打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
自行车车架刚性及寿命
tr]
[td=1,1,671]铬钼钢车架的焊接使用银焊料的焊片焊接较多。铬钼钢管是在再结晶温度下焊接,因此管的强度不会降低,也不会变质。但是所使用焊片加重了管的重量。
钛管是使用前述的Tig溶接,焊接时所使用的不活性气体的水蒸气、或者不纯物体在溶接时混入的可能性是存在的,这些事可能将成为引起疲劳破坏的原因。溶接不良使得应力集中在溶接部位,也会引起疲劳破坏。
刚性
曾经多次提过决定刚性的重要因素是杨氏弹性模量,但是管的外径也会影响刚性。
最大剪断应力
车手骑在自行车上面时,复杂的应力加在车架上面。尤其是转向握把,或者站立骑行而使车子摇摆时,假若车子的刚性不足时,骑起来很不舒服的。车架的刚性够不够往往是在这种场合被议论。在此着重讲一讲复杂的应力中,在管道上施于扭等动作时的转矩的情况。在转矩存在的状下,最大剪断应力发生在管的外周,它的公式加下。
在此τmax是最大剪断应力,M是给管道的外来荷重,Do是外径,Di是内径。所发生的最大剪断应力由外来的荷重和管的外径、内径所决定。从这个公式可以设想:材料本身固有的数据之外,改变外径、内径来得到所能承受的最大荷重。
下述公式表示管道所能承受的外来荷重。
刚性比、重量比 在此简单说明加倍外径、内径时的刚性及重量的变化。重量比的计算结果为4倍。2φ表示外径、内径为2倍。
刚性比的计算结果如下所述8倍。
从上述计算结果可知,改变外径时重量加大到4倍,强度增加到8倍,效果还是很大的。利用这种方法也有限度的,外径过于大时对于外来的压力会增加面法线的压力成分,如金属表面容易凹进去(象啤酒的罐般)。
车架的寿命
车架强度的探索
车友们,希望你的自行车能用多久?除非有经济条件许可者追求新款式自行车之外,一般都希望能使用越久越好。在此主要记述影响车架强度的金属疲劳问题。
在前面已讲过自行车的金属疲劳是不可避免的现象。具体地说:影响最大的是,加在管上的应力、管的材料、疲劳极限。
设计自行车管道时,增加应力的话,不得不增加管壁的厚度。疲劳极限高而薄管壁的加工方法,目前主要采用Padded加工方法,这种方法是:发生集中应力的部位如接合部位,按理应增加该部位的厚度,但是不增加厚度,代替它的方法是,减少应力小的管道的中心部位的管壁的厚度。在此举几个薄壁管道的例子。
高级铬钼钢管:中央部位的管壁厚度为0.5mm。Dedacciai公司的最高级铬钼钢管的管壁厚度为0.4mm。
铝制车架:Dedacciai公司的最高级铝管SC61-10A的管壁中央的厚度为0.8mm。最便宜的铝制车架的管道的厚度为1.8~1.3mm,可见Dedacciai公司的最高级铝管的厚度多么薄!这种薄的管使人感到强度行不行呀!
钛制车架:关于钛制车架有Panasonic的0.6mm厚度。另外,在钛制车架方面最著名的美国Litespeed公司,该公司的广告用语是:我们的钛合金的疲劳寿命可达到铝、铁的5倍。
作为自行车运动爱好者来说,能够骑上把管壁加工至极限的薄而轻的车子是可以接受的,但是乘骑的次数越多,强度越下降,年年要换新的车子的话,薄料的车子有什么用呢,当然专业选手就不同了,他们有练习用车及比赛用车。是否能够维持性能特性的车架应成为选择车架的条件?
车架的外观
容易生锈的自行车让人讨厌,虽然小心爱护自行车,但是总是会生锈,爱护车的人看到这种现象很心痛的。因此人们寻找不会生锈的自行车如铝或钛制自行车。
笔者心目中的理想的自行车[tr]
[td=1,1,671]●材料的选择
已经介绍了几种自行车材料,总地来说,骑感好的是铬钼钢制的、要轻的是铝制的,冲击吸收性最好的是碳纤。钛合金制的上述各种性能都不是最好的,但是为什么对它感兴趣呢?因为它是有前途的金属。
●铬钼钢已经使用了很久,对它的研究也最多,除非有什么突破,铬钼钢的前途可想而知的了。使用适正厚度的管道时重量是会增加,但是不容易引起金属疲劳,这种车能带给车手极佳的骑感。有些自行车竞技必需用铬钼钢制的车子,因为它很结实,容易操作。这种车子才是铬钼钢本来的面貌。有些薄壁的铬钼钢车子,金属表面很容易凹进去,那种车子是不行的。单纯地追求薄壁的管道的现在,铬钼钢应该走自己的道路,充分发挥其优势,否则很可能被其他材料淘汰。
●自行车用铝管,当前的设计方针很危险,铝是没有疲劳极限,为了降低应力应该增加厚度。但是为了单纯地谋求薄壁,使用强勒的新合金来制作车架。从外观来看这些制品使人引起很不错的错觉,但是疲劳寿命将是如何呢?铝管的薄壁程度已经到了极限,不可能再薄下去。结果它的命运将和铬钼钢一样。进一步来说,骑车摔倒时,因它塑性变形量少,破断时很可能发生一口气的脆性破坏。今后铝制自行车向那一个方向发展呢?我认为可能会成为比赛专用自行车的素材。若用铝制自行车来练习,一定会感觉到性能的降低显著。
●碳纤维制自行车是有前途的,通过应力计算会找到最适合的加工条件。另外是信心问题,假若厂家应该提供可信赖的割裂、耐用等数据时,需要量会增加。当前尚存在各种问题。
●钛管还有发展的余地,强度可能会超过铬钼钢,现在已能制造1.5kg的车架,将来一定会出现1kg的车架,钛必定会夺去铝的"轻量王"的宝座。另外,钛不需要涂漆,可减少这部分的重量(20~40g)。将来最理想的是钛制自行车?这只是纸上谈兵,和车友们一起探讨。笔者所选择的钛合金是下述的β合金Ti-15Mo-5Zr-3Al  (在TI中添加15%的Mo,5%的Zr,3%Al)。
其他材料如镁、不锈钢等不在此记述。这些材料也许将来会有新的突破也说不定。
在此例出各素材的拉伸强度,从下表可知笔者所选的钛合金是多么优秀。
本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
自行车车架的材料
关于自行车材料
山地车的材质与工艺
钢?碳?铝还是钛?选购车架前应该了解这些
碳纤维自行车
​【关于车架的谣言】
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服