительно больший сфокусированный урон в зависимости от его меньшего размера. Как те насмешливые провода, используемые для нарезки необычного сыра. пресмыкаться
Flex - эти велосипеды были чрезмерно совместимы в горизонтальном направлении.
Будущее
Некоторая разработка была сделана с кевларовыми кабелями и основными балками из углеродного волокна.
источник
Льноволокно / Волокно
Schwinn Vestige был (есть?) Из льноволокна (90% льна, 10% углерода).
http://bicycletimesmag.com/review-schwinn-vestige-made-from-flax-fiber/
преимущества
Недостатки
источник
пластик
плотность
С 70-х годов было несколько попыток построить пластиковые велосипеды. Строительные материалы включают Lexan и HDPE (полиэфир высокой плотности), но я не могу найти никаких доказательств коммерческого успеха в велосипедах для взрослых. Пластиковые детские велосипеды популярны, но обычно они представляют собой велосипеды-балансиры без педалей (технически велосипед?).
https://www.designboom.com/cms/images/user_submit/2011/07/frii5.jpg
Преимущества (для детских велосипедов)
Недостатки
источник
Скандий
Плотность 2,985 г / см³
«Скандиевые каркасы» фактически относятся к конкретным каркасам из алюминиевого сплава с небольшим количеством скандия (часто менее 1%).
преимущества
Недостатки
Довольно дорогой и довольно нишевый. Возможно, раньше он был дешевле, чем углерод, но в последнее время он остался позади, поскольку углерод становится дешевле, а технологии производства совершенствуются.
Дороже, чем другие алюминиевые сплавы. Менее настраиваемый, чем углерод. Менее настраиваемый и менее долговечный, чем титан.
Резюме
Скандий (в настоящее время) оказывается очень нишевым материалом, который предлагает преимущества по сравнению с другими материалами, но часто лишь незначительно. Это странное место, как очень, очень высококачественный алюминий, который можно легко пропустить, заплатив немного больше, чтобы перейти на титан или карбоновую раму по умеренной цене. Кона чувствовал этого о скандия в 2008 году восемь лет спустя они внедряющих MTB кадров углерода. Для меня это говорит о том, что углерод наконец-то стал местом, где скандий стал очень ограниченным по цене.
Скандий (технически скандий-алюминиевый сплав) был популярен недолго - сальса, вуду, Kona все делали каркасы из скандия в одной точке. Kona отмечает:
Источник: http://konabikeworld.com/08_tech_scandium.htm
http://salsacycles.com/bikes/archive/campeon
источник
3D-печать
Ответ требует доработки
источник
Резное дерево
В то время как дороже, чем фанера, бамбук или пиломатериалы, существуют рамы из резных деревянных труб (или даже монококов).
преимущества
Недостатки
источник
Газовая сталь
Забавный термин для труб с «высокой прочностью на растяжение» или из мягкой стали, используемых для создания дешевых велосипедов. Поскольку недорогие велосипеды сделаны из низкокачественной стали, строители компенсируют это, используя тяжелые толстые трубы.
Эти трубы часто бывают однокамерными или обычными, поэтому они имеют постоянную толщину стенки по всей длине трубы, тогда как рамы более высокого качества изготавливаются из стыковых труб, которые могут иметь две или три разные толщины в зависимости от нагрузок и расстояния от сварного шва. ,
Отличия от другой стали
Вся сталь имеет один и тот же «модуль Юнга» (мера жесткости). То, что изменяется между газопроводной трубой и трубами с более высокой трубой, зависит от прочности, поэтому сталь газопроводной трубы, вытянутая до толщины 0,4 мм (самый тонкий кусок трубки Рейнольдса), будет изгибаться под гораздо меньшим давлением.
преимущества
Недостатки
Примечание: «531» обозначает различные типы труб . Смотрите запись Рейнольдса в этом CW для получения дополнительной информации.
Это эшафотная труба, дюймовая и восьмая газовые бочки, дюймовая и восьмая трубки 531 (29 ≈ 29 мм), дюймовая газовая бочка и дюймовая 531 трубка. Где «газовый баллончик» означает материал, который фактически использовался в качестве канала для газа.
Вот мотоцикл с газовым патрубком - «олмо», который нельзя увидеть, посмотрев, что он тяжелый.
Обратите внимание, что технически труба изготовлена из плоского металла, который был прокатан, и соединена шовным сварным швом. Трубка выполнена в виде замкнутой формы и не имеет шва.
См. Также Стальные записи Рейнольдса и Иштавы в другом месте в этом CW.
источник
Алюминиевый сплав
история
Первые алюминиевые велосипеды были сделаны на рубеже веков. То есть: 19 век. Самая ранняя документация об использовании алюминия в качестве материала рамы велосипеда - это три примера, сделанные для парижской торговой выставки Clement Cycles в 1893 году. Этот велосипед не был изготовлен из труб, но представлял собой цельную монолитную алюминиевую отливку!
Это, конечно, было довольно впечатляюще для своего времени, так как алюминий был впервые промышленно произведен в 1856 году. Однако, как вы можете себе представить, эти прочные рамы были очень тяжелыми и не очень хорошими.
Алюминий как материал рамы остается предметом интереса в течение следующих 80 лет, в то время как стальные рамы доминируют на рынке эксплуатационных и эксплуатационных характеристик. Это не изменится до тех пор, пока не будет разработана сварка TIG, и станет распространенной в 70-х годах. Это продвижение позволяет конструкцию из экструдированных полых труб и возможность гораздо лучшей производительности.
В 1974 году студент-механик Массачусетского технологического института Марк Розенбаум решает попробовать построить алюминиевый велосипед для своей старшей диссертации. Он использовал низкую плотность алюминия и построил свой велосипед с трубами большого диаметра и очень тонкими стенками. Результатом его усилий стал легкий гоночный мотоцикл на 12,3 фунта!
Вот отличная статья об этом. https://www.sheldonbrown.com/AluminumBikeProject.html
Вскоре после этого последовала индустрия. Гари Кляйн запатентовал алюминиевую раму велосипеда с широкой трубкой в 1977 году и основал велосипедную компанию Klein. Кэннондейл представил первую модель CAAD в 1983 году, и вскоре после этого Ал присоединился к Pro Peloton. Miguel Indurain выиграл первый TdF на алюминиевом Pinarello Keral Lite в 1995 году, и они были предпочтительным материалом, пока его не заменили углеродом в 1999 году.
Сегодня алюминиевые рамы для велосипедов - это большая часть нового производства, в качестве альтернативы которой используется смещенная сталь. Вы можете купить велосипеды с алюминиевой рамой в любом универмаге. Алюминий также живет на самом высоком уровне в профессиональном пелотоне, а Джонни Браун, специализированный Аллез, выигрывает чемпионат США по шоссейным гонкам 2018 года.
Свойства материала
Большинство конструкционных металлов имеют аналогичные максимальные отношения прочности к весу. Это связано с физикой металлических связей. Алюминиевые сплавы имеют ту же кривую, что и стали и титановые сплавы, но имеют меньшую плотность и прочность на единицу объема. Это имеет некоторые последствия:
Алюминий не очень хорош для высокопрочных применений, где размер ограничен. Алюминий никогда не будет очень хорош для винтов, болтов или заклепок, потому что он будет на долю прочности стали.
Однако для велосипедных трубок дело обстоит иначе. Трубы с большим диаметром и тонкими стенками легче для одинаковой жесткости. Это связано с тем, что жесткость (момент инерции) трубы под кручением масштабируется с кубом радиуса, сохраняя тот же общий материал. Тем не менее, достаточно тонкие трубки уязвимы для локального коробления оболочки. Этот эффект ограничивает толщину стальных труб. Поскольку алюминий гораздо менее плотный, его можно превратить в трубу, имеющую как большую диаметр, так и толщину стенки, и, следовательно, более жесткую. В качестве альтернативы, одинаково жесткая рама может быть сделана легче стали. Большинство алюминиевых рам сегодня имеют гораздо более широкие трубы, чем стальные велосипеды, но эти трубы на самом деле меньше, чем теоретический оптимум. Некоторый компромисс сделан ради сопротивления управляемым нагрузкам и для улучшения аэродинамики.
Алюминий самопроизвольно пассивируется в воздухе, а это означает, что окисленный металл защищает нижележащий металл от коррозии. Это означает, что алюминий не ржавеет в пресной воде или воздухе. Однако алюминий подвержен точечной коррозии растворами, которые воздействуют на пассивирующую пленку, включая соленую воду. Это проблема для морской среды и зимой, когда дороги засолены, и вы должны покрывать любой открытый алюминий.
Алюминиевые сплавы плавятся при температуре около 600 ° С, и их относительно легко разливать. Однако в высокопрочных применениях предпочтение отдается кованому алюминию, поскольку это может выровнять зерна в выгодном направлении. Алюминий также намного легче обрабатывать, чем сталь или титан, и он значительно не затвердевает при нагревании. Многие высококачественные современные алюминиевые рамы изготавливаются методом гидроформования, при котором вода под очень высоким давлением выталкивает алюминиевые трубы в форму. Этот процесс обеспечивает значительную свободу проектирования, и алюминиевые трубы могут быть изготовлены более свободно, чем сталь, хотя и в меньшей степени, чем углерод.
Часто говорят, что алюминиевые сплавы не имеют предела усталости. Это означает, что при достаточно высоких значениях цикла любая нагрузка в конечном итоге приведет к отказу. Следовательно, алюминиевые рамы могут иметь ограниченный срок службы. Это в отличие от таких материалов, как сталь, которые имеют (практически) неограниченный предел цикла при нагрузках ниже предела усталости. Это не совсем так, и алюминиевые сплавы имеют заданную усталостную прочность при самых высоких диапазонах числа циклов. Однако усталостная прочность алюминия менее четко определена, чем у стали, так как его диаграмма усталости не изгибается резко ни в одной точке. По моему опыту, хорошо спроектированные алюминиевые рамы прослужат дольше, чем их поддерживает большинство людей. Моему ежедневному водителю двадцать лет. Большинство людей (хотя, возможно, и не читатель) не имеют велосипеда так долго.
6061T6 - самый распространенный сорт алюминиевого сплава, используемый в езде на велосипеде. Он широко доступен, умеренно прочен и легко поддается сварке TIG. 7075 примерно в два раза прочнее, но не поддается сварке и подвержен микротрещинам. Многие производители велосипедов имеют свои собственные торговые названия для сплавов, которые они используют, и они могут или не могут быть такими же, как указано выше. Многие экзотические сплавы существуют с такими элементами, как магний и скандий.
А1 6061Т6
АЛ 7075Т6
Просто для сравнения:
4130 хромолий
Ti6Al4V
Toray T700S Углеродное волокно (UD)
источник
Рейнольдс Сталь
этот ответ нуждается в завершающих его только нотах в этой точке
Труба Рейнольдса с торцами была впервые запатентована в 1897 году.
Существует много различных сортов стали Рейнольдса. Наиболее известным является 531 (произносится как «пять, три, один»), который был впервые выпущен в 1935 году, но больше не доступен за пределами Нового Старого Запаса или по специальному заказу. Эта сталь также использовалась на шасси автомобиля Jaguar XKE и помогла 27 победам на Тур де Франс. Замены 520 и 525, которые похожи на 531, но также могут быть приварены.
перечислите некоторые другие коды и их значения и способы использования 753 (требуется сертификация Рейнольдсом), 953, 725, 631, 853, 525.
Объясните цифры 531 получает свое название из состава. Пять частей марганца, три части углерода и одна часть молибдена.
преимущества
Недостатки
Ссылки
http://bikeretrogrouch.blogspot.co.nz/2013/12/reynolds-tubing.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_Cycle_Technology#Tubing_types Большой список кодов труб здесь.
источник