Рама

Велосипедная рама — основная часть велосипеда, к которой крепятся колёса, передня вилка и прочие велосипедные компоненты — оборудование велосипеда.

Конструктивные типы велосипедных рам

Среди рам классических велосипедов (серийных велосипедов для взрослых) прежде всего различают открытые и закрытые велосипедные рамы.

Классическая рама

Классическая закрытая (мужская или ромбовидная) рама состоит из труб, образующих два так называемых треугольника — передний и задний.

Передний треугольник образован подседельной трубой, соединяющей седло и каретку; нижней трубой, соединяющей каретку с рулевой колонкой (стаканом); и верхней трубой, соединяющей рулевую колонку с подседельной трубой. Задний треугольник образован двумя парами труб, идущих от подседельной трубы и каретки к месту крепления втулки заднего колеса. Чаще эти пары называют верхними и нижнимиперьями задней вилки. Указанная конструкция обеспечивает наибольшую жёсткость рамы при минимальном её весе.

Открытая рама

Открытая (или женская) рама. Существуют рамы без верхней трубы или с верхней трубой, идущей рядом с нижней. Этот вариант рамы традиционно называется женским — на такой велосипед можно сесть в юбке, не нарушая приличий, что было немаловажно, например, в викторианской Англии. Тем не менее, рамы такого типа популярны и среди мужчин, так как на них удобнее садиться даже в брюках.

Хотя традиционно закрытый тип рамы называется мужским, ряд производителей выпускают велосипеды, сконструированные специально для женщин, одной из особенностей которых является уменьшенная по сравнению с «мужским» вариантом длина рамы.

Необходимо заметить, что женская рама всегда тяжелее аналогичной по жёсткости и прочности классической, поэтому в шоссейных велосипедах применяется почти исключительно классическая рама.

Рама с поперечными трубами

От англ. cross frame. Первый велосипед, построенный на раме с пересекающимися трубами был «Премьер», сконструированный в 1886 году британцами Хиллманом, Гербертом и Купером (Hillman, Herbert & Cooper). До 90−х годов разными компаниями выпускались безопасные велосипеды именно на таких рамах. Главное пересечение состояло из подседельной трубы и трубы, соединяющей рулевой стакан с осью заднего колеса. В истории было несколько поколений подобных велосипедов

Складая рама

Рамы, на базе которых собирают складные модели велосипедов. Преобладающими в этом классе являются открытые рамы, требующие одного разъема (или шарнира). Однако, например, самокатные (т. н. велосипедные) части вооруженных сил оснащались складными велосипедами именно на базе закрытой рамы (в силу большей прочности при меньшем весе — многие велосипеды имели специальные ремни для переноски их через труднопроходимые участки местности, в сложенном виде за спиной, на манер рюкзаков)

Также в конструкции заднего треугольника рам классических конструкций могут быть предусмотрены шарниры и разъемы для устройства амортизатора.

Специальная или детская рама

В эту группу можно отнести рамы специальных и экпериментальных велосипедов (например, для передвижения в лежачем положении), а также детских велосипедов. Рамы детских велосипедов, воспринимают гораздо меньшие нагрузки (по массе человека и скорости передвижения), так что здесь вполне применимы упрощённые конструкции и другие материалы.

Размеры велосипедных рам

Хотя геометрия рамы может быть более или менее произвольной, наиболее характерным размером рамы является её рост. Рост рамы измеряется двумя способами — межосевым «С-С» (англ. center-to-center), от оси каретки (педалей) до осевой линии верхней трубы (только для рам классической конструкции); и С-Т (англ. center-to-top), от оси каретки до верхнего среза подседельной трубы. Традиционно, рост рамы (как и почти все размерности) шоссейных велосипедов измеряется в сантиметрах или милиметрах, а рост горных велосипедов — в дюймах.

Материалы и технологические особенности

Трубы для изготовления рам могут быть как круглого, так и иного сечения. Наиболее дорогие рамы изготавливают из труб с переменной толщиной стенок и собирают в статически напряжённом состоянии.

Баттированными называют трубы с переменной толщиной стенок. Баттирование существено улучшает характеристики рамы. Различают двойное (DB) и тройное (TB) баттирование. При тройном баттировании толщина на концах различна, а при двойном — одинакова. Однако различие между TB и DB рамами невелико.

Материалом для изготовления велосипедных рам служат легированные стали (чаще хром-молибденом), различные алюминиевые, титановые и магниевые сплавы, а так же углеродное волокно (карбон).

Сталь

Легированная сталь используется с 1930−х годов, в настоящее время наиболее широко используются хром-молибденовыестали. Стальные рамы недороги, технологичны в изготовлении (их можно как паять, так и сваривать), обладают хорошими усталостными характеристиками и достаточно жёсткие. Немаловажно, что появившиеся по какой-либо причине трещины развиваются постепенно, давая о себе знать скрипом и снижением жёсткости, так что стальная рама редко ломается внезапно.

Титан

Титановые сплавы используются в дорогих рамах, как правило, для спортивных велосипедов. Титан не только имеет высокую удельную прочность, позволяя конструировать очень лёгкие рамы (менее 1,4 кг для шоссейных велосипедов), но и исключительно коррозионно стоек, что позволяет использовать рамы даже неокрашенными. Вместе с тем, титан — относительно вязкий материал, что создаёт определённые проблемы с обеспечением жёсткости (при достаточной прочности). Однако, этот недостаток превращается в достоинство при езде по неровной дороге: титан прекрасно демпфирует мелкую вибрацию. Другим недостатком титана является его низкая технологичность, что ещё более увеличивает цену такой рамы.

Алюминий

С 1980−х годов популярность приобретают рамы из свариваемых алюминиевых сплавов. Алюминиевые рамы имеют приблизительно такой же вес, что и титановые, но обладают большей жёсткостью (большей, чем стальные). Связано это с тем, что алюминиевые рамы имеют большие сечения труб и, кроме того, обладают повышенным запасом прочности. Этот запас необходим из-за того, что применяемые сплавы имеют очень плохие усталостные характеристики, непрерывно накапливая усталость и в конце концов разрушаясь даже от незначительных нагрузок. При этом, в отличие от стальных, алюминиевые рамы разрушаются внезапно. Тем не менее, в настоящее время алюминий является наиболее популярным материалом для рам среднего ценового диапазона.

Магний

Относительно недавно появились рамы из магниевых сплавов. Такие рамы очень легки и при этом имеют отличные механические свойства. Их главный недостаток — очень низкая коррозионная стойкость. Даже незначительная царапина краски может привести к быстрой коррозии и разрушению рамы. Поэтому магниевые рамы требуют особенно тщательного ухода. Кроме того, магний, как и алюминий, имеет плохие усталостные характеристики.

К преимуществам магниевых сплавов можно отнести:

• высокую удельную прочность и удельную жесткость;
• низкий вес, магний в 6−7 раз легче, чем сталь, в 2−2,5 раза — чем алюминий;
• способностью хорошо поглощать вибрацию.Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз больше, чем у лучших алюминиевых сплавов, и в 20 раз больше, чем у легированной стали, в 300−500 раз чем титановые сплавы. Эти свойства ставят магний вне конкуренции при изготовлении велосипедных рам;
• хорошую обрабатываемостью резанием;
• удовлетворительная свариваемость и паяемость;
• отличные усталостные характеристики. По удельной возможности противостоять многократным нагрузкам, концентраторам напряжений, магниевые сплавы уверенно обгоняют алюминий и могут конкурировать с лучшими сталями.

Магний сравнительно устойчив в сухом атмосферном воздухе в дистиллированной воде, но быстро разрушается в воздухе, насыщенном водными парами и загрязненном примесями, в особенности сернистым газом. Поэтому магниевые рамы требуют особенно тщательного ухода.

Углеродное волокно

Углеродное волокно, углепластик или карбон — обладает исключительной прочностью, но при этом хрупок, дорог и труднотехнологичен. В качестве компромисса, иногда изготавливаются «гибридные» рамы, с отдельными элементами из углепластика и основой из титана или алюминиевых сплавов. Полностью углепластиковые рамы могут быть как классической конструкции, так и монококовой.

Бериллий

Бериллиевая рама относится к числу экзотических эксклюзивов, о которых слишком мало информации. Поэтому ниже приведены исключительно теоретические данные. К достоинствам бериллия можно отнести:

• бериллий один из самых легких металлов (плотность равна 1,816 г/см³);
• у него высокий модуль упругости (30000 кгс/мм²), в 4 раза больший, чем у алюминия, в 2,5 раза превышающий соответствующий параметр титана, и на треть выше, чем у стали;
• самая высокая удельная прочность и удельная жесткость среди всех конструкционных металлов;
• высокое сопротивление усталостному растрескиванию.
• имеет хорошую коррозионную стойкость во многих средах. Окисная пленка на бериллии также плотна, как и на алюминии, и в отличие от магния надежно защищает металл от окисления.

Недостатки:

• бериллий ядовит. Обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием.
• Высокая цена (около 400 $ за килограмм) обусловленная дефицитностью исходного сырья и сложностью его переработки;
• плохо сваривается и имеет низкую прочность сварного шва (0,5−0,6 прочности основного металла);
• низкая хладостойкость;
• ударная вязкость технического бериллия ниже 5 Дж/см².

Серьезный недостаток бериллия — низкая ударная вязкость и хладноломкости. Это преодолевается использованием сплавов с алюминием. Такие Сплавы содержат 24−43 % алюминия, остальное — бериллий. В США разработан сплав, содержащий 62 % бериллия (локеллой). Эти сплавы сочетают высокую жесткость, прочность и малую плотностью как у бериллия, и с пластичностью как у алюминия. Для увеличения прочности сплавы Be-Al могут дополнительно легировать магнием и серебром. Еще используют композицию Be-Ag, содержащую до 60 % серебра. Сплавы с серебром дополнительно легируют литием и лантаном.

Бериллий смело можно назвать материалом XXI века, но сложные передовые технологии, высокие требования к производству, дорогостоящее сырье и легиранты… Все это врядли, когда-нибудь позволит распространиться бериллиевым конструкциям за пределы авиакосмической, ядерной и военной индустрии.

Рост рамы

Рост человека, м	Рост рамы, см
	Горный велосипед	Трековый велосипед	Дорожный велосипед	Гоночный велосипед
1,65	41-44	46-48	48-50	50-52
1,70	44-46	48-50	50-52	53-55
1,75	46-48	50-52	52-55	55-57
1,80	48-50	52-55	56-58	57-59
1,85	50-52	56-58	59-60	59-61
1,90 и более	52-54	58-61	60-64	61-64