Введение

Основная составляющая велосипеда

Рама велосипеда — это основная составляющая велосипеда, к которой крепятся колеса и другие компоненты. Современная и наиболее распространенная конструкция рамы для велосипеда традиционной посадки основана на велосипеде-«безопаснике» и состоит из двух треугольников: основного треугольника и заднего треугольника. Такая конструкция называется «алмазная рама». Рамы должны быть прочными, жесткими и легкими, что достигается сочетанием различных материалов и форм. Фреймсет состоит из рамы и вилки велосипеда, а иногда включает в себя рулевую колонку и подседельный штырь. Производители рам часто изготавливают раму и вилку вместе, как комплект.

Вариации

Помимо повсеместно распространенной рамы типа "алмаз", схожие результаты достигаются и с помощью рамы типа "микст".

Кран

В велосипедной раме с консольным креплением перья сиденья продолжаются за подседельную трубу и изгибаются вниз, соединяясь с нижней трубой. Рамы с консольным креплением популярны на велосипедах-круизерах, лоурайдерах и велосипедах для езды на заднем колесе. Во многих рамах с консольным креплением единственными прямыми трубами являются подседельная и рулевая трубы.

Лежащий

Лежачий велосипед располагает педали перед велосипедистом, а не под ним, что обычно улучшает аэродинамику и избавляет от резкого изгиба в пояснице, характерного для гонщиков на велосипедах с ромбовидной рамой. Запрещенный к использованию на велосипедных гонках во Франции в 1934 году, чтобы не допустить устаревания велосипедов с ромбовидной рамой, выпуск лежачих велосипедов оставался на низком уровне еще на протяжении полувека, однако к 2000 году в продаже появилось множество моделей от различных производителей.

Напряженный

Необычный велосипед с наклонной посадкой перемещает педали в заднюю часть относительно велосипедиста, что обеспечивает положение с наклоненной вперед головой и опущенной грудью.

Крест или балка

Крестовая рама состоит в основном из двух труб, образующих крест: подседельной трубы от каретки до седла и верхней трубы от рулевой трубы до втулки заднего колеса.

Трассы

Рамная конструкция с решетчатой фермой использует дополнительные трубы для формирования решетчатой структуры. Примеры включают Humbers, Pedersens и конструкцию, изображенную на фотографии.

Монокок

Монококсовая рама состоит исключительно из полой оболочки, не имеющей внутренней структуры.

Складывание

Рамы складных велосипедов характеризуются способностью складываться в компактную форму для транспортировки или хранения.

Пенни-фартинг

Для рам пенни-фартинга характерны большое переднее колесо и маленькое заднее колесо.

Тандем и общительный

Тандемные и социальные велосипеды рассчитаны на нескольких велосипедистов.

Другие

Существует множество вариаций базовой конструкции рамы типа "алмаз". Рамы без подседельной трубы, такие как Trek Y Foil, Zipp 2001, Kestrel Airfoil и большинство рам от Softride. Рамы без верхней трубы, такие как "Old Faithful" от Грэма Обри. Рамы, использующие тросы для элементов, работающих только на растяжение, например, велосипед Дурсли Педерсена на изображении, Pocket Bicycle, Viva Wire 2009 года, велосипед Wire от дизайнера Ионута Предеску или серия fold tech от Slingshot Bicycles. Рамы с обручами, заменяющими подседельную трубу, перья и подседельные перья: называемые "roundtail" (круглым хвостом).

Велосипед с приподнятыми цепными перьями был популярен в начале 90-х годов. Он отличался задним треугольником с приподнятыми нижними перьями рамы, что устраняло необходимость пропускать цепь через заднюю часть рамы. Это позволяло уменьшить колесную базу и улучшить управляемость при технических подъемах, но при этом снижалась жесткость и, как следствие, увеличивался прогиб кареточного узла (если рама не усилена) по сравнению с рамой с традиционными цепными перьями. В статье о типах велосипедов описаны дополнительные вариации. Также возможно установить муфты либо в процессе производства, либо в качестве модернизации, чтобы раму можно было разобрать на более мелкие части для удобства упаковки и транспортировки.

Трубы рамки

Алмазная рама состоит из двух треугольников: основного и парного заднего треугольника. Основной треугольник образован рулевой трубой, верхней трубой, нижней трубой и подседельной трубой. Задний треугольник состоит из подседельной трубы, а также парных перьев цепи и перьев сиденья.

Трубка головки

В рулевой трубе находится рулевая колонка, подшипники для вилки через шток вилки. В интегрированных рулевых колонках подшипники (картриджные или нет) непосредственно контактируют с внутренней поверхностью рулевой трубы, а в неинтегрированных – подшипники (в картридже или без него) контактируют с "чашками", запрессованными в рулевую трубу.

Верхняя трубка

Верхняя трубка, или перекладина, соединяет верхнюю часть рулевой трубы с верхней частью подседельной трубы. В традиционной алмазной раме с классической геометрией верхняя трубка горизонтальна (параллельна земле). В раме с компактной геометрией верхняя трубка обычно наклонена вниз к подседельной трубе для увеличения дорожного просвета. В раме горного велосипеда верхняя трубка почти всегда наклонена вниз к подседельной трубе. Сильно наклонные верхние трубы, которые снижают прочность традиционной алмазной рамы, могут потребовать дополнительных усиливающих труб, альтернативной конструкции рамы или использования других материалов для обеспечения эквивалентной прочности. (Подробнее о геометрии см. в разделе о шоссейных и триатлонных велосипедах.) Рамы с заниженной верхней трубой обычно имеют верхнюю трубу, которая круто наклонена вниз, чтобы облегчить посадку и спешивание с велосипеда. Альтернативные конструкции могут предусматривать полное отсутствие верхней трубы, как в монококовых центральных частях рамы с разделенной или шарнирной подседельной трубой, или использование двух верхних труб, продолжающихся до задних перьев, как в рамах типа "микст". Эти альтернативы алмазной раме обеспечивают большую универсальность, но за счет увеличения веса для достижения сопоставимой прочности и жесткости. Пространство между верхней трубой и пахом велосипедиста, когда он стоит на земле, перекинув ногу через раму, называется дорожным просветом. Общая высота от земли до этой точки называется высотой прохода.

Вниз трубкой

Нижняя трубка соединяет рулевую трубу с кареточным узлом. На гоночных велосипедах и некоторых горных и гибридных велосипедах тросы переключателей проходят вдоль нижней трубы или внутри неё. На старых гоночных велосипедах манетки были установлены на нижней трубе. На современных велосипедах они устанавливаются вместе с тормозными рычагами на руле. Крепления для флягодержателей также расположены на нижней трубе, обычно сверху, иногда и снизу. К этим креплениям, помимо флягодержателей, можно прикрепить небольшие насосы.

Седельная трубка

В трубке сиденья находится подседельный штырь велосипеда, который соединяется с седлом. Высота седла регулируется изменением глубины вставки подседельного штыря в трубку сиденья. На некоторых велосипедах это осуществляется с помощью быстросъемного рычага. Подседельный штырь должен быть вставлен на определенную минимальную длину, которая обозначена соответствующей меткой. Трубка сиденья также может иметь крепления для установки флягодержателя или переднего переключателя.

Поддерживает цепь

Перья рамы проходят параллельно цепи, соединяя узел каретки (в котором находится ось, вокруг которой вращаются педали и шатуны) с задними дропаутами или концами вилки. Более короткие перья рамы обычно означают, что велосипед будет быстрее разгоняться и легче подниматься в гору, по крайней мере, пока переднее колесо не потеряет контакт с землей. Греческие перья сиденья добавляют эстетическую привлекательность в ущерб увеличению веса. Этот стиль перьев сиденья вновь стал популярен в конце 20-го века компанией GT Bicycles (под названием "тройной треугольник"), которая включила этот элемент дизайна в свои BMX-рамы, поскольку он также делал задний треугольник гораздо более жестким (что было преимуществом в гонках); этот элемент дизайна также использовался на их рамах горных велосипедов по аналогичным причинам. В 2012 году компания Volagi Cycles запатентовала вариант традиционного пера сиденья, которое обходит подседельную трубу и соединяется дальше с верхней трубой. Этот элемент рамы увеличил длину традиционной конструкции перьев сиденья, обеспечивая более плавный ход за счет снижения жесткости рамы. Другой распространенный вариант перьев сиденья – это «вишбон», одинарное перо сиденья или моноперо, которое соединяет перья вместе прямо над задним колесом в монотрубу, соединенную с подседельной трубой. Конструкция «вишбон» добавляет вертикальную жесткость без увеличения боковой жесткости, что обычно нежелательно для велосипедов с неамортизированной задней частью. Конструкция «вишбон» наиболее подходит для использования в качестве части подрамника заднего треугольника на велосипеде с независимой задней подвеской. Двойные перья сиденья – это перья сиденья, которые соединяются с передним треугольником велосипеда в двух отдельных точках, обычно рядом друг с другом. Перья Fastback соединяются с подседельной трубой сзади, а не с ее боков. На большинстве перьев сиденья обычно используется мост или перемычка для соединения перьев над задним колесом и ниже соединения с подседельной трубой. Помимо обеспечения боковой жесткости, этот мост служит точкой крепления для задних тормозов, крыльев и багажников. Сами перья сиденья также могут быть оснащены креплениями для тормозов. Крепления для тормозов часто отсутствуют на сиденьях велосипедов с фиксированной передачей или трековых велосипедов.

Нижняя оболочка кронштейна

Нижняя скобная оболочка – это короткая труба большого диаметра по сравнению с другими трубами рамы, проходящая поперек велосипеда и удерживающая каретку. Обычно она имеет резьбу, часто с левой резьбой на правой (приводной) стороне велосипеда для предотвращения ослабления из-за прецессии, вызванной фреттингом, и с правой резьбой на левой (неприводной) стороне. Существует множество вариантов, например, эксцентричная каретка, позволяющая регулировать натяжение цепи велосипеда. Она обычно большего размера, без резьбы и иногда разъемная. Подседельная труба, нижние перья и нижняя труба обычно соединяются с нижней скобной оболочкой. Существует несколько традиционных стандартных ширин оболочки (68, 70 или 73 мм). Шоссейные велосипеды обычно используют 68 мм; итальянские шоссейные велосипеды – 70 мм; ранние модели горных велосипедов – 73 мм; более поздние модели (1995 года выпуска и новее) чаще используют 68 мм. Некоторые современные велосипеды имеют ширину оболочки 83 или 100 мм, предназначенные для специализированных дисциплин, таких как даунхилл или сноубайкинг. Ширина оболочки влияет на Q-фактор или колею велосипеда. Существует несколько стандартных диаметров оболочки (34,798 – 36 мм) с соответствующим шагом резьбы (24–28 tpi). На некоторых велосипедах с планетарной передачей нижняя скобная оболочка может быть заменена интегрированной планетарной передачей или местом крепления для съемной планетарной передачи.

Геометрия рамы

Длина труб и углы, под которыми они прикреплены, определяют геометрию рамы. При сравнении различных геометрий рам дизайнеры часто сравнивают угол подседельной трубы, угол рулевой колонки, длину верхней (виртуальной) трубы и длину подседельной трубы. Для полной спецификации велосипеда для использования, райдер регулирует относительное положение седла, педалей и руля: высота седла – расстояние от центра каретки до точки отсчета на вершине седла; stack – вертикальное расстояние от центра каретки до верхней части рулевой трубы; reach – горизонтальное расстояние от центра каретки до верхней части рулевой трубы; провисание каретки – расстояние, на котором центр каретки находится ниже уровня оси заднего колеса; вынос руля – вертикальное расстояние между точкой отсчета на седле и рулем; смещение седла – горизонтальное расстояние между передней частью седла и центром каретки; высота прохода – высота верхней трубы над землей; передний центр – расстояние от центра каретки до центра передней оси; перекрытие носков – степень, в которой ноги могут мешать повороту переднего колеса. Геометрия рамы зависит от предполагаемого назначения. Например, дорожный велосипед располагает руль в более низком и удаленном положении относительно седла, обеспечивая более наклоненную посадку, в то время как утилитарный велосипед делает акцент на комфорте и имеет более высокий руль, что приводит к вертикальной посадке. Геометрия рамы также влияет на управляемость. Более подробную информацию можно найти в статьях о геометрии велосипедов и мотоциклов и динамике велосипедов и мотоциклов.

Размер рамы

Размер рамы традиционно измерялся по подседельной трубе от центра каретки до центра верхней трубы. Типичные размеры "средних" рам составляют 54 или 56 см (примерно 21,2 или 22 дюйма) для европейского мужского шоссейного велосипеда или 46 см (около 18,5 дюймов) для мужского горного велосипеда. Разнообразие современных геометрий рам также привело к появлению других способов определения размера рамы. Рамы для туризма обычно более длинные, а гоночные – более компактные.

Велосипеды для дорожного и триатлонного спорта

Дорожный гоночный велосипед предназначен для эффективной передачи мощности при минимальном весе и сопротивлении воздуха. В общем, геометрия дорожного велосипеда классифицируется как традиционная, с горизонтальной верхней трубой, или компактная, с наклонной верхней трубой. Традиционные дорожные рамы часто ассоциируются с большим комфортом и стабильностью, и обычно имеют более длинную колесную базу, что способствует этим двум аспектам. Компактная геометрия позволяет расположить верхнюю часть рулевой трубы выше верхней части подседельной трубы, уменьшая высоту прохода, тем самым увеличивая дорожный просвет и снижая центр тяжести. Мнения о преимуществах компактной рамы расходятся, но некоторые производители утверждают, что уменьшенный диапазон размеров может подойти большинству велосипедистов, и что проще изготовить раму без идеально горизонтальной верхней трубы. Дорожные велосипеды для гонок обычно имеют более крутой угол подседельной трубы, измеряемый от горизонтальной плоскости. Это обеспечивает аэродинамичное положение велосипедиста и, возможно, более эффективное педалирование. Взамен приходится жертвовать комфортом. Туристические и комфортные велосипеды традиционно имеют более расслабленный (менее вертикальный) угол подседельной трубы. Это позволяет велосипедисту опираться на седалищные кости, снижает нагрузку на запястья, руки и шею, а для мужчин улучшает кровообращение в области мочеполовой системы. При более расслабленном угле конструкторы удлиняют перья, чтобы центр тяжести (который в противном случае был бы смещен назад над колесом) был более оптимально расположен в центре рамы велосипеда. Более длинная колесная база способствует эффективному поглощению ударов. В современных серийно выпускаемых туристических и комфортных велосипедах угол подседельной трубы незначительно расслаблен, возможно, для снижения производственных затрат за счет исключения необходимости перенастройки сварочных кондукторов в автоматизированных процессах, и, следовательно, они не обеспечивают такого же комфорта, как традиционные или изготовленные на заказ рамы, которые имеют заметно более расслабленный угол подседельной трубы. Дорожные гоночные велосипеды, используемые в гонках, санкционированных UCI, регулируются правилами UCI, которые, среди прочего, устанавливают, что рама должна состоять из двух треугольников. Следовательно, конструкции без подседельной или верхней трубы не допускаются. Рамы для триатлона или индивидуальных гонок на время поворачивают велосипедиста вперед вокруг оси кареточного узла по сравнению со стандартной дорожной рамой. Это делается для того, чтобы обеспечить велосипедисту еще более низкое и аэродинамичное положение. Хотя управляемость и стабильность снижаются, эти велосипеды предназначены для использования в условиях, где групповая езда не является приоритетом. Эти рамы обычно имеют крутые углы подседельной трубы и низкие рулевые трубы, а также более короткую колесную базу для обеспечения правильного вылета от седла к рулю. Кроме того, поскольку они не регулируются UCI, некоторые триатлонные велосипеды, такие как Zipp 2001, Cheetah и Softride, имеют нетрадиционную конструкцию рамы, которая может обеспечить лучшую аэродинамику.

Велосипеды на рельсах

Рельсовые рамы имеют много общего с дорожными и рамами для гонок на время, но оснащаются горизонтальными, направленными назад задними вилками, а не дропаутами, что позволяет регулировать положение заднего колеса по горизонтали для точной настройки натяжения цепи. Расстояние между задними втулками составляет обычно 130 мм, в отличие от 135 мм и более для дорожных рам. Высота кареточного узла меньше, как правило, около 65-70 мм. Также угол наклона подседельной трубы более крутой, чем у шоссейных велосипедов.

Горные велосипеды

Для комфорта при езде и улучшения управляемости часто используются амортизаторы; существует множество вариантов, включая модели с полной подвеской, которые обеспечивают амортизацию как переднего, так и заднего колес, и модели с передней подвеской (hardtails), которые гасят удары, возникающие только от переднего колеса. Развитие сложных систем подвески в 1990-х годах быстро привело ко множеству модификаций классической рамы типа "алмаз". Современные горные велосипеды с задней подвеской имеют поворотный задний треугольник для приведения в действие заднего амортизатора. Конструкция рам горных велосипедов с полной подвеской значительно варьируется у разных производителей, и существуют различные конструкции для разных стилей катания.

Велосипеды-роудстеры/утилитарные велосипеды

Велосипеды-роудстеры традиционно имеют довольно расслабленный угол наклона сидентовой и рулевой трубы, около 66 или 67 градусов, что обеспечивает очень удобную и прямую посадку. Другие характеристики включают длинную колесную базу, более 40 дюймов (часто от 43 до 47 дюймов, или 57 дюймов для велосипеда с удлиненной рамой), и большой вынос вилки, часто около 3 дюймов (76 мм по сравнению с 40 мм у большинства дорожных велосипедов). В последние годы этот тип рамы вновь набирает популярность благодаря большему комфорту по сравнению с горными или дорожными велосипедами. Вариацией этого типа велосипеда является "спортивный роудстер" (также известный как "легкий роудстер"), который обычно имеет более легкую раму и немного более крутой угол наклона сидентовой и рулевой трубы, около 70-72 градусов.

Материалы рамы

Исторически, сталь была наиболее распространенным материалом для изготовления труб велосипедной рамы. Стальные рамы могут быть изготовлены из различных марок стали, от недорогой углеродистой стали до более дорогих и качественных сплавов на основе хромомолибдена. Рамы также могут изготавливаться из алюминиевых сплавов, титана, углеродного волокна, а также из бамбука и картона. В некоторых случаях, рамы классической (ромбовидной) формы формируются из элементов, отличных от труб, таких как тавровые балки и монококи. В качестве материалов для таких рам используются дерево (цельное или ламинированное), магний (литые тавровые балки) и термопластик. Ряд свойств материала определяют его пригодность для изготовления велосипедной рамы: плотность (или удельный вес) показывает, насколько материал легок или тяжел на единицу объема. Жесткость (или модуль упругости) теоретически может влиять на комфорт езды и эффективность передачи энергии. Однако на практике, даже очень гибкая рама значительно жестче шин и седла, поэтому комфорт езды в большей степени зависит от выбора седла, геометрии рамы, выбора шин и правильной посадки на велосипеде. Достичь достаточной боковой жесткости сложнее из-за узкого профиля рамы, и чрезмерная гибкость может снизить эффективность передачи энергии, в основном из-за скольжения шин по дороге, вызванного деформацией заднего треугольника, задевания тормозов об обод и цепи о механизм переключения передач. В крайних случаях, передачи могут самопроизвольно переключаться при приложении велосипедистом высокого крутящего момента в положении стоя. Предел текучести определяет, какая сила необходима для необратимой деформации материала (важно для безопасности при столкновении). Относительное удлинение показывает, насколько материал может деформироваться до разрушения (также важно для безопасности при столкновении). Предел выносливости и предел долговечности определяют стойкость рамы к циклическим нагрузкам, возникающим при педалировании или езде по неровностям. Конструкция труб и геометрия рамы могут компенсировать многие недостатки конкретных материалов. Материалы для рам перечислены в порядке убывания распространенности их использования.

Сталь

Стальные рамы часто изготавливаются из различных типов стальных сплавов, включая хромолибден. Они прочные, легко поддаются обработке и относительно недорогие. Однако они более плотные (и, следовательно, обычно тяжелее), чем многие другие конструкционные материалы. Часто (по состоянию на 2018 год, в гибридных велосипедах) сталь используется для перьев вилки, даже если остальная часть рамы сделана из другого материала, поскольку сталь лучше гасит вибрации. Более экономичный способ изготовления велосипедной рамы – использование цилиндрических стальных труб, соединенных TIG-сваркой, которая не требует муфт для удержания труб вместе. Вместо этого трубы рамы точно выравниваются в кондукторе и фиксируются до завершения сварки. Филетная пайка – еще один способ соединения труб рамы без муфт. Она более трудоемка и, следовательно, реже используется для серийных рам. Как и при TIG-сварке, трубы рамы точно подрезаются или фасуются, а затем на соединение наносится филет из латуни, подобно процессу соединения с муфтами. Рама с филетной пайкой может достичь большей эстетической цельности (гладкого изогнутого вида), чем сварная рама. При использовании стальных рам применение труб с переменной толщиной стенок снижает вес и увеличивает стоимость. Переменная толщина стенок означает, что толщина стенок трубы изменяется от большей на концах (для прочности) до меньшей в середине (для снижения веса). Более дешевые стальные велосипедные рамы изготавливаются из углеродистой стали, также называемой высокопрочной сталью, которая может использоваться для производства автомобилей или других распространенных изделий. Однако более качественные велосипедные рамы изготавливаются из высокопрочных стальных сплавов (обычно хромомолибденовых или "хромолиевых" сплавов), из которых можно изготавливать легкие трубы с очень тонкими стенками. Одной из самых успешных сталей прошлых лет была Reynolds "531" – сталь, легированная марганцем и молибденом. Сейчас более распространена 4130 ChroMoly или аналогичные сплавы. Reynolds и Columbus – два самых известных производителя велосипедных труб. Некоторые велосипеды среднего качества использовали эти стальные сплавы только для части труб рамы. Например, Schwinn Le Tour (по крайней мере, некоторые модели) использовал хромолибден для верхней и нижней трубы, но для остальной части рамы использовал сталь более низкого качества. Качественная стальная рама обычно легче обычной стальной рамы. При прочих равных условиях эта потеря веса может улучшить ускорение и способность к подъему велосипеда. Если маркировка на трубе потеряна, качественную (хромолибденовую или марганцевую) стальную раму можно узнать, резко постучав по ней ногтем. Качественная рама издаст звонкий звук, а рама из обычной стали – глухой стук. Их также можно узнать по весу (около 2,5 кг для рамы и вилки) и типу используемых муфт и концов вилки.

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы имеют меньшую плотность и прочность по сравнению со стальными сплавами; однако они обладают лучшим соотношением прочности к весу, что дает им значительные преимущества в весе по сравнению со сталью. Ранние алюминиевые конструкции оказались более подвержены усталости, что было связано либо с неэффективными сплавами, либо с несовершенной техникой сварки. Это контрастирует с некоторыми стальными и титановыми сплавами, которые имеют четкий предел усталости и легче поддаются сварке или пайке. Однако некоторые из этих недостатков были устранены благодаря повышению квалификации рабочих, способных выполнять сварку более высокого качества, автоматизации и большей доступности современных алюминиевых сплавов. Привлекательное соотношение прочности к весу алюминия по сравнению со сталью, а также определенные механические свойства обеспечивают ему место среди востребованных материалов для изготовления рам. Популярными сплавами для велосипедных рам являются алюминий 6061 и алюминий 7005. Наиболее распространенный тип конструкции сегодня использует трубы из алюминиевого сплава, соединенные между собой сваркой вольфрамовым инертным газом (TIG). Сварные алюминиевые велосипедные рамы появились на рынке только после того, как этот тип сварки стал экономически выгодным в 1970-х годах. Алюминий имеет иное оптимальное соотношение толщины стенки к диаметру трубы, чем сталь. Он достигает максимальной прочности при соотношении около 200:1 (диаметр:толщина стенки), в то время как для стали это соотношение значительно меньше. Однако при таком соотношении толщина стенки была бы сопоставима с толщиной банки из-под напитков, что делает ее слишком хрупкой для противостояния ударам. Таким образом, алюминиевые велосипедные трубы представляют собой компромисс, предлагая соотношение толщины стенки к диаметру, которое не является оптимальным с точки зрения эффективности, но обеспечивает трубы увеличенного размера с более разумными аэродинамическими характеристиками и хорошей устойчивостью к ударам. В результате получается рама, значительно более жесткая, чем стальная. Хотя многие велосипедисты утверждают, что стальные рамы обеспечивают более плавный ход, чем алюминиевые, поскольку алюминиевые рамы спроектированы более жесткими, обоснованность этого утверждения сомнительна: сама велосипедная рама очень жесткая в вертикальной плоскости из-за своей треугольной конструкции. Напротив, этот аргумент ставит под сомнение утверждение о большей вертикальной жесткости алюминиевых рам. С другой стороны, боковая и крутильная (торсионная) жесткость улучшают ускорение и управляемость в определенных ситуациях. Алюминиевые рамы обычно признаются более легкими, чем стальные, хотя это не всегда так. Алюминиевая рама низкого качества может быть тяжелее стальной рамы высокого качества. Некоторые производители используют трубы с переменной толщиной стенки (баттинг), где толщина стенки средних секций меньше, чем у торцевых, для снижения веса. Трубы некруглой формы используются по разным причинам, включая жесткость, аэродинамику и маркетинговые соображения. Различные формы ориентированы на достижение одной или нескольких из этих целей, но редко достигают всех одновременно.

Титан

Титан – относительно специализированный материал для велосипедных рам. Он обладает множеством желаемых характеристик, включая высокую удельную прочность, высокий предел выносливости и отличную коррозионную стойкость. Хотя титан и не такой легкий, как углеволокно, он может обеспечить более комфортную езду, что делает его популярным среди велосипедистов, для которых комфорт важнее производительности. Однако титан имеет высокую стоимость материала и сложнее в обработке, чем сталь или алюминий, что приводит к относительно высокой цене рам по сравнению со стальными, алюминиевыми и углеволоконными. Сварка обычно выполняется в инертной среде для защиты сварных швов от окисления. Несмотря на свою дороговизну, титан легок, устойчив к коррозии и прочен, и его можно формовать практически в любую желаемую форму. В результате получается рама, которую можно точно настроить для обеспечения необходимой прочности в определенных местах (для выдерживания сил педалирования), сохраняя при этом гибкость в других секциях (для комфорта). Рамы из углеволокна могут быть спроектированы с использованием отдельных труб, прочных в одном направлении (например, в поперечном), и податливых в другом (например, в вертикальном). Создать отдельную композитную трубу с переменными по ориентации свойствами невозможно при использовании традиционных металлических рам. Некоторые углеволоконные рамы используют цилиндрические трубы, соединенные клеем и втулками, что аналогично конструкции стальных рам со втулками. Другие углеволоконные рамы изготавливаются цельным куском, что называется монококовой конструкцией. В серии тестов, проведенных Santa Cruz Bicycles, было показано, что для рамы идентичной формы и почти одинакового веса углеволоконная рама значительно прочнее алюминиевой при воздействии общей нагрузки (сочетающей растяжение и сжатие) и удара. Хотя углеволоконные рамы могут быть легкими и прочными, они могут иметь более низкую ударопрочность по сравнению с другими материалами и быть подвержены повреждениям при падениях или неправильном обращении. Трещины и поломки могут возникнуть в результате столкновения, а также из-за чрезмерного затягивания или неправильной установки компонентов. Предполагается, что эти материалы могут быть уязвимы к усталостному разрушению, процессу, который происходит при длительном использовании, хотя это часто ограничивается межслойными трещинами или трещинами в клее в местах соединений, где напряжения можно контролировать с помощью правильного проектирования. Сломанные углеволоконные рамы можно отремонтировать, но из соображений безопасности это должны делать только профессиональные компании в соответствии с самыми высокими стандартами. Многие гоночные велосипеды, предназначенные для индивидуальных гонок на время и триатлона, используют композитную конструкцию, поскольку раму можно придать аэродинамический профиль, который невозможно получить с помощью цилиндрических труб или который был бы чрезмерно тяжелым при использовании других материалов. Хотя такие рамы могут быть тяжелее других, их аэродинамическая эффективность может помочь велосипедисту достичь более высокой общей скорости. В матрицу, помимо углеволокна, можно добавлять другие материалы, такие как металлический бор, для дальнейшего повышения жесткости. Некоторые новые рамы высокого класса включают кевларовые волокна в углеволоконную ткань для улучшения демпфирования вибраций и ударопрочности, особенно в нижних трубах, перьях и подседельных трубах.

Термопластичные

Термопласты — это категория полимеров, которые можно повторно нагревать и придавать им новую форму, и существует несколько способов их использования для создания велосипедной рамы. Одна из реализаций термопластичных велосипедных рам представляет собой, по сути, карбоновые рамы, в которых волокна внедрены в термопластичный материал, а не в более распространенные термореактивные эпоксидные смолы. Компания GT Bicycles была одним из первых крупных производителей, начавших выпускать термопластичные рамы с использованием своей системы STS в середине 1990-х годов. Углеродные волокна свободно сплетались в трубку вместе с волокнами термопласта. Эта трубка помещалась в форму с внутренней камерой, которую затем надували, чтобы прижать углеродную и пластиковую трубку к стенкам формы. Затем форму нагревали для расплавления термопласта. После охлаждения термопласта раму извлекали из формы в окончательном виде.

Магний

Несколько велосипедных рам изготавливаются из магния, плотность которого составляет около 64% от плотности алюминия. В 1980-х годах инженер Фрэнк Кирк разработал оригинальную конструкцию рамы, отливаемую единым куском и состоящую из тавровых балок, а не труб. В Великобритании была основана компания Kirk Precision Ltd для производства рам для шоссейных и горных велосипедов с использованием этой технологии. Однако, несмотря на первоначальный коммерческий успех, возникли проблемы с надежностью, и производство было остановлено в 1992 году. Небольшое количество современных магниевых рам, выпускаемых в настоящее время, изготавливаются традиционным способом из труб.

Сплав скандия и алюминия

Некоторые производители велосипедов изготавливают рамы из алюминиевых сплавов, содержащих скандий, который в маркетинговых целях часто называют просто скандием, хотя содержание скандия (Sc) обычно не превышает 0,5%. Скандий улучшает свариваемость некоторых алюминиевых сплавов и повышает их сопротивление усталости, что позволяет использовать трубы меньшего диаметра и расширяет возможности дизайна рамы.

Бериллий

Американская велосипедная компания из Сент-Клауда, штат Миннесота, ненадолго предлагала набор рамы, изготовленной из бериллиевых труб (соединенных с алюминиевыми втулками), по цене 26 000 долларов. Сообщалось, что езда на ней была очень жесткой, но рама при этом обладала значительной боковой гибкостью.

Бамбук

Несколько велосипедных рам были изготовлены из бамбуковых труб, соединенных металлическими или композитными соединениями. Эстетическая привлекательность зачастую служила мотивацией в той же степени, что и механические свойства.

Дерево

Несколько велосипедных рам были изготовлены из дерева, цельного или ламинированного. Несмотря на то, что одна выдержала 265 изнурительных километров гонки Париж-Рубе, эстетическая привлекательность зачастую была столь же важным стимулом, как и ходовые качества. В Восточной Африке дерево используется для изготовления велосипедов. Картон также применялся для велосипедных рам.

Комбинации

Сочетание различных материалов может обеспечить необходимую жесткость, податливость или демпфирование в разных частях конструкции лучше, чем это возможно при использовании одного материала. Обычно комбинируют углеродное волокно и металл – сталь, алюминий или титан. Один из способов реализации этого подхода – металлическая нижняя труба и подседельные перья в сочетании с карбоновой верхней трубой, подседельной трубой и верхними перьями. Другой вариант – металлическая основная трапеция и подседельные перья с карбоновыми верхними перьями. Карбоновые вилки стали очень распространены на гоночных велосипедах любых типов рам.

Другое

В статье о типах велосипедов описаны дополнительные разновидности.

Трубы с затылочными трубами

Трубы с бутовыми швами имеют увеличенную толщину вблизи соединений для прочности, при этом сохраняя низкий вес за счет более тонкого материала в других местах. Например, тройной бут означает, что труба, как правило из алюминиевого сплава, имеет три различные толщины, причем более толстые участки расположены на концах, где она сваривается. Тот же материал может использоваться для изготовления рулей.

Зажигательные

Различные небольшие элементы – отверстия для крепления флягодержателей, бонки для манеток, стопоры для тросов, штыри для насосов, направляющие тросов и т.д. – описываются как наплавленные, поскольку изначально, а иногда и сейчас, они наплавляются.

Приостановка

Многие велосипеды, особенно горные велосипеды, оснащены амортизацией.