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authicon291578 发表于 2010-7-21 10:27:10 |显示全部楼层
本帖最后由 漂移 于 2010-7-21 10:32 编辑

此内容是一位海外的自行车运动爱好者于2000年所写的内容的摘要)。
一、 材料的常用知识
1. 应力以及变形
(1)应力的定义=σ=负荷/断面积 (即:单位面积上所能承受的重量)
虽然负荷大,但是可以增加厚度来降低断面积上的应力。从这里也可知为什么铬钼钢、铝、钛管的厚度不同。
(2)受应力之后,用于车架的材料会变形。其变形可分为弹性变形和塑性变形。
弹性变形:虽然变形,但是除去应力后恢复原状。
塑性变形:变形后除去应力也无法恢复原状。
(3)弹性率:弹性率所指的是像弹簧一样变形的材料的低抗程度。弹性率高的材料硬,承受负荷后变形也少;弹性率低的材料较软,承受负荷后变形较多。作为自行车的材料,有些部位需要变形多些,有些部位需要变形少些。
弹性率以杨氏弹性模量(GNm2)来表示。数据越大弹性率越高。
铬钼钢 (低合金钢) 200-207
铝合金 69-79
钛 116
钛合金 80-130
碳纤 70-200
镁合金 41-45
从上表可知铬钼钢的弹性率最高,镁合金的弹性率最低。弹性率将决定材料刚性的强弱,对自行车来说该数据是很重要的。
2. 屈服强度、拉伸强度(MPa,N/mm2)
屈服强度:是弹性变形的极限也叫屈服点。增加应力到一定程度时成为塑性变形,也就是变弯了。
拉伸强度:指的是增加应力到一定程度时不单是成为塑性变形,还被拉断。
用在自行车上的材料 拉伸强度
SCM415 (铬钼钢) 834以上
6061(6000系铝合金) 无热处理的场合 100以上
有热处理的场合(T6) 246以上
7005(7000系铝合金) 有热处理的场合(T6) 345以上
7075 (特超硬铝,飞机合金) 无热处理的场合 230以上
有热处理的场合(T6) 597以上
CPTi (纯钛) 有热处理的场合(T6)
用的较多的纯钛为如下:PTT800 800、Grade4 588~753、UTT75 753 597以上
3-2.5Ti(3\\\%Al-2.5V Ti合金) 685以上
6-4Ti(6\\\%Al-4V Ti合金) 有热处理的场合(时效) 1160
无热处理的场合 980
3. 密度
密度是单位体积的重量。密度是决定车架的重量时重要因素之一。设计轻的车架时不可勿视的数据。但是密度小不等于车架轻。
用在自行车上的材料 密度(g/cm3)
铬钼钢(低合金钢) 7.9
铝合金 2.6-2.9
钛 4.5
钛合金 4.3-5.1
碳纤 (CFRP) 1.5-1.6
镁合金 1.7
从上表可知铬钼钢密度最高,镁合金最低。密度低的话,可以制作轻车架,假若这样认为的话只讲对了一半。还要考虑拉伸强度、弹性率等因素。虽然密度低,但是强度不够的话也不行,密度低1/3不等于重量也轻1/3。
4. 增强材料
重排:所指的是在金属结晶中会产生的移动现象(原子间存在间隙,使结晶移来移去)。发生重排现象时金属会变形。强化材料也就是想办法制造出不要发生重排现象的结构。在此介绍4种强化材料的方法。固溶体强化、析出强化、通过硬化加工来增强、结晶体的微细化来增强。
4.1 固溶体强化
在铁等母体材料中熔入铬、钼等,使母体材料变成不同半径的结晶构造。此时的原子称为固溶体。在此举个例来说明这种现象。比母体的原子半径小的原子进来时发生的现象。
「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐,此时进来了小孩,为了防止小孩被挤坏,汉子们开始靠向四周」。
比母体的原子半径大的原子进来时:
「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐,其中有一个人下了电梯,但是又进来了肥胖的大娘,此时汉子们又开始靠向四周」。如上述现象在结晶体四周发生了应力,使得重排现象变小了。利用这个方法的是铬钼钢。
4.2 析出强化
当前,自行车材料中的铝合金制品普遍受到欢迎。增强铝的方法将在铝项目中记述,在此只讲强化的原理。固溶在金属中的添加物,会产生饱和状态(不完全溶解),添加的量超过饱和状态时,因未能完全溶解而析出。
具体地说,提高温度时饱和量也增加,完全溶解的瞬间开始慢慢冷却时,能析出大的结晶。用食盐来做实验会看到这个现象,食盐的场合,急速冷却时析出细小的盐结晶,但是金属一般不会析出,若冷却速度快时,不会析出而强迫使它固溶。
对处于此状态下的金属,逐渐提高它的温度时慢慢析出。在此需要注意的是过于析出不可,析出不够也不行,温度过高、过低也不可以,该温度叫作热处理温度(也称作人工时效处理)。最理想的是析出的结晶细而均一,从而阻止重排,材料不容易变形。举个例子:「走在森林里,若大树较多时容易走路(大的析出物),密密麻麻小树多的话不容易走(细小的析出物)」,和这个道理一样细小的析出物较难重排。
4.3 硬度加工来增强的方法
对材料进行加工就产生重排现象,也就产生材料的变形。各种材料的重排现象是极为复杂,不在此记述,简单地说:重排后不是整齐地排队,而复杂地啮在一起的话,材料的变形就困难了。如马路上走路时,走路的人不断增加(重排的增殖),就难于前进(重排移动变得困难,从而不容易变形)。利用此方法的有管道拉拔和喷丸硬化(SHOT PEENING)。
4.4 结晶体的微细化来增强:
结晶在高温下完全溶解后,急冷时得到微细的组织。这个过程叫作淬火。结晶变微细后,重排移动的连续性就难于保持,结果材料得到了增强。(比方:人能活动的范围变小了)。
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authicon291580 发表于 2010-7-21 10:29:38 |显示全部楼层
二、 铬钼钢 (Fe-Cr-Mo)
在自行车的100年历史当中,铁素材是刚性与重量方面都均衡的理想素材。铁制车架的最大特征是可在各种成份,各种粗细厚薄的铁管中,任意选择所需要的铁管进行加快。因此可以选择最适合于的尺寸、刚性、骑感的车架,这对于数毫米的差异也敏感的老车手来说是很有好处的。它的最大的缺点是比起其它的素材重(过去)。但是最近的铁素材车架经过热处理,把薄的管道做成粗的管来使用,其重量不会输给轻的合金。
1. 铬钼钢是铬、钼的合金。它的性能如下:
1.1 淬火性好。
1.2 对回火处理的抵抗性大。
1.3 回火脆性倾向少。
1.4 高温加工性好,加工后美观。
1.5 熔接性好。
2. 铬钼钢车架的优点
2.1 加工性好
铬钼钢的车架是历史最久的车架,因此对它的研究时间也最长。现在能做到车架所需强度的极薄的管道。
2.2 冲击的吸收性能好
骑感极好,如(像弹簧般的骑感)。构成车架的铬钼钢管道有优异的吸收冲击的性能。
2.3 焊接容易
铬钼钢比起钛、铝焊接容易。可以设计成名种形状。另外,焊接后也不需要热处理,因此不需要大型的热处理设备,成本低。
2.4 价格便宜
虽然有些高挡次的铬钼钢车架价格贵,但一般价格便宜。也可以说,用便宜的价格买到高挡次的车架。
3. 铬钼钢车架的缺点
3.1 容易生锈
车架用的铬钼钢含有铬,但是添加量少(不锈钢含有12\\\%的铬)的铁系合金。若没有施有表面处理的话,有伤口时容易生锈。但是一般都有进行防锈加工。自行车的场合,管道的肉压薄,生锈后的影响将会非常大。生锈→肉压减少→强度下降(应力集中)。
3.2 金属的疲劳显著(应力集中引起的金属疲劳)
若使用肉薄的铬钼钢车架时需要注意!当然金属疲劳这个现象任何金属都会产生包括铝等在内。金属疲劳现象简单地说:金属虽然具有防止塑性变形的小小的力量,但是反复施加应力时,金属可能被破坏(被称为微细的应力集中)。飞机出事时,有时候也是某部分的金属疲劳引起。对自行车来说,由于金属疲劳的原故,可能出现强度不能保持。例如,进行DH时产生的冲击缩短了自行车的寿命。若感觉到踩踏时不那么顺利前进时很有可能是金属已发生疲劳。
焊接部位,如从管道侧(母体)到溶融的部位(溶接部),结晶的特性都会显著变化。为使这些组织均一化,本来应该再次结晶化(详细内容后述)。但是车架加工厂不一定有这种大型炉,另一方面,这种加工使已经冷却过的再次硬化,使得变增强的管道的强度降低。
由于存在上述原因,焊接时采用各种方法来加工。如利用低温焊接等方法制造车架。不管是任何优秀的焊接,,焊接部位(1000°C以上)和另管道侧(室温)之间的温度差,冷却时收缩而发生残留应力。该部位受到应力集中时,可能会产生裂缝。结果自行车骑的时间长时可能会引起金属疲劳,微观的硬化加工也使冲击的吸收性也变得差。
三、 铝合金 (Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg-(Cu))
1. 铝材料概述
很久以前就有用铝合金制作的车架。轻而价格低是它的优点。但是从“轻”来说,当前与铁素材比较相差并不大。老车手对它的反应是“虽轻但易弯曲”。虽然经过多次改进,但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架,为了提高杨氏弹性模量,加大管道外径,使用扁平管,或者对铝管进行热处理等,制造出轻而有刚性的车架,这种最新的铝合金车架对车手来说,具有足够的轻量与刚性。
铝合金是纯铝中加入Mg,Zn,Si,Cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点,加入其他金属后显著提高了机械性能。自行车所使用的铝合金多数为6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)两种,经过热处理(铝耐高温,在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。
6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的机械强度。
7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料),但是它的焊接难度大,耐腐蚀性差(会发白)等。
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authicon291584 发表于 2010-7-21 10:30:20 |显示全部楼层
2. 铝合金车架的优点
2.1 可以制作重量轻的车架
铝的比重轻但不够硬,为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法,简单地说,在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时,会引起时效析出,若没有经过这个程序的车架,也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。
许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。
有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等),严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效,因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理,通过热处理其强度可以增加5倍。
另外,7005合金也常用来制造车架,它的强度比不上7075,但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低,因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。
3. 长时间使用外观不怎么变化
铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。
另一方面,骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架,到底长时间使用后强度变化将是如何呢!Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道,这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的数据,能提高140\\\%。,KET处理是:疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因,因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。
4. 铝合金车架的缺点
4.1 铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道,或者改变形状如cross-over管、padded管等。
4.2 必需进行热处理,否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管,多数情况是管道厂家指定热处理条件。

四、 钛、钛合金(Ti,Ti-Al-V)
1. 概述
美国在60年代首次使用钛合金来制作自行车车架。钛合金给人的印象是“轻而硬”。早期的钛合金车架,作为比赛用车,刚性不足,其车架不适合于长距离赛车,也不是适用于所有的比赛,只适合用在山地,或者Big reces, Time traial等需要轻型车的特定的场合。开始时钛合金使一些人着迷,曾经有些热中于轻量化的骑手,把所有的螺丝都换成钛合金制的才满意。钛金属给一些人错觉,贵而稀有,实际上钛是地球上埋藏量丰富的元素之一。只是由于合金的制作成本高,价格才较贵。
金属钛比重轻、强度大,同时耐腐蚀性高的材料,一般用在特殊的环境里。在金属钛里添加铝、钒(Li.V)时强度显著提高,热处理也和铝合金一样通过时效处理可以提高强度。
2. 钛合金的机械性能
合金名称 区分 拉伸强度(MPa) 耐力(Mpa) 伸长(%) E(GPa)
纯钛 JIS 3种 480~620 345 18 105
Grade 4 550 480 15
PTT800 800
UTT75 750
3-2.5Ti 退火 685 590 20 ─
6-4Ti 退火 980 920 14 110
时效处理 1160 1100 10

3. 钛合金车架的优点
3.1 可以制作轻量而强度大的车架
纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒,弹性更高(和铝比较),也有利于设计。
3.2 .不生锈
钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。例如,不同种类的合金接合在一起时,成为电极状态,电位差使局部通电引起腐蚀。对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏,如商品名:Ti Plepu等)。这种金属粉末防止脂膏流失,即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧,接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为“粘住”,它和“烘焙”是不同的。
“粘住、咬合”:金属之间通过腐蚀来接合的现象。
“烘焙接合”:加工金属时所产生的热量来溶融接合。
3.3 骑感好
钛也用在避震器的弹簧上。现在用钛制成的车架适合于长时间的骑行。有些车手酷爱钛制车架,认为骑感极佳。但是个人各异,有人和铬钼钢比较后认为,铬钼钢的车架冲击吸收性比钛车架好,骑感也比钛车架好(这和铬钼钢车架的形状以及用薄的管的结果应力得到增大也有关)。假若钛管的加工技术得到进一步改进,也许会有和铬钼钢同样的骑感。
有些钛制车架使人感到摇摆,这也许是使用plane管(没有加padded的,厚薄不能变化的管)有关。或者虽使用高强度的钛合金,但没有用薄的管等也有关系。
4. 钛合金车架的缺点
4.1 价格高
钛在自然界以二氧化钛的形态存在,提练及加工过程复杂,技术要求高,并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难,因为钛和氧的亲和力极强,和空气接触后马上变成二氧化钛,而二氧化钛硬而脆,该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是:(Tig:钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛车架价格很贵。
近来有些铝合金车架比钛合金车架价格贵,这说明钛合金车架的价格下降了。其因是冷战结束后军费缩小,钛的用量少了;优秀的技术员开始用钛来制作车架;制作钛车架的成本降低等原因。
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authicon291585 发表于 2010-7-21 10:30:46 |显示全部楼层
五、 碳纤维 (CERP)
1. 概述
碳纤维车架的特征是“轻、不弯曲、冲击吸收性好”,但是,充分发挥碳纤维的优异性能,在技术上看起来不是那么容易,各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题,不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题,但是碳纤维车架还是具有其它素材所没有的优点,可以制造8、9kg左右的轻量自行车,这种碳纤维轻量自行车,登坡时最能体现其优点,登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架,登坡时感到有一种向后拉的力量。
碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻,但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断),因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。(右图)COLNAGO牌的碳纤维车架,2万多元)
2. 碳纤维车架的优点
2.1 可以制作重量轻的车架
碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻,这是它的密度和强的拉伸强度构成的。
捷安特的碳纤维车架非常轻,2000年的型号1.2kg重
2.2 冲击吸收性好
碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿,或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能,制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大,有的很硬,因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。
2.3 可以制造各种形状的车架
碳纤维的基本成型方法是,在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。如TREK的Y车架是著名的。
3. 碳纤维车架的缺点
3.1 复杂的应力计算
构成碳纤维车架的是碳纤维,它的特点是拉伸强度强,但剪断强度弱,加工时需要进行复杂的应力拓扑纵刚性、横刚性),根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异,应选择有经验而可靠厂家的制品是很重要的。
3.2 难于更改尺寸
由于作好模具后成型,难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。
3.3 老化?
使用树脂因此会不会老化?这是一个存在的课题,它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。


六、 金属为基体的混合物(M2,MMC)
1. 概述
金属为基体的混合物是在铝素材中混入陶瓷粉末或者纤维等物体,使它析出增强,制造出强度大的材料。它的强度比铝合金强许多,是一个新的素材。有的混入氧化铝粉末。M4指的是再多加入两种合金,用这种材料制成的车架冲击吸收性更好。
2. 金属为基体的混合物车架的优点
2.1 可以制作重量轻的车架
它和铝合金比较,拉伸强度大,极薄的管也能保持强度,因此车架很轻。这种轻是有刚性的轻。
2.2 刚性高
如SPECIALIZD的M2车架使人感到很结实,管的直径也大,刚性也好。
3. 金属为基体的混合物车架的缺点
3.1 焊接
关于这方面的资料很少,看实物焊珠部分正常,但是GUSSET就年年大型化。补强的目的是什么?尚未清楚。陶瓷粉末在铝母体中均衡地存在,进行焊接时陶瓷粉末能否均衡分散是个非常困难的事,能获得何等程度的机械强度是大家所关心的事,总之,由GUSSET补强已达到相当的水平。
4. 冲击吸收性差
关于这一点很多人有同样的感觉,前部有避震器因此个人的感觉会有差异,但是后部非常明显,冲击力太大,会腰痛的。该材料的车架不适合于长途骑行。但是在时间短的比赛中能发挥威力。

七、 镁合金

1. 概述
镁的比重很轻(1.74),约铁的1/5,钛的2/5,铝的2/3。它是不容易腐蚀的活性金属。它广泛用在各种领域里,如照相器及电脑的外框、车辆的车圈等配件。通过合金化耐腐蚀性也得到进一步提高。
2. 镁合金车架的优点
2.1 可以制造重量轻的车架
它比铝密度低,可以制造轻的车架。杨氏弹性模量稍微低些,但是可以用加粗管直径及椭园化等方法来解决。使用铝合金的目的仅仅是为了减轻重量,将来可能会被镁合金取代?钛和镁的研究课题稍不同,这两种金属今后仍然会活跃下去。
2.2 加工性好
镁制车架加工不会差。切粉的燃烧、爆炸等能够通过合金元素来回避的话,剪断、溶接性可能不会差。和钛比较起来加工性好。
3. 镁合金车架的缺点
3.1 耐腐蚀性如何?
生产镁车架的厂商都说耐腐蚀性好。但是这方面的资料当前还很少,耐腐蚀性好到何种程度难于判断。镁是剧烈氧化的金属,不小心操作错了很容易爆炸,纯镁一般不能使用,添加其他金属(铝、锌、锰等)制成合金来使用,制成的镁合金强度、机械性能都得到提高。有些人曾经使用过镁合金制用具,如摩托车的曲柄套等、他们说:「虽然用了很久,但是很好,不会象铝般发白。
3.2 镁的杨氏弹性模量(决定刚性的因素)比铝低许多,要增加其刚性管的直径要大,这可能会影响对空气的阻抗?。
3.3 成本如何?镁已经用在笔记本电脑的框体上,用它来制作车架成本将是如何?现在尚未知。
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九、 材料和环境
1. 腐蚀
腐蚀是金属和环境之间科学地相作用的结果改变了金属的性质,金属与环境,或者构成它们的一部分实用体系机能受到了损伤。简单地说金属表面变质了。对自行车来说金属表面受损伤时会引起生锈,其中铬钼钢车架最为明显。腐蚀自行车的最大原因是下雨,尤其是酸雨的腐蚀性最励害。
2. 铬钼钢和环境的关系
涂漆加工粗糙以及没有防锈加工的车架,铬钼钢管表面和涂漆之间开始腐蚀,涂漆部分彭胀起来,或者局部受到腐蚀。若发现自行车受伤,建议把受伤部位擦干净并用锤刀搞平伤口,防锈加工后涂漆。总之伤口是腐蚀的最大原因。
另外,发生应力多的部位也容易生锈,如焊接周围,弯曲部位等。廉价的自行车,焊接后没有热处理(消除应力退火)就出货,这种自行车若发生生锈,局部或整体不断地腐蚀下去。
3. 铝和环境的关系
铝从外观上看起来是相当耐腐蚀的材料。尤其是经过铝表面钝化处理的强度更大。这种处理是除了美化表面外,在铝的表面形成的多孔质地Υ-A1203(氧化铝),用滚水或蒸气处理,封住其孔(如禧码诺XT.XTR)。氧化铝非常耐腐蚀,不被一般的酸溶解(如盐酸、硝酸等),只能溶在氟酸等强酸。它也使用在研磨剂里,不可见它的耐腐蚀性极强。

4. 碳纤维和环境的关系
碳纤维含有树脂因此也可以说耐酸。但是对碳纤维来说应多考虑内在因素,它用树脂因此树脂老化的可能性是存在的。碳纤维制自行车不使用时应该避开阳光,日光和环境的温度对它的影响最大。
5. 钛和环境的关系
耐腐蚀性极佳(被使用在和原子能有关的部门),不怕雨水、不怕受伤、沾上水滴也不用抹干净。用这种材料制作自行车实在浪费??但是钛也有缺点如前述(异种金属腐蚀),如铝制配件和钛制配件接合在一起时逐渐被腐蚀掉。
除了钛之外,其他金属之间也会发生异种金属腐蚀,尤其是坐管部位,例如,把铝制坐管和铬钼钢车架接合在一起而不管它时,接触面变成褐色,甚至于无法把它们解脱下来。

十、 金属的疲劳度

1. 自行车和疲劳
制作自行车车架的材料有铬钼钢、铝、钛、碳纤等。其中用最薄的管来制作的是铬钼钢车架。它的加工性好,材料便宜,骑感好,但它必需制成薄壁管,这种薄壁的管会有较高的拉伸强度和加工性。
铬钼钢的强度较容易逐渐减弱,也就是较容易疲劳的现象表现在如下:
1.1 同样的冲击力加在各种材料上,铬钼钢薄管所发生的应力最大(容易发生疲劳而引起的破坏)。
1.2 对铬钼钢的研究的历史较长,最大限制地利用它的特性制成极薄壁的管,应力虽然发生的各个局部部位,但是对整个管来说会发生较高的应力。
1.3 由生锈引起的全面腐蚀将会引起管壁的变化,结果这个现象又提高了应力,引起疲劳破坏。
1.4 应力集中在局部而生锈、或者外伤引起的凹处,从该处引起疲劳破坏。
1.5 参加比赛时产生的冲击,使车架发生较高的应力,使用的次数越多,疲劳破坏也逐渐增多。
以上主要是针对铬钼钢,但是近来铝合金制的车架发展迅速,有许多用薄壁的铝管制作的车架,它们是否上述的铬钼钢制车架一样,发生疲劳破坏呢?尤其是铝没有耐疲劳限度,很小的应力也必定会产生破坏。其应力越大破坏所需时间越短。现在所出售的极薄壁管的铝制车架,厂家都未明确注明其寿命。
2. 焊接和疲劳
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。
3. 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。
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)。

4. 车架的寿命
4.1 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?
4.2 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。
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authicon291592 发表于 2010-7-21 10:41:20 |显示全部楼层
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authicon291625 发表于 2010-7-21 11:27:25 |显示全部楼层
拜读拜读
在人之上要把人当人,在人之下要把自己当人。没有谁对不起谁,只有谁不懂珍惜谁。

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authicon291889 发表于 2010-7-21 21:47:43 |显示全部楼层

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authicon291890 发表于 2010-7-21 21:47:54 |显示全部楼层

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authicon349416 发表于 2010-12-16 22:03:03 |显示全部楼层
太理论了,得好好研究!
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