主要的骑行感受直接取决于车架的质量和几何形状。低质量的碳纤维车架比高质量的碳纤维车架更容易弯曲;我向你保证,当你以最大速度在弯道下坡时,你绝对能感受到两者之间的区别。
下面我们将看看最能体现车架特征的因素:它的材料。碳纤维、铝、钢和钛(或它们的组合)是最常见的。所用材料提供了一系列不同的特性,可以改变每个车架的成本、舒适性、重量、刚性、强度和耐用性。然而,通常不仅仅是所选材料,还包括如何使用它。
在深入了解每种材料的细节之前,最好先确定选择时要考虑的主要因素。
重量
你的自行车必须足够坚固以承载你和你计划携带的任何额外重量(侧包、各种设备等)。每种材料都有不同的特性,但在重量和强度之间总是存在权衡。事实上,最强的材料也是最重的。有点像那句关于“鱼与熊掌不可兼得”的谚语,你必须接受妥协。另一个需要考虑的方面是轻量化自行车的重要性。如果你追求最大性能,你将不得不考虑这一点。
用途
如果你考虑比赛,轻便但刚性的自行车是理想的。相反,如果你计划长途旅行或需要携带设备的越野冒险,那么坚固性是你的优先事项之一。自行车的设计具有与其预期用途相关的不同特征;为了实现某些特性,必须使用特定的材料。
强度
所有材料都会随着时间的推移而磨损,但有些比其他的磨损得更快。例如,钢如果不加以保养,比铝更容易生锈。碳纤维和钛车架则在时间上具有最佳的耐久性。然而,像碳这样的材料对冲击的抵抗力比钢和铝要差。
预算
当然,选择自行车时最具影响力的因素是预算,从而影响到材料的选择。一般来说,从最贵到最便宜的材料依次是钛、碳、铝和钢。然而,正如往常一样,必须考虑成本和用途之间的权衡。
碳纤维
碳纤维无疑是制造自行车车架的卓越材料。刚性、轻便、可塑性、高应力抵抗力使我们目前生活在所谓的碳纤维时代。虽然有些材料难以加工,但碳纤维易于成型,最能适应设计师的需求。定制形状和材料使用方式的能力使车架具有空气动力学、轻便、刚性但也舒适的特点。
碳纤维在90年代初被制造商引入,在80年代末经过职业自行车手的测试后被选用。该材料因其相对于钢架的轻便性而被选中,从而成为首选。最初,其高成本、所用碳纤维的质量和制造方法阻碍了其快速的大规模分布。如今,碳纤维几乎可以融入自行车的所有组件中。
谈到碳纤维自行车,重要的是要了解最终产品由两个元素组成:碳纤维和起到粘合作用的树脂。单根纤维的厚度可以有很大差异,但总是比一根头发丝要细得多。这些单独的碳纤维被捆绑成“线轴”,编织成类似织物的片材。树脂通常是较弱和较硬的部分,因此目标是确保纤维尽可能靠近。自行车中使用的碳纤维通常是单向的,因此铺设的角度极为重要。事实上,以特定角度铺设会在必要的方向上产生抵抗力和刚性。例如,如果施加在车架上的力与纤维铺设方向相反,它们就会强而有抵抗力;而如果纤维排列的角度无法抵抗施加的力,车架就会弯曲。车架的其他部分或简单的廉价碳纤维车架可能使用编织碳纤维,在所有铺设方向上具有大致相同的特性。
除了所有这些技术细节,重要的是要知道纤维的类型会改变最终产品。纤维可以是强的或刚性的,或两者兼有。因此,当工程师设计车架时,他们必须在自行车需要更多强度的区域使用更强的纤维,例如在头管位置。在那个位置,纤维需要吸收力以防止断裂。车架的其他区域需要更高的刚性,例如五通壳。在那个点,高端车架肯定会使用比低端车架更刚性的纤维。
制造商声称他们的高端车架大约有400张碳纤维片。修改自行车性能将涉及选择合适的碳纤维、用最佳树脂加固、以最佳技术排列并以最佳方式定向的复杂过程。然而,决定车架质量的从来不仅仅是这些因素中的一个,而是必须综合分析。
如果你打算在自行车上骑行数公里,并且是想要参加比赛的竞争者,那么你不能放弃碳纤维自行车。如前所述,碳纤维车架比其他材料的车架更轻、更具空气动力学。这将使你能够在长途爬坡时不携带不必要的过重负担。只有必需品!
碳纤维车架尽管轻便,但也非常坚固和刚性。刚性因此将使你能够最好地将踩踏板的力量转化为速度。最后,碳纤维还确保了良好的骑行舒适性,因为它能够很好地吸收振动。
显然,车架的质量因碳纤维的质量和加工类型而异。高质量的碳纤维车架将保证我们刚才谈到的所有好处,而低质量的车架可能在各个方面都不那么出色。
碳纤维的缺点是某些区域如果受到强烈应力,例如因摔倒而导致的应力,可能会破裂。一旦碳纤维的完整性受到损害,车架可能会变得极其脆弱和危险。在那时,它需要被更换或修复。
简要总结:
优点:高刚性重量比,优异的耐温性和耐腐蚀性,耐久性。
缺点:价格,一旦损坏(开裂)大多数情况下无法修复,生产更复杂。
铝
铝制车架可能是现代自行车行业中最常见的,因为它是一种广泛用于组件的材料。它不是一种非常“密集”的材料,因此可以用于轻质结构,使其非常适合自行车。这些车架的生产成本相对较低,尤其是与碳纤维车架相比,后者的生产时间大约是前者的14倍。
正如我们已经为碳纤维所说,铝有多种形式,并且总是与少量其他金属和矿物结合。无论材料的选择如何,该领域的一些最新发现允许更大程度的车架设计定制,实际改善了骑行质量。不仅可以修改管子的形状,还可以平衡厚度,以根据需要在某些区域获得更高的强度,而在其他区域获得更轻的结构。基本上,管子的中心被削薄以减轻重量,而在焊接处保持更高的强度。
“直径不变”管子在厚度上没有变化,确保整个管子具有均匀的强度(以重量为代价)。“单抽”、“双抽”和“三抽”具有不同的厚度,使车架在管子较厚的地方能够承受更大的强度;因此,在中心没有过多的重量。“单抽”将在一端比管子的其余部分更厚,而“双抽”直观地在两端比中心更厚。“三抽”则在两端有两个厚度级别。“单抽”用于例如座管夹,“双抽”用于五通区域和头管。由于厚度调节需要更多的加工时间,较便宜的车架不会使用这种技术,因此将是“直径不变”的。
铝管也可以通过一种称为“液压成型”的工艺成型;一种使用模具和流体成型金属的方法。铝管被放置在一个精确形状的模具中,高压喷射使铝管呈现出所需的形状。这种技术通常用于优化管子的形状,以便它们获得更多的刚性,而无需额外的材料进行加固。
修改车架的设计可以帮助实现轻便、坚固和舒适的自行车。铝允许低密度,并且在相同厚度下,其强度不如钢,但更轻且更耐腐蚀。
缺点是,铝的耐久性比碳纤维差。如果结构合理并妥善维护,铝也可以使用一生。
如果你正在寻找一辆可以永远使用的自行车,那么铝绝对适合你。如前所述,铝作为一种材料轻便但非常坚固。儿童自行车主要由铝制成,出于成本原因,但也出于耐用性原因。如果你是初学者并想深入了解自行车世界,铝绝对是开始的最佳材料。低价格和良好性能之间的正确平衡。
简要总结:
优点:成本,易于生产,高强度重量比,耐腐蚀。
缺点:难以修复,耐久性较差。
钢
直到1980年左右,钢是自行车车架的普遍选择。随后,首先是铝,然后是碳纤维占据了主导地位。今天,钢仅用于生产少数小众“定制经典”自行车。
自行车行业使用的钢有两种不同类型:第一种称为“高弹性钢”,由于其更具弹性(“高拉伸”=高弹性),通常用于较便宜的自行车。它的强度重量比非常低,因此制造公司在希望生产极其经济的产品时选择这种材料。高端钢制自行车则使用所谓的“铬钼钢”(也称为“CroMo”,由铬和钼组成),这是一种钢合金,提供比“高弹性钢”更高的强度,并且可以像铝一样成型以获得薄或厚的管子。
钢经济、耐用且坚固,易于修复和成型。与碳纤维和铝不同,钢架的损坏易于修复,且很少危及车架的安全性。与预期相反,考虑到其强度,钢还允许通过其弹性特性吸收冲击。缺点是它容易氧化(生锈),与其他材料相比,确实更重。
“旅行”自行车和山地车通常由钢制成,因为其以时间著称的耐久性。这种材料也非常适合在不影响自行车性能的情况下,除了骑行者的重量外,还能承载侧包和徒步旅行者使用的配件的重量。钢在大多数情况下用于入门级自行车、儿童自行车或休闲自行车,其中重量并不是一个重要因素。
简要总结:
优点:成本和易于维护,耐久性,强度
缺点:重量,易于氧化。
钛
钛与钢共享许多特性,但更轻,更耐氧化,并且无疑更耐用。缺点是生产成本更高,需要更多的工作时间。生产钛自行车车架需要特定的技能。正如钢和铝一样,车架中使用的钛是以“合金”形式存在的,通常由一定比例的铝和钒组成。
钛从未像竞争材料那样出名,尽管它与铝和碳纤维同时进入市场,后者都更便宜且更易于加工。然而,钛在刚性和重量方面具有更好的比率,这使得它具有与碳纤维相似的抗冲击性,并且几乎坚不可摧。几乎所有钛车架制造商都提供制造缺陷的终身保修。
简要总结:
优点:强度,耐久性,耐氧化性,骑行质量,重量。
缺点:高成本,生产难度。