Вуглецева проти алюмінієвої велосипедної рами: Плюси і мінуси
Рама – це, мабуть, найважливіший компонент велосипеда. Без неї у вас просто купа деталей. Коли справа доходить до вибору рами, одним з найважливіших факторів є матеріал, з якого вона виготовлена. У цьому посібнику викладено плюси та мінуси вуглецю проти алюмінію велосипед рами. Ми порівняємо вагу, міцність, керованість, ефективність, комфорт, вартість, довговічність та багато іншого, щоб допомогти вам вирішити, який матеріал рами найкраще підходить для вашого наступного велосипеда. Цей посібник охоплює як гірські, так і дорожні велосипеди.
Рами велосипедів найчастіше виготовляють з вуглецевого волокна, алюмінію, сталі або титану. Більшість сучасних рам гірських і шосейних велосипедів виготовляються з вуглецевого волокна або алюмінію. Сьогодні велосипеди високого класу майже повністю виготовляються з вуглецевого волокна. Сталь і титан – популярні матеріали для виготовлення рам на замовлення або універсальних рам.
Щоб допомогти вам зробити вибір між карбоновою та алюмінієвою рамою, я почну з опису кожного матеріалу та пояснення того, як побудовані рами.
Велосипедні рами з вуглецевого волокна
Вуглецеве волокно – це, по суті, пластик, армований надміцними волокнами. Спочатку цей матеріал був розроблений для використання в аерокосмічній промисловості, де деталі повинні бути максимально легкими та міцними. Він пропонує неймовірно високе співвідношення міцності до ваги. Він також надзвичайно жорсткий.
Вуглецеве волокно виготовляється шляхом переробки полімеру в нитки або волокна з атомів вуглецю, які мають діаметр 5-10 мікрон. Тисячі цих ниток об’єднуються, щоб сформувати буксир або стрічку. Букси скріплюються між собою епоксидною смолою. Матеріал з вуглецю та смоли називається композитом. Композити нашаровуються в ламінат.
Потім цей матеріал формують у велосипедні рами за допомогою форм і тепла. Виробники використовують кілька різних технік. Деякі рами виготовляються шляхом склеювання окремих трубок з вуглецевого волокна за допомогою вклеєної вставки. Деякі карбонові велосипеди високого класу використовують модифіковану конструкцію монокока. Це означає, що головна труба, нижня труба, верхня труба і підсідельна труба складаються з одного суцільного шматка.
Існує багато варіацій у тому, як будуються карбонові рами, а також у тому, як виготовляється саме вуглецеве волокно. Наприклад, тип використовуваної смоли, товщина шарів, стиль конструкції, спосіб нагрівання матеріалу, напрямок волокон, сорт вуглецевого волокна, а також щільність і типи використовуваних волокон відіграють важливу роль у характеристиках їзди, довговічності, жорсткості та комфорті готової рами.
Алюмінієві рами для велосипедів
До того, як вуглецеве волокно стало доступним для велосипедистів, алюміній був найпоширенішим матеріалом рами. Матеріал легкий, жорсткий, доступний за ціною і простий в обробці.
Сам по собі алюміній недостатньо міцний для виготовлення велосипедних рам. Він повинен бути легований іншими металевими елементами, такими як магній, цинк або кремній, щоб збільшити міцність і довговічність. 6061 та 7005 – два найпоширеніші алюмінієві сплави, що використовуються для виготовлення рам. З цих двох матеріалів 6061 трохи переважає завдяки меншій вазі.
Щоб зменшити вагу, алюмінієві рами велосипедів, як правило, стикуються. Обрізка передбачає видалення непотрібного матеріалу з внутрішньої сторони труб каркаса. Іншими словами, роблячи трубки тоншими там, де їм не потрібно стільки міцності. Баттинг робить велосипед На 3-4 кілограми легший, гнучкіший і чутливіший. Недоліком є те, що процес додає вартості.
Після того, як трубам надано форму та з’єднано встик, їх зварюють між собою за допомогою TIG-зварювальних швів. Нарешті, рами термічно обробляють для міцності.
У наш час виробники також можуть маніпулювати алюмінієм за допомогою процесу, який називається гідроформуванням. Гідроформування передбачає розміщення алюміній трубки у форму, а потім впорскують у форму рідину під неймовірно високим тиском. Ці трубки формуються у формі. Рами також можна гідроформувати після зварювання, щоб точно налаштувати форму. Гідроформування може оптимізувати форму алюмінієвої рами для аеродинаміки, жорсткості та комфорту.
Велосипедні рами з вуглецевого волокна: Плюси і мінуси
Плюси
- Легша вага, оскільки матеріал міцніший і менш щільний
- Жорсткіші та чутливіші. Це покращує керованість
- комфортна / краща якість їзди
- Карбонові рами можуть служити довше, оскільки вони не втомлюються
- Рами з вуглецевого волокна можна відремонтувати, якщо вони тріснули
- ефективнішими, оскільки вони легші, аеродинамічніші та жорсткіші
- Відсутність корозії
- Вищий клас та більш технологічний
Мінуси
- дорогий
- Довговічність може бути проблемою. Карбонові рами можуть тріснути від легкого удару в деяких випадках. Ви також можете випадково тріснути раму, надмірно затягнувши компоненти
- Важко перевозити багаж, оскільки на більшість карбонових рам не можна встановити багажники та багажники
- Погано впливає на навколишнє середовище, тому що вуглецеве волокно не дуже добре піддається переробці
- Безпека може бути проблемою, оскільки карбонові рами можуть вийти з ладу без попередження, якщо їх скомпрометувати
Алюмінієві велосипедні рами: Плюси і мінуси
Плюси
- Дешевше
- довговічний. Алюміній може витримати сильніший удар, не тріснувши і не вийшовши з ладу, оскільки він менш крихкий
- екологічно чистий. Алюмінієвий добре піддається переробці
- Ви можете кріпити багаж і використовувати раму для подорожей
- Безпечніший, тому що алюміній менш схильний до несподіваної поломки
Мінуси
- Жорсткіша їзда, оскільки рама більш жорстка
- Важче
- Алюміній рами часто неможливо відремонтувати, якщо вони тріснули
- Алюмінієві рами служать не так довго, оскільки метал з часом втомлюється
Вуглецеве волокно проти алюмінієвих велосипедних рам
Хоча з обох матеріалів можна виготовити чутливі, зручні та легкі рами, кожен з них має свої сильні та слабкі сторони. У цьому розділі ми порівняємо вуглецеве волокно та алюміній велосипедні рами.
Вага рами
Велосипедні рами з вуглецевого волокна легші за еквівалентні алюмінієві рами. Насправді, вуглецеве волокно є найлегшим матеріалом для велосипедних рам, який використовується сьогодні. Легший велосипед дозволяє швидше підніматися та розганятися та легше маневрувати, оскільки має меншу вагу для пересування.
Багато виробників пропонують повні 15-фунтові рами вагою 6 кг.8 кг) карбонові дорожні велосипеди. Це мінімальна вага велосипеда згідно з правилами UCI. Самі карбонові рами важать всього 700-1000 грамів. 20-фунтові повні карбонові гірські велосипеди також широко доступні.
З іншого боку, повні алюмінієві дорожні велосипеди в середньому важать близько 18 фунтів. Це на 3 фунти важче. Найкращі алюмінієві рами важать приблизно на півфунта більше, ніж карбонові. Алюмінієві рами гірських велосипедів важать приблизно на 1 фунт більше, ніж аналогічні вуглецеві рами.
Рами з вуглецевого волокна легші за алюмінієві, оскільки матеріал менш щільний. Щільність сучасного вуглецевого волокна становить близько 1.9 г / см ^ 3 порівняно з алюмінієм, який має щільність близько 2.3 г/см^3. Вуглецеве волокно має неймовірно високе співвідношення міцності до ваги.
Звичайно, велосипеди з вуглецевого волокна не завжди є легшим варіантом. Існують різні марки вуглецевого волокна. Каркаси з вуглецевого волокна нижчого класу використовують наповнювачі та більше смоли. Це знижує витрати, але збільшує вагу. Сучасні алюмінієві рами конкурентно легкі. Насправді, карбонова рама низького класу може важити більше, ніж алюмінієва рама високого класу. Щоб дізнатись більше, прочитайте цю цікаву статтю про різні марки карбонових рам.
Оскільки обидва матеріали рами настільки легкі, вага компонентів також відіграє важливу роль. Надлегка карбонова рама, оснащена важкими, низькоякісними компонентами, може в підсумку важити більше і працювати гірше, ніж алюмінієва рама оснащений високоякісними компонентами. У цьому випадку обидва велосипеди можуть коштувати однаково.
Для більшості гонщиків різниця у вазі досить незначна. Насправді, більшість з нас можуть втратити додаткові 1-3 фунти різниці між рама матеріали. Це забезпечить кращий приріст продуктивності і обійдеться на тисячі доларів дешевше, ніж купівля легшого велосипеда.
Комфорт
Карбонові рами забезпечують більш комфортну їзду, ніж алюмінієві. Причина в тому, що матеріал краще поглинає удари і гасить вібрації від дороги.
Як правило, ви хочете, щоб ваші рама бути жорстким збоку, щоб ви не витрачали енергію на згинання рами з боку в бік, коли ви натискаєте на педалі. У вертикальному положенні вам потрібна певна гнучкість для поглинання ударів і вібрацій. Це робить їзду більш комфортною під час подолання нерівностей або нерівних доріг.
Виробники можуть конструювати рами з вуглецевого волокна таким чином, щоб зробити їх жорсткими в одних місцях і дещо гнучкими в інших. Це можливо, тому що вуглецеве волокно можна налаштувати набагато краще, ніж алюміній. Виробники можуть варіювати товщину вуглецевого волокна, напрямок волокон, використовувати різні типи смол і ниток тощо.
Наприклад, зони з високим навантаженням, такі як нижній кронштейн, можна зробити неймовірно жорсткими. Інші області, такі як підсідельний штир, можна зробити більш гнучкими та податливими. Це створює зручну раму без шкоди для ефективності та чутливості. Менша щільність вуглецевого волокна також допомагає поглинати вібрації. Покращена якість їзди більш помітна на дорожніх рамах, ніж на рамах гірських велосипедів.
Алюмінієві рами зазвичай мають жорсткішу та менш витончену їзду, ніж карбонові рами. Оскільки алюміній є відносно м’яким металом, труби рами повинні бути досить товстими, щоб зробити велосипед міцним і довговічним. Алюмінієві труби рами товщі, ніж карбонові, сталеві або титанові труби рами. Це призводить до неймовірно жорсткої рами.
Жорсткі рами забезпечують жорстку їзду, оскільки удари та вібрації від дороги передаються прямо через раму на ваше тіло. Жорсткі алюмінієві рами не можуть запропонувати стільки амортизації, як більш гнучкі карбонові рами. З цієї причини алюмінієві рами не є ідеальними для їзди по бездоріжжю або подорожей на далекі відстані.
Сказавши це, були зроблені деякі значні поліпшення в алюміній технології велосипедних рам за останні 20 років, які значно покращили комфорт. Наприклад, процес гідроформування дозволяє виробникам рам змінювати товщину алюмінієвих труб по всій їх довжині.
Цей процес дозволяє виробникам робити раму тоншою в тих місцях, де потрібна певна гнучкість, і товстішою там, де потрібна міцність. Рама може бути жорсткою з боків, але при цьому поглинати деякі вібрації. Сучасні алюмінієві рами високого класу майже такі ж зручні, як і карбонові рами.
Чи тріскаються алюмінієві велосипедні рами?
Подумайте про раму як про скелет велосипеда.
Вона утримує все разом і витримує спільну вагу велосипеда і вас, велосипедиста.
Рама з’єднана з колесами вашого велосипеда, з підвіскою чи без неї, тому вона поглинає значну частину ударів і вібрацій від нерівностей, вибоїн і камінців, які ви переїжджаєте на дорозі.
У випадку велосипедів BMX (для їзди по гладкій поверхні) та MTB (для їзди по пересіченій місцевості) на раму також впливають стрибки, накачування, підйоми, спуски, різкі повороти та швидке гальмування, що спричиняють значне навантаження на матеріал.
Додайте до цього випадкові вм’ятини від падіння велосипеда на підлогу або від того, що ви на ньому врізалися, і неважко зрозуміти, чому рама рано чи пізно зношується і потребує ремонту або заміни.
Коли алюмінієва рама велосипеда досягає фінальної стадії зносу та/або працює на межі своїх можливостей, вона тріскається.
І чи легко вони тріскаються?
Відповідь залежить як від велосипедиста та місцевості, так і від рами.
Деякі велосипедисти можуть їздити роками, а іноді й десятиліттями, без жодних вм’ятин, тріщин чи поломок на велосипеді алюміній рама. Інші, особливо якщо вони їздять на велосипеді в екстремальних умовах, можуть зіпсувати свою раму до стану, який не підлягає відновленню, всього за пару років.
Алюміній – хороший матеріал для велосипедної рами, тому що він легкий, економічний, і, на відміну від сталі, не іржавіє і може бути оброблений у всі види аеродинамічних форм (або, у випадку гірських велосипедів, форм, які вимагають стійкості і довговічності).
Однак, замість того, щоб пом’якшувати удари та вібрації від дороги, алюміній передає їх вам і вашому велосипеду велосипеддеталі. Алюмінієва рама відчувається “мертвою”, і може зробити вашу їзду набагато незручнішою, ніж сталева, карбонова або титанова рама.
З тих же причин, що і вони, зношується швидше за них.
Якщо вони тріснули, чи можна їх відремонтувати?
Це залежить від тяжкості та місця розташування тріщини.
Кожна труба на рамі має своє призначення і на неї діють інші сили, ніж на інші.
Верхня труба, наприклад, піддається силі стиснення і, коли вона ослаблена, має вм’ятини або тріщини, схильна до прогинання. Нижня труба піддається натягу, тому вона не прогинається, але все одно може тріснути.
Якщо ваша рама тріснула, не їдьте на велосипеді велосипед і віднесіть його до досвідченого майстра. Вони допоможуть вам зважити всі переваги, недоліки, вартість та ризики ремонту рами порівняно з заміною на нову.
Алюмінієві рами можна зварити, але питання в тому, чи варто це робити. Після падіння, аварії або багаторічного зносу дуже ймовірно, що тріщина – не єдине місце, де пошкоджена рама.
Однією з переваг побудови велосипеда з алюмінієвою рамою є те, що він не зламає банк. Це означає, що вам не буде соромно замінити її на нову, якщо рама трісне через зношування або ви розіб’єте велосипед, і він не підлягатиме відновленню.
Тож чи варто купувати велосипед?
При будівництві велосипеда все є компромісом. (І рама не є винятком.)
Коли справа доходить до рами, ви можете вибрати, від найдешевшої до найдорожчої, алюміній, сталь, вуглецеве волокно або титан. Окрім ціни, яка не повинна бути єдиним фактором, кожен матеріал рами має свої плюси і мінуси, які роблять його хорошим або поганим вибором для ваших потреб.
Алюмінієві рами, як ми вже згадували, дешеві, легкі та аеродинамічні. Для більшості велосипедів це тип рами, який виконує свою роботу, і робить її досить добре і довго, щоб коштувати своїх грошей.
Сталеві рами існують з моменту винайдення велосипеда і, ймовірно, будуть існувати ще десятиліття. Вони жорсткі, міцні, доступні за ціною та доступні у вигляді різноманітних сплавів та конструкцій для різних видів їзди на велосипеді.
Карбонові рами виготовляються з композитного матеріалу – вуглецевих волокон, склеєних епоксидною смолою, а не з металу. Вони коштують недешево, але вони легкі, забезпечують плавний хід і мають чудові експлуатаційні характеристики. Вони не тріскаються; вони ламаються, коли зношуються або піддаються навантаженню.
Титанові рами дуже дорогі порівняно з іншими металами, тому вони підходять не кожному велосипедисту. Ті, хто може дозволити собі розщедритися на титанові, отримують металеві рама жвавий, має потрібну кількість вигинів і гнучкості, і може прослужити більше десяти років, не іржавіючи.
Застряглі деталі
Застряглий підсідельний штир у старій рамі – поширена проблема. У цьому випадку нам довелося нагріти раму (паяльною лампою) до такої міри, що алюмінієвий штир розплавився.
У випадку з алюмінієвою рамою це, очевидно, неможливо, але більшість спеціалістів з ремонту мають власні секретні методи зняття застряглих деталей, включаючи чашки нижнього кронштейну та зламаний відкрутіть болти клітки для пляшок.
Варто подумати про заміну будь-яких приварених затискачів на сидінні на звичайні затискачі, що надягаються на ручку BikeRadar
Структурні проблеми
Не починайте ремонт, поки не перевірите всі важливі деталі на наявність пошкоджень. Зверніть увагу на зварні або паяні з’єднання, особливо за виносною трубою, якщо ви пам’ятаєте будь-який вид лобового удару.
Переконайтеся, що всі труби прямі, а плями іржі не порушують структуру рами. Більшість спеціалістів з ремонту можуть відремонтувати з’єднання або навіть встановити нову трубу, але вартість може бути не виправданою.
Перевірте навколо головної трубки на наявність пошкоджень. Якщо ви турбуєтесь про міцність, можна додати ластовицю в цьому місці BikeRadar зламався
Кабельні напрямні
Це також гарний час для оцінки ваших кабельних напрямних. Багато гонщиків захочуть оновити стару рама на дискові гальма, або встановити повноцінні зовнішні троси замість перерваних.
Всі ці зміни деталей можливі, і легко досягаються такими спеціалістами, як Argos Cycles, поки з велосипеда знята фарба. Переконайтеся, що ви отримали пропозицію, оскільки всі маленькі зміни можуть незабаром скласти багато додаткових грошей.
Боси для пляшок
Встановлення додаткових бобишок для пляшок є часто запитуваною зміною під час ремонту. Це легко і досить дешево досягається, і може бути зроблено, навіть якщо ви не готові до перефарбовування.
Те ж саме стосується вушок для підсідельного штока крила і, в більшості випадків, різьбових вушок багажника на підсідельному штоку. Якщо ви хочете додати різьбові вкладки на дропаутах для бризковиків і багажника, просто переконайтеся, що трубки не є надто тонкими в точках кріплення.
Пружини в серії: Порівняння всіх прогинів разом
Багато компонентів на велосипеді мають деякий вертикальний прогин, навіть мікроскопічний, що робить їх усі пружинячими. Система з нуля складається з пружин у такому порядку: шина, обід, ніпелі, спиці, втулка, підшипники, вісь, рама, підсідельний штир і сідло.
Розрахувавши кількість пружин у серії, ми можемо зрозуміти, як всі ці частини працюють разом, щоб забезпечити вертикальне відхилення. Цікаво, що коли ми складаємо всі пружини в серії разом, результатом є пружність, яка є меншою, ніж у найм’якшої пружини – якою зазвичай є шина, але може бути і підсідельний штир, якщо на вашому велосипеді встановлені вузькі шини високого тиску.
Звідси випливає, що якщо ви можете додати до свого велосипеда особливо товсті шини або карбоновий гнучкий підсідельний штир – вам гарантована комфортна їзда, незалежно від матеріалу рами. Навіть гоночна рама 80-х років, виміряна Бобом Банді (14 000 Н/мм), матиме низьку загальну жорсткість при встановленні гнучкого карбонового підсідельного штиря.
У таблиці вище я розрахував жорсткість пружини для кількох різних комбінацій гнучких підсідельних штирів та шин. Ці дані показують, наскільки сильно домінує найм’якша пружина. Навіть з дорожніми шинами високого тиску, ефект послідовної пружини гнучкого підсідельного штиря призводить до дуже малої сили, необхідної для переміщення вашого тіла на міліметр по вертикалі.
Як бачите, гнучкі підсідельні штирі відіграють незначну роль у швидкості пружини велосипеда з широкими шинами. Якщо ви використовуєте вузькі шини, ви отримаєте більше переваг від гнучкого карбонового підсідельного штиря на шосейному велосипеді, оскільки він завжди м’який.
Пружина в серії також допомагає нам зрозуміти, як компоненти, що вимагають особливо великої сили для відхилення вертикального міліметра, по суті, не мають сенсу в серії пружин. Це тому, що саме найм’якша пружина, а не найжорсткіша, завжди визначає ваш комфорт під час їзди.
Ці показники пружності застосовуються саме до першого міліметра прогину. При деформації шини жорсткість пружини збільшується в різній мірі, залежно від характеристик шини.
А як щодо вібрацій??
Хіба різні матеріали рами не гасять вібрації в різному ступені??
Просто постукавши по металевому каркасу, ви почуєте, як він “дзвенить”, оскільки він має досить низькі демпфуючі властивості. Для порівняння, коли ви постукуєте по карбоновій рамі, вона видає глухий звук “стуку. Це пояснюється тим, що вуглецеве волокно за своєю природою має більшу амортизацію, ніж метали. демпфування дорівнює кращому гасінню вібрацій.
Проте, ми повинні пам’ятати, що рама велосипеда – це частина більшої системи. М’якіші компоненти велосипеда, такі як гумові шини, набивка сідла та вміст багажу, набагато краще демпфують, ніж карбон рама. Отже, чим ширші ваші шини, чим товстіша набивка сідла або чим м’якший багаж ви кріпите на велосипед, тим м’якшим буде ваш велосипед.
Якщо припустити, що я перенесення без багажу, я помітив майже нульову різницю в амортизації між карбоновими та металевими велосипедами, як тільки мої шини перевищують 40 мм в ширину. Але на моїх велосипедах з вузькими шинами я завжди віддавав перевагу тому, як карбон вбиває шум дороги. А з багажем, прикріпленим до будь-якого велосипеда, я вважаю, що всі вони неймовірно м’які в управлінні.
Підсумок
Якщо ви клянетеся, що відчуваєте додатковий комфорт у сталевій або титановій рамі, боюся, що всі дані свідчать про те, що це лише плацебо – що насправді не так вже й погано, якщо це дійсно працює для вас!
Коли ми розглядаємо всі компоненти, які рухаються у вертикальній площині, матеріал вашої рами – сталь, алюміній, титан або карбон – не вплине на комфорт вашої їзди. Мало того, що жорсткість рами становить невелику частку від загальної жорсткості пружини, вона також стає абсолютно несуттєвою, коли ми розраховуємо пружини в серії.
Найважливішими компонентами для оптимізації комфорту на велосипеді є ваші шини, які деформуються зі швидкістю 10-250 Н/мм (залежно від тиску та ширини), та підсідельний штир, який може деформуватися зі швидкістю 69 Н/мм. Карбоновий гнучкий підсідельний штир забезпечить 15-міліметровий вертикальний зсув ще до того, як ваша рама зміститься навіть на долю міліметра.
До речі, про незручну сталь велосипед Якось я їхав? Він їздив на вузьких 22-міліметрових шинах, майже не мав відкритого підсідельного штиря і був оснащений дуже жорстким гоночним сідлом. Сподіваємось, тепер вам зрозуміло, чому деякі сталеві велосипеди розривають вас на шматки, а на інших алюмінієвих ви будете їхати так, ніби ви ковзаєте по хмарі.
Алі – веломандрівник, який об’їздив 100 країн і не планує зупинятися на досягнутому. Попутно він створює технічні ресурси, глибокі огляди, надихаючі відео, інструкції та багато іншого. Якщо ви чогось навчилися у нього, ви можете підтримати його місію зі створення найкращого контенту про велоподорожі ТУТ.