【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 說(shuō)，具有足夠的輕量與剛性。鋁合金是純鋁中加入Mg，zn，si，cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，加入其他金屬后顯著提高了機(jī)械性能。●鋁合金車架的優(yōu)點(diǎn)(1)可以制作重量輕的車架鋁的比重輕但不夠硬，為了增強(qiáng)強(qiáng)度把它制成合金并施予熱處理。熱處理采用時(shí)效析出增強(qiáng)法，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在金屬內(nèi)形成一種妨礙金屬變形的物質(zhì)。在某種高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)引起時(shí)效析出，若沒(méi)有經(jīng)過(guò)這個(gè)程序的車架，也會(huì)引起常溫時(shí)效。就是說(shuō)把車架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。有7075標(biāo)志的自行車零件(如XTR曲柄等)，嚴(yán)格來(lái)講沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理。也就是說(shuō)因沒(méi)有時(shí)效，因此是常溫時(shí)效。7075合金本來(lái)就必要進(jìn)行熱處理，通過(guò)熱處理其強(qiáng)度可以增加5倍。 (2)長(zhǎng)時(shí)問(wèn)使用外觀不怎么變化鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒(méi)有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。為什么不生銹昵?原因是該氧化膜達(dá)到一定的程度時(shí)防止繼續(xù)生銹。該氧化膜幾乎是無(wú)色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化(有時(shí)會(huì)發(fā)白)?！皲X合金車架的缺點(diǎn)(1)鋁是彈性率及剛性低的材料。因此采用粗的管道，或者改變形狀如cross—over管、padded管等。(2)需要進(jìn)行熱處理必需進(jìn)行熱處理，否則強(qiáng)度不夠。因此一般的規(guī)模不大的工廠無(wú)能力購(gòu)買熱處理設(shè)備。尤其是6000系的鋁合金管，多數(shù)情況是管道廠家指定熱處理?xiàng)l件。3. 鈦、鈦合金(Ti，Ti—A—V)美國(guó)在60年代首次使用鈦合金來(lái)制作白行車車架。鈦合金給人的印象是輕而硬。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長(zhǎng)距離賽車，也不是適用于所有的比賽，只適合用在山岳，或者Big reces，Time traial等需要輕型車的特定的場(chǎng)合。鈦金屬給一些人錯(cuò)覺(jué)，貴而稀有，實(shí)際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，價(jià)格才較貴?！疋伜辖疖嚰艿膬?yōu)點(diǎn)(1)可以制作輕量而強(qiáng)度大的車架純鈦金屬的強(qiáng)度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高(和鋁比較)，也有利于設(shè)計(jì)。(2)不生銹：鈦在一般的環(huán)境下幾乎不會(huì)被腐蝕。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在一起時(shí)，成為電極狀態(tài)，電位差使局部通電引起腐蝕。對(duì)此現(xiàn)象采取的措施是用脂膏等來(lái)絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失后也用來(lái)防止緊密接觸。這種金屬粉末有導(dǎo)電性也不要緊，接觸后被較小的荷重破壞掉。這種現(xiàn)象稱為『粘住』，它和『烘焙』是不同的。『粘住、咬合』：金屬之間通過(guò)腐蝕來(lái)接合的現(xiàn)象?！汉姹航雍稀唬杭庸そ饘贂r(shí)所產(chǎn)生的熱量來(lái)溶融接合?！疋伜辖疖嚰艿娜秉c(diǎn)價(jià)格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過(guò)程復(fù)雜，技術(shù)要求高，并花時(shí)間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因?yàn)殁伜脱醯挠H和力極強(qiáng)，和空氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強(qiáng)度會(huì)不斷下降。因此用惰性氣體小心焊接。通常所說(shuō)的Tig焊接是：(Tig：鎢、惰性氣體的略語(yǔ))用鎢電極及氬氣體進(jìn)行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。由于以上原因鈦車架價(jià)格很貴。近來(lái)有些鋁合金車架比鈦合金車架價(jià)格貴，這說(shuō)明鈦合金車架的價(jià)格下降了。其因是冷戰(zhàn)結(jié)束后軍費(fèi)縮小，鈦的用量少了；優(yōu)秀的技術(shù)員開(kāi)始用鈦來(lái)制作車架：制作鈦車架的成本降低等原因。4. 碳纖維(CERP)碳纖維車架的特征是輕、不彎曲、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來(lái)不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。自行車廠家考慮到成本問(wèn)題，不大可能使用高等級(jí)的碳纖維來(lái)制作車架。圖32 COLNAGO牌的碳纖維車架碳纖維是把碳纖維用樹(shù)脂凝固成形的東西。(如圖32)非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強(qiáng)但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來(lái)解決缺點(diǎn)。但成本太高。圖32 碳纖維車架●碳纖維車架的優(yōu)點(diǎn)(1)可以制作重量輕的車架碳纖維車架是把碳纖維對(duì)著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B而得到強(qiáng)度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成的。捷安特的碳纖維車架非常輕。(2)沖擊吸收性好碳纖維用來(lái)制作殘疾者運(yùn)動(dòng)時(shí)用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。利用它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個(gè)廠家之間的品質(zhì)差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎后才能知道好或者不好?！裉祭w維車架的缺點(diǎn)(1)復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算構(gòu)成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度強(qiáng)，但剪斷強(qiáng)度弱，加工時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計(jì)算把碳纖維片重疊成型。加工技術(shù)各廠家各異，應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)可靠廠家的是很重要的。 (2)老化使用樹(shù)脂因此會(huì)不會(huì)老化? 這是一個(gè)存在的課題，它放置在陽(yáng)光下時(shí)會(huì)逐漸變白。當(dāng)然這種現(xiàn)象關(guān)系到廠家的技術(shù)。最好不要放置在陽(yáng)光下。5. 鎂合金鎂的比重很輕()，約鐵的1/5，鈦的2/5，鋁的2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領(lǐng)域里，如照相器及電腦的外框、車輛的車圈等配件。通過(guò)合金化耐腐蝕性也得到進(jìn)一步提高?！矜V合金車架的優(yōu)點(diǎn)(1)可以制造重量輕的車架它比鋁密度低，可以制造輕的車架。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢圓化等方法來(lái)解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來(lái)可能會(huì)被鎂合金取代? 鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今后仍然會(huì)活躍下去。(2)加工性好鎂制車架加工不會(huì)差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過(guò)合金元素來(lái)回避的話，剪斷、溶接性可能不會(huì)差。和鈦比較起來(lái)加工性好?！矜V合金車架的缺點(diǎn)生產(chǎn)鎂車架的廠商都說(shuō)耐腐蝕性好。但是這方面的資料當(dāng)前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難于判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯(cuò)了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬(鋁、鋅、錳等)制成合金來(lái)使用，制成的鎂合金強(qiáng)度、機(jī)械性能都得到提高。有些人曾經(jīng)使用過(guò)鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說(shuō)：雖然用了很久，但是很好，不會(huì)象鋁般發(fā)白。 材料的選擇已經(jīng)介紹了幾種自行車材料，總地來(lái)說(shuō)，騎感好的是鉻鉬鋼制的、要輕的是鋁制的，沖擊吸收性最好的是碳纖維。鈦合金制的上述各種性能都不是最好的，但是為什么對(duì)它感興趣呢? 因?yàn)樗怯星巴镜慕饘佟?．鉻鉬鋼已經(jīng)使用了很久，對(duì)它的研究也最多，除非有什么突破，鉻鉬鋼的前途可想而知的了。使用適正厚度的管道時(shí)重量是會(huì)增加，但是不容易引起金屬疲勞，這種車能帶給車手極佳的騎感。單純地追求薄壁的管道的現(xiàn)在，鉻鉬鋼應(yīng)該走自己的道路，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，否則很可能被其他材料淘汰。2．白行車用鋁管，當(dāng)前的設(shè)計(jì)方針很危險(xiǎn)，鋁是沒(méi)有疲勞極限，為了降低應(yīng)力應(yīng)該增加厚度。但是為了單純地謀求薄壁，使用強(qiáng)勒的新合金來(lái)制作車架。從外觀來(lái)看這些制品使人引起很不錯(cuò)的錯(cuò)覺(jué)，但是疲勞壽命將是如何呢? 鋁管的薄壁程度已經(jīng)到了極限，不可能再薄下去。結(jié)果它的命運(yùn)將和鉻鉬鋼一樣。今后鋁制自行車向那一個(gè)方向發(fā)展吶? 我認(rèn)為可能會(huì)成為比賽專用自行車的素材。若用鋁制自行車來(lái)練習(xí)，一定會(huì)感覺(jué)到性能的降低顯著。3．碳纖維制自行車是有前途的，通過(guò)應(yīng)力計(jì)算會(huì)找到最適合的加工條件。另外是信心問(wèn)題。當(dāng)前尚存在各種問(wèn)題。4．鈦管還有發(fā)展的余地，強(qiáng)度可能會(huì)超過(guò)鉻鉬鋼，鈦必定會(huì)奪去鋁的“輕量王”的寶座。另外，鈦不需要涂漆，可減少這部分的重量(20～409)。綜合種種因素，考慮到設(shè)計(jì)初衷的理念：娛樂(lè)、休閑、時(shí)尚、旅游、便攜，結(jié)合材料的特性，選擇鈦鎂合金材料作為其主要構(gòu)件材料。 結(jié)構(gòu)因素本次自行車設(shè)計(jì)運(yùn)用圓形形態(tài)組合原則，受到“新鋒銳”(New Edge)理論及圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的啟發(fā)，其整體構(gòu)架由平面倒角板材(車身部位)與直線金屬管材(自行車車頭碗組、座桿等部件)以及塑料、橡膠部件(自行車坐墊、車把手、腳踏板)(如圖33)；車架分為前部和后部，前部為轉(zhuǎn)向部分，以簡(jiǎn)潔的弧線為貫穿，后部為驅(qū)動(dòng)部分，由于后部的特性——受力較大，則對(duì)后半部分進(jìn)行加固；其傳動(dòng)方式仍然保留原有的鏈條式傳動(dòng)，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。為貫穿，其傳動(dòng)方式仍然保留原有的鏈條式傳動(dòng)，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。就整車結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，以點(diǎn)、線、面