W odpowiedzi na kolejne pytanie dotyczące materiałów ramowych pomyślałem, że warto zacząć od pytania, na które można odpowiedzieć. Poproszę jedną odpowiedź na materiał, na przykład rama roweru z tego materiału.
Proszę użyć formatu, którego użyłem w odpowiedziach, aby ułatwić porównywanie materiałów.
Nie widzę nic złego w umieszczeniu na liście wszystkich ponad 400 stopów stali, jeśli ktoś chce to zrobić, ale „stal” musi być w szczególności stalą miękką niskiej jakości, a nie określonym stopem. Podobnie w przypadku aluminium, tytanu, magnezu i innych metali.
W przypadku kompozytów, w tym kompozytów metalowych, ponownie wolałbym konkretne przykłady ze szczegółami (istnieje duża różnica między żelbetonem a kompozytami kevlar / poliester). Chciałbym też zobaczyć dziwne i wspaniałe motocykle w zestawie.
Materiały
(tj. indeks do odpowiedzi. Zaktualizuj linki, dodając odpowiedź):
Metale
- Rowery aluminiowe
- Rowery stalowe
- Columbus Steel (jeszcze nie napisany)
- ChromeMoly Steel (jeszcze nie napisany)
- Gaspipe Steel
- Ishiwata Steel (jeszcze nie napisane)
- Kaisei Steel (jeszcze nie napisane)
- Łagodna stal
- Reynolds Steel (wymaga rozszerzenia)
- Tange Steel (jeszcze nie napisane)
- Vitus / Super Vitus Steel (jeszcze nie napisany)
- Tytan
- Beryl
- Złoto (czyste) (teoretyczne)
- Magnez (jeszcze nie napisany)
Organiczny
- Bambus
- Kości
- Rowery drewniane
- Rzeźbione drewno
- Sklejka (kompozytowa)
- Drewno (kompletna rama i rower)
- Tektura (jeszcze nie napisana) ( https://bicycles.stackexchange.com/a/44582/20060 ) **
Kompozyty i polimery
Specyficzny dla układu
- Kable zwane Tensegrity lub Tensional Integrity
- Wydrukowano w 3D (jeszcze nie napisane)
Odpowiedzi:
Kości
Średnia gęstość 1,84 g / cm³ dla suchej kości.
Byłby to dość zły materiał na ramę roweru, i jest całkiem prawdopodobne, że każdy rower kostny naprawdę ma metalowy rdzeń na środku.
Korzyść
Niekorzyść
Kości same w sobie nie są szczególnie strukturalne. Szkielet wykonany jest również ze ścięgien, chrząstek i tkanek miękkich.
Trwałość - wysychające kości stają się kruche i łatwo pękają.
Nietolerancja - pęknięcie może bardzo szybko przejść od drobnej linii włosów do pełnego zerwania.
źródło
Łagodna stal
Zakres gęstości wynosi od 7,75 do 8,05 g / cm3
Wiele BSO jest wykonanych ze stali miękkiej lub stali z recyklingu z tak małą dbałością o jej skład, że jest to stal miękka. Przykłady obejmują ten rower KMart . To pytanie dotyczące identyfikacji BSO ma więcej.
Zalety
Niedogodności
źródło
Tytan
Gęstość 4,506 g / cm³
Zalety
Niedogodności
źródło
Sklejka
Gęstość
Z technicznego punktu widzenia sklejka została wykorzystana na kilka różnych sposobów do stworzenia ram rowerowych. Dwa najbardziej oczywiste są jako materiał arkuszowy i jako materiał liniowy.
Zalety
Niedogodności
Sawyer rower przez Jurgena Kuipers poprzez CityLab
ROWER BONOBO PLYWOOD przez CycleExif
(źródło: coocan.jp )
SANOMAGIC Mahoniowe rowery Sueshiro Sano
źródło
Polimer wzmocniony włóknem węglowym
Gęstość wynosi od 1,75–2,0 g / cm3 i zmienia się w zależności od rodzaju i układu.
Ramy z włókna węglowego (CF) są wykonane z arkuszy włókien węglowych osadzonych w żywicy polimerowej, zwykle epoksydowej.
W 1975 roku pojawia się pierwszy rower z rurką CF, Exxon Graftek, miał stalowe zaczepy i był podatny na pękanie. Następnie w 1986 r. Kestrel i Trek wypuścili motocykle z pełną ramą.
Nowoczesny, najwyższej klasy przykład motocykla z włókna węglowego to Pinarello Dogma F8, który jest sprzedawany przez Team Sky, a zatem również przez Team Bradley Wiggins.
Chociaż Sheldon Brown i inni nie są zbyt entuzjastycznie nastawieni do CF, istnieje duża opinia, że CF jest najlepszym materiałem do szybkich wyścigów i jazdy.
Zalety
Niedogodności
źródło
Rower tylko z drewna
Jest to raczej przykład tego, co jest technicznie możliwe, niż szczególnie praktyczny materiał.
Zalety
Niedogodności
Czysty drewniany rower Sławomira Weremkowicza (via BuzzHunt)
źródło
Czyste złoto
Uwaga: to zdjęcie nie jest czystym złotym motocyklem - jest po prostu powleczone.
Ta odpowiedź nie została podjęta w prawdziwym życiu, ale przyniosła wiele dyskusji w ramach Czy możesz zrobić ramę roweru z 24-karatowego złota?
Korzyść
Niedogodności
Wytrzymałość materiału i hartowanie - złoto nie twardnieje po podgrzaniu i hartowaniu, jak stal
Deformacja - osoby porzucające miałyby bardzo ograniczone życie, ponieważ zgniatałyby się pod presją. Twoje wypadnięcia musiałyby być zrobione z czegoś lepszego niż złoto.
Z powyższych dwóch powodów koła i szprychy, osie, kaseta łańcucha korbowego, łożyska, części hamulcowe, cięgna Bowdena, felgi, smoczki i nakrętki nie mogły być wykonane ze złota.
Ścieranie - Czyste złoto nie jest bardzo odporne na zużycie. Dlatego codzienna biżuteria jest często wykonana z 9 lub 18 karatowego złota, a nie 24 karatowego czystego złota. Twój złoty rower zacząłby ocierać się o wszystko, o co się ociera. I jakikolwiek wypadek mógłby pozostawić deszcz asfaltu. Więcej na ten temat poniżej.
Waga - złoto wynosi 19,32 grama na centymetr sześcienny. Stal waha się od 7,75 do 8,05 g / cm ^ 3, a aluminium wynosi 2,7 g / cm ^ 3 Włókno węglowe jest trudniejsze do ustalenia, ale samo włókno wynosi 1,6 do 2,2 g / cm ^ 3 Rower wykonany z tej samej objętości czysty ołów byłby lżejszy niż złoty, ponieważ ołów ma tylko 13,55 g / cm ^ 3
Koszt W dniu 15.11.2016 r. Złoto wynosi 39.600 USD / kilogram. Super lekka rama roweru z włókna węglowego o masie 780 g kosztowałaby ponad 30 000 USD za sam materiał, przy założeniu, że wytrzymałości materiału mogą sobie poradzić. Bardziej prawdopodobna rama 5 kilogramów kosztuje 200 000 USD. Nawet rozbicie roweru i zetarcie 5 g złota pozostawiłoby metal wart 200 USD na poboczu drogi.
W rzeczywistości jest to bardziej prawdopodobne, że jest to rower ze stali galwanizowanej na złoto lub rama z anodowanego aluminium pod bardzo cienką warstwą 9-karatowego złota.
źródło
Kompozyt bambusowo-bambusowy z włókna węglowego
Rowery bambusowe są o wiele dłuższe niż większość ludzi przypuszcza. Pierwsze patenty na bambusowe motocykle zostały wydane odpowiednio w Anglii i Stanach Zjednoczonych w 1894 i 1896 roku.
Wraz z pojawieniem się Green Thinking motocykle bambusowe powoli wracają do mody.
Bambusowa rama kompozytowa z włókna węglowego. Dzięki uprzejmości Biotic Bikes :
Rurki bambusowe ze złączami metalowymi / kompozytowymi można łatwiej zbudować w domu niż wiele innych materiałów ramowych
Zalety
Niedogodności
źródło
Beryl (stop)
Śmiesznie rzadki i imponujący metal o wysokiej wydajności. Ma gęstość 1,85 g / ml (porównywalną do włókna węglowego), wytrzymałość na rozciąganie 270 MPa i moduł Younga (sztywność) 300 GPa (lepszy niż stal). Beryl i jego stopy są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym i obronnym.
Niestety istnieją pewne wady. Po pierwsze, ponieważ jego sztywność jest nieproporcjonalna do jego wytrzymałości, zawodzi przy niskim wydłużeniu. Oznacza to, że jest kruchy. Utrudnia to również pracę, a do prawidłowego uformowania potrzebne są bardzo pracochłonne procesy produkcyjne. Ze względu na swoją wyjątkową rzadkość materiał kosztuje około 8 000 USD / kg tylko w przypadku materiałów sypkich. Ponadto metal jest bardzo toksyczny, a jego pył lub opary mogą cię zabić.
Znam tylko jeden przykład roweru w ramce z berylu. Bush Wellman (firma Be) wykonał ramę dla roweru górskiego American Bicycle Manufacturing M-16 w 1990 r. Za 25 000 USD (w 1990 USD). Uważam, że rama ważyła około 900 g.
źródło
Kable stalowe aka Tensegrity lub integralność wymiarowa
Nie jest to unikalny materiał do budowy ramy, ponieważ druty lub kable działają tylko pod napięciem. Tak więc ten rower wymaga co najmniej dwóch belek z innego nieściśliwego materiału, w postaci głównej belki i sztycy.
Wcześniej:
Bardziej nowoczesna konstrukcja z tylko jednym drutem:
Zalety
Mniej powierzchni czołowej, mniejszy opór wiatru, a tym samym więcej aerodynamiki.
Teoretycznie lżejszy od lamp.
Niedogodności
W rzeczywistości nie jest lżejszy niż lampy, ponieważ wiązka główna musi być mocniejsza, a stalowy kabel nie jest w ogóle lekki.
Cheesecutter - W razie wypadku topwire / toptube wyrządziłby znacznie bardziej skupione obrażenia w oparciu o jego mniejszy rozmiar. Jak te drwiące druty używane do krojenia fantazyjnego sera. warować
Flex - te motocykle były nadmiernie zgodne w kierunku poziomym.
Przyszłość
Poczyniono pewne prace rozwojowe w przypadku kabli kevlarowych i wiązek głównych z włókna węglowego.
źródło
Włókno lniane / Włókno lniane
Schwinn Vestige został (jest?) Wykonany z włókna lnianego (90 procent lnu, 10 procent węgla).
http://bicycletimesmag.com/review-schwinn-vestige-made-from-flax-fiber/
Zalety
Niedogodności
źródło
Plastikowy
Gęstość
Od lat 70. podjęto kilka prób budowy plastikowych rowerów. Materiały budowlane obejmują Lexan i HDPE (polietylen o dużej gęstości), ale nie mogę znaleźć żadnych dowodów na sukces komercyjny w rowerach dla dorosłych. Plastikowe rowery dziecięce są popularne, ale zwykle mają formę rowerów równoważących bez pedałów (nadal technicznie rower?).
https://www.designboom.com/cms/images/user_submit/2011/07/frii5.jpg
Zalety (dla rowerów dziecięcych)
Niedogodności
źródło
Scandium
Gęstość 2,985 g / cm³
„Ramy Scandium” faktycznie odnoszą się do określonych ram ze stopu aluminium z niewielką ilością skandu (często mniej niż 1%).
Zalety
Niedogodności
Dość drogie i dość niszowe. Być może wcześniej był tańszy niż węgiel, ale ostatnio został pozostawiony w tyle, ponieważ węgiel staje się tańszy, a techniki produkcji zwiększają się, aby poprawić węgiel.
Droższy niż inne stopy aluminium. Mniej dostrajalny niż węgiel. Mniej dostrajalny i mniej wytrzymały niż tytan.
Podsumowanie
Scandium (obecnie) jest bardzo niszowym materiałem, który oferuje przewagę nad wszystkimi innymi materiałami, ale często tylko nieznacznie. Jest w dziwnym miejscu jako bardzo, bardzo wysokiej klasy aluminium, które można łatwo pominąć, płacąc nieco więcej, aby przejść do tytanu lub ramy węglowej w umiarkowanej cenie. Kona czuł się tak w związku ze skandem w 2008 roku. Osiem lat później wprowadzają węglowe ramy MTB. Według mnie węgiel jest wreszcie miejscem, w którym skandium ma bardzo ograniczone zastosowanie ze względu na jego cenę.
Skandyn (technicznie stop skandynowo-aluminiowy) był popularny przez krótki czas - Salsa, voodoo, Kona wszystkie stworzyły ramy skandu w jednym punkcie. Notatki Kona:
Źródło: http://konabikeworld.com/08_tech_scandium.htm
http://salsacycles.com/bikes/archive/campeon
źródło
Wydrukowano w 3D
Odpowiedź wymaga uzupełnienia
źródło
Rzeźbione drewno
Choć droższe niż sklejka, bambus lub drewno wymiarowe, istnieją ramy wykonane z rzeźbionych drewnianych rur (lub nawet monoklasów).
Zalety
Niedogodności
źródło
Gaspipe Steel
Szyderczy termin na „rury o wysokiej wytrzymałości” lub ze stali miękkiej używane do budowy tanich rowerów. Ponieważ tanie rowery są wykonane ze stali niskiej jakości, budowniczowie kompensują to, używając ciężkich, grubych rur.
Rury te są często pojedynczymi lub zwykłymi, więc mają stałą grubość ścianki wzdłuż całej rury, podczas gdy ramy o wyższej jakości są wykonane z cieniowanych rur, które mogą mieć dwie lub trzy różne grubości w zależności od obciążeń i odległości od spoiny .
Różnica w stosunku do innych stali
Cała stal ma ten sam „moduł Youngsa” (miara sztywności). Zmienia się między rurą gazową a rurkami wyższymi jest wytrzymałość, więc stal rury gazowej naciągnięta do grubości 0,4 mm (najcieńszy kawałek rurki Reynoldsa) zgina się pod znacznie mniejszym ciśnieniem.
Zalety
Niedogodności
Uwaga: „531” oznacza różne rodzaje rur . Aby uzyskać dodatkowe informacje, zobacz wpis Reynolds w tym CW.
To rura rusztowania, calowa i ósma lufa gazu, calowa i ósma rura 531 (≈ ≈29 mm), calowa lufa gazowa i cala 531 rurka. Gdzie „beczka z gazem” oznacza materiał, który faktycznie został użyty jako przewód gazu.
Oto rower z rurą wydechową - „olmo”. Nie można było stwierdzić, że jest ciężki.
Uwaga technicznie rura wykonana jest z płaskiego metalu, który został zwinięty i jest połączona zgrzewem. Rurka jest uformowana jako zamknięty kształt i nie ma szwu.
Zobacz także wpisy ze stali Reynolds i Ishtawa gdzie indziej w tym CW.
źródło
Stop aluminium
Historia
Pierwsze aluminiowe rowery powstały na przełomie wieków. To znaczy: XIX wiek. Najwcześniejsza dokumentacja użycia aluminium jako materiału ramy roweru to trzy przykłady wykonane na paryskich targach przez Clement Cycles w 1893 roku. Ten rower nie był wykonany z rur, ale był solidnym, jednoczęściowym odlewem aluminiowym!
Było to oczywiście imponujące jak na swój czas, ponieważ aluminium zostało po raz pierwszy wyprodukowane przemysłowo w 1856 roku. Jednak, jak można sobie wyobrazić, te solidne ramy były bardzo ciężkie i niezbyt dobre.
Aluminium jako materiał ramy pozostaje ciekawostką przez następne 80 lat, podczas gdy ramy stalowe dominują na rynku i rynku użytkowym. Nie zmienia się to, dopóki nie zostanie opracowane spawanie TIG i nie stanie się powszechne w latach 70-tych. Postęp ten pozwala na konstrukcję z wytłaczanych pustych rur i możliwość znacznie lepszej wydajności.
W 1974 r. Student inżynierii mechanicznej MIT, Marc Rosenbaum, postanawia zbudować aluminiowy rower do swojej pracy magisterskiej. Skorzystał z niskiej gęstości aluminium i zbudował swój rower z rurkami o dużej średnicy i bardzo cienkimi ścianami. Rezultatem jego wysiłków był rower gąsienicowy lżejszy niż jakikolwiek inny na świecie o masie 12,3 funta!
Oto świetny artykuł na ten temat. https://www.sheldonbrown.com/AluminumBikeProject.html
Branża wkrótce potem. Gary Klein opatentował szeroką rurę aluminiową ramę roweru w 1977 roku i założył firmę rowerową Klein. Cannondale wprowadził pierwszy model CAAD w 1983 roku, a wkrótce potem Al dołączył do pro-peletonu. Miguel Indurain zdobył pierwszą nagrodę TdF na aluminiowym Pinarello Keral Lite w 1995 r. I były one materiałem z wyboru, dopóki nie zastąpiono węgla w 1999 r.
Obecnie aluminiowe ramy rowerowe stanowią większość nowej produkcji, a stal zastępuje się jako opcja o najniższych kosztach. Rowery z aluminiową ramą można kupić w każdym domu towarowym. Aluminium żyje również na najwyższym poziomie w profesjonalnym peletonie, a Specialized Allez Jonny'ego Browna wygrywa Mistrzostwa USA w drogach 2018.
Właściwości materiału
Większość metali konstrukcyjnych ma podobny stosunek wytrzymałości maksymalnej do masy. Wynika to z fizyki wiązań metalicznych. Stopy aluminium mają tę samą krzywą co stale i stopy tytanu, ale mają mniejszą gęstość i wytrzymałość na jednostkę objętości. Ma to pewne implikacje:
Aluminium nie jest bardzo dobre do zastosowań o wysokiej wytrzymałości, w których rozmiar jest ograniczony. Aluminium nigdy nie będzie bardzo dobre dla śrub, śrub lub nitów, ponieważ będzie to ułamek wytrzymałości stali.
Jednak w przypadku rur rowerowych sprawa jest odwrotna. Rury o dużej średnicy i cienkich ściankach są lżejsze dla tej samej sztywności. Wynika to z tego, że sztywność (moment bezwładności) rury pod skrętem skaluje się z sześcianem o promieniu, zachowując ten sam całkowity materiał. Jednak wystarczająco cienkie rurki są podatne na lokalne wyboczenie skorupy. Efekt ten ogranicza cienkość, z jaką można wykonać rury stalowe. Ponieważ aluminium jest znacznie mniej gęste, tę samą masę można przekształcić w rurkę o większej średnicy i grubości ścianki, a zatem sztywniejszą. Alternatywnie równie sztywna rama może być lżejsza niż stal. Większość aluminiowych ram ma dziś znacznie szersze rury niż rowery stalowe, ale te rury są w rzeczywistości mniej szerokie niż teoretyczne optimum. Poczyniono pewien kompromis w celu przeciwstawienia się obciążeniom manipulacyjnym i poprawienia aerodynamiki.
Aluminium samo pasywuje się w powietrzu, co oznacza, że utleniony metal chroni metal leżący pod spodem przed korozją. Oznacza to, że aluminium nie rdzewieje w słodkiej wodzie lub powietrzu. Jednak aluminium jest podatne na korozję wżerową dzięki rozwiązaniom, które atakują film pasywujący, w tym słoną wodę. Jest to problem w środowiskach morskich i podczas zimy, gdy drogi są solone, i powinieneś pokryć wszelkie odsłonięte aluminium.
Stopy aluminium topią się w temperaturze około 600 ° C i są stosunkowo łatwe do odlewania. Jednak aplikacje o wysokiej wytrzymałości preferują kute aluminium, ponieważ może to wyrównać ziarna w odpowiednim kierunku. Aluminium jest również o wiele łatwiejsze w obróbce niż stal lub tytan i nie twardnieje znacząco pod wpływem ciepła. Wiele wysokiej jakości nowoczesnych ram aluminiowych powstaje w procesie hydroformowania, w którym woda o bardzo wysokim ciśnieniu wtłacza rury aluminiowe w formę żeńską. Proces ten pozwala na znaczną swobodę projektowania, a rury aluminiowe mogą być bardziej swobodne niż stal, choć w mniejszym stopniu niż węgiel.
Często mówi się, że stopy aluminium nie mają granicy zmęczenia. Oznacza to, że przy wystarczająco wysokiej liczbie cykli każde obciążenie ostatecznie spowoduje awarię. Dlatego można stwierdzić, że ramy aluminiowe mają ograniczony okres użytkowania. Jest to w przeciwieństwie do materiałów takich jak stal, które mają (praktycznie) nieograniczony limit cyklu przy obciążeniach poniżej granicy zmęczenia. Nie jest to do końca prawdą, a stopy aluminium mają określone wytrzymałości zmęczeniowe w najwyższych zakresach liczby cykli. Jednak wytrzymałość zmęczeniowa aluminium jest mniej precyzyjnie określona niż dla stali, ponieważ jej wykres zmęczenia nie zmienia się gwałtownie w żadnym punkcie. Z mojego doświadczenia wynika, że dobrze zaprojektowane aluminiowe ramy wytrzymają dłużej niż większość ludzi je utrzymuje. Mój dzienny kierowca ma dwadzieścia lat. Większość ludzi (choć może nie czytelnik) nie posiada tak długiego roweru.
6061T6 jest najpopularniejszym gatunkiem stopu aluminium stosowanym w rowerach. Jest szeroko dostępny, umiarkowanie mocny i łatwy do spawania metodą TIG. 7075 jest około dwa razy mocniejszy, ale nie może być spawany i jest podatny na mikropęknięcia. Wielu producentów rowerów ma własne nazwy handlowe używanych przez siebie stopów, które mogą, ale nie muszą być takie same jak powyżej. Istnieje wiele egzotycznych stopów z pierwiastkami takimi jak magnez i skandynaw.
Al 6061T6
Al 7075T6
Dla porównania:
4130 Chromoly
Ti6Al4V
Toray T700S Carbon Fibre (UD)
źródło
Reynolds Steel
ta odpowiedź wymaga uzupełnienia, to tylko notatki w tym miejscu
Rurki cieniowane Reynolds zostały po raz pierwszy opatentowane w 1897 roku.
Istnieje wiele różnych gatunków stali Reynolds. Najbardziej znanym jest 531 (wymawiane „pięć, trzy, jeden”), który został po raz pierwszy wyprodukowany w 1935 r., Ale nie jest już dostępny poza Nowym Starym Magazynem lub na specjalne zamówienie. Tę stal zastosowano również w podwoziach samochodów Jaguar XKE i pomógł w 27 zwycięstwach w Tour de France. Zamiennikami są 520 i 525, które są podobne do 531, ale można je również spawać.
wymienić niektóre inne kody oraz ich znaczenie i zastosowania 753 (wymagana certyfikacja przez Reynolds), 953, 725, 631, 853, 525.
wyjaśnij, że liczby 531 pochodzą od składu. Pięć części manganu, trzy części węgla i jedna część molibdenu.
Zalety
Niedogodności
Bibliografia
http://bikeretrogrouch.blogspot.co.nz/2013/12/reynolds-tubing.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_Cycle_Technology#Tubing_types Duża lista kodów przewodów tutaj.
źródło