运动自行车车架全解（转）

未来飞车

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2008-3-18 22:35



在自行车王国中，山地自行车有着不可替代的地位。它的种类、花样之繁多，是其他的车种所不可比拟的。可是也正因为如此，许多入门的自行车爱好者并没有买到最适合他们自己的山地车。在我们周围经常可以看到这样的爱好者，他们看到FR或DH车看起来很COOL，就跑去买FR和DH，完全没有考虑到自己只是公路骑行，结果因为FR和DH那过大的重量而叫苦不迭；又或者看到碟刹的外型很COOL，并且相对其他的刹车来说很贵，就以为碟刹一定很好，非碟刹不买。这种盲目消费的最终结果就是资金和精力的大量浪费。

       运动自行车的零配件无论是在使用设计上还是在搭配上都具有很强的针对性，涉及其中的原理和细节部分完全可以成为一门学问。但是有一个不变的准则：适合自己。如果不适合自己，那么无论是多么高档的零件，都不能发挥它的原有的作用。

       那么如何选择适合自己的零配件，进而组装出适合自己的车子呢？首先让我们从车子的灵魂——车架谈起。

   （一） 车架的重要性

       在上文中我提到，车架是整个车子的灵魂，这种说法一点都不过分。很多新手在装车的时候，往往有意或无意的忽视了车架的重要性。他们考虑的是装什么XTR的套件，什么档次的前叉，等自己的预算用得差不多了，再去随便选购一个架子。这种行为的直接结果就是整个车子看起来很高档，骑起来却不是那么回事。症结何在呢？就是他们选购了不合适的架子。

      让我们从以下的几个方面粗略地讨论一下车架的重要性吧：

      1．车架决定了车子的类型。举个例子，如果你要组装一台DH车，你会不会去选购一个1400克的GIANT的XTC-TEAM呢？或者换句话说，你会不会在自己的轻量化的XC上装上一支DNM的行程长达20CM的双肩前叉？当然不会。所以说，车架的类型也就决定了整个车子的类型。
      2．车架直接或间接的影响着车子的各个方面的性能。什么影响着车子的操纵性？什么决定着车子的稳定性？什么决定着车子的转弯的快慢？什么决定着车子的舒适程度？是不是XTR的套件，是不是ROCKSHOX的前叉？是，但又不是。因为要使这些零件发挥他们强大的战斗力，就必须奠定一个良好的基础——车架。一个 200元的车架和一个2000元的车架，即使最后装出来的成车的价格完全相同，实际骑起来的感觉也会判若云泥。
      3． 车架的尺寸也决定了车子是否合适自己。即使车架的种类选对了，性能也不差，但是如果车架的大小不合适，那也如同鸡肋，只能割爱了。因为尺寸不合适的车子骑起来不仅不能良好的锻炼身体，还有可能造成运动损伤，甚至带来巨大的安全隐患。这一点将在下文详细的讲解。

      以上我们对车架的重要性有了大致的印象，下面就让我们来详细的了解一下这车子的灵魂吧。

（二）车架的种类


       山地自行车运动发展了几十年，衍生出了非常多的类型。每一种的比赛方式、比赛的过程、甚至比赛的激烈程度都有很大的区别。这就决定了必须根据比赛设计不同的车架。目前主要的运动大致可以分为以下几种。
      1． 越野XC（CROSS COUNTRY），这是所有山地自行车运动的起源。比赛的选手们在设置好的赛道上你追我赶，争夺速度之冠。比赛的赛道多以爬坡、绕圈为主，主要考验的是选手本身的速度和体力。
      2． 速降DH（DOWN HILL），在60度以上的陡坡，以超过70公里每小时的速度冲下山去，这种让人肾上腺激素大量分泌的剧烈运动就是山地车运动的新宠儿——速降。这项运动极其的惊险刺激，对选手和车辆的要求都非常高。
      3． 绕标DS（DUAL SLOLAM），不详，有待探讨。
      4．自由骑FR（FREE RIDE），关于自由骑，有两种不同的观点。一种认为是介于越野和速降之间的一种骑行，即有后减震的越野车或比较轻便的速降车；另一种观点是那些比速降还要疯狂的（暂时只能想到这个词，无贬意）坠山称为自由骑。相对而言，笔者比较倾向于第一点（呵呵，可能因为我的心脏承受能力有限吧）。
     5．攀爬，有人嬉称为“没有座位的车子”，的确，座位在攀爬车上的意义不大。为了能够随时的调整中心，攀爬车手都是站着骑车的。他们用自己的车子征服台阶，桌子，岩石等等障碍，同时做出各种各样的动作，十分吸引众人的目光。有人把它划分到BMX，轮滑、攀岩等极限运动，而笔者则倾向于把它归为山地车运动，因为它那种“到不可能到的地方”的精神正是山地车运动的精髓所在。攀爬可以粗分为大攀和小攀两种。


     为了应付各种比赛的需要，山地车架也就被划分为以下几种：
     1． 硬尾车（HARD TAIL）
     这是一个标准的越野车架
     如图，我们可以看出车架可以分为前三角和后三角两个主要部分，后三角没有减震装置，直接用金属管材焊接而成的车架我们称之为硬尾车架。这种车架具有重量轻，无蹬踏损失的优点，价格也相对比较便宜，广泛运用在对爬坡速度要求很高的XC越野车上。但是由于后三角的减震程度差，因此在比较崎岖的路面上以较高的速度行驶的时候后轮的稳定性就成了问题，甚至有可能会被颠得离开地面导致车子失控。
     和一般的XC越野架不同，攀爬车架有它自身的特性。


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       从上图中我们可以看出，攀爬车架的坐管特别的短，这样就使整个车架的重心很低，配合比一般的越野车还要粗大的前后轮，整辆车的稳定性就有了保证。而比一般车架长的上管和下管，车手的身体重心可以很快的根据情况做出大范围的调整。这也是性能决定外观的一个很好的例子。

       2．软尾车架（SOFT——TAIL）软尾车架是介于影尾车架和全减震车架之间的一种车架。这种车架在后三角的座位支撑处有一个被动阻尼的结构。（如图）这种结构类似于后减震器，但是又没有后减震器那样明显的减震效果。它的作用只是让传到人体的震动稍微小一些，同时使后轮与地面的接触更为紧密，控制性更好一些。和硬尾车架一样，软尾车架在蹬踏的过程中也几乎没有能量的损失。这种车架比硬尾车架稍重，比全减震车架轻。但是由于架型的原因，在国内比较少见，以下是以生产软尾车出名的KHS公司的产品。

      3． 全减震车架（FULL SUSPISION）全减震车架是真正带有减震结构和减震效果的车架，和软尾车架不同，全减震车架带有完全独立的减震结构和种类繁多的减震器，配合减震前叉，可以获得良好的减震效果（似乎没有见过装了后减震而不装前减震的车子）。不同的全减震车架的性能有很大的差异。以下就是几种常见的全减震车架：

      1） 单转点车架    2） 四连杆车架

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      虽然全减震车架具有良好的乘骑效果，但是和硬尾车架相比（由于软尾车架在国内比较少见，笔者对此也不太了解，因此不予讨论），它也有其必然的缺点：
     1． 重量 1400克左右的越野车架已经非常普遍了，而2000克以下的全减震车架则非常少，用于那些DH车的车架则经常超过3000克。
     2． 维护 相对于硬尾车，全减震车需要很细致的调试和维护，并且它的后减震器必须精确的设定才能够达到预期的效果。
     3． 绝大部分的全减震车架都会吸收一部分车手的蹬踏力量，造成泻力。（具体原理请参造避震和避震器一章）

     一般的情况下，硬尾车架多使用在XC越野车，攀爬车上。而全减震车架则使用在FR或DH车上（最近也看见有老外用硬架子来DH甚至坠山，晕~~！

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      根据目前的国内情况，笔者认为，硬尾的越野车是新手的最佳选择。
     1． 从使用价值和使用范围来说，轻量化的越野车不仅仅是运动器械，还是很不错的代步工具和旅行器材。换上光头胎和硬叉的越野车可以达到非常高的速度。全减震车由于其庞大的体积、较大的重量和骑行时泻力的缺点，使得其局限性很大，不适合一般的骑行。
     2． 从维护保养方面，全减震车需要比较专业的维护，而国内目前的自行车行还很不完善也很不规范，不但修补的零件不好找，相关的技术支持也很缺乏。能提供保用和保修的车行更是寥寥无几。
     3． 在其他的配制相同的时候，全减震车的价格会比较昂贵。新手的一次性投资会比较大。而新手的选择往往带有盲目性，一旦发现这种骑行方式不适合自己，损失就会比较惨重了。

（三）车架的材料

     目前，可以制造自行车车架的材料主要有以下几种：钢，铝合金，钛合金，镁合金，钪合金，碳纤维等等，一般市场上出现的车架主要有钢，铝合金，钛合金，碳纤维。钪合金和镁合金是最近的新兴材料，比较少见。

     要了解这些材料的特性，就有必要知道一些基本的概念和参数

     1．强度（STRENGTH）。假设挂在金属棒另一端的重量，重到足以使金属棒产生永久的变形，也就是说，当移开重物时，金属棒仍然呈现弯曲，无法完全回复原状，即所谓的降伏(yield)。使材料达到降伏的力量因材料不同而不同，这就是所谓的强度。强度和车架的耐用度相关但和骑乘品质无关。强度 (strength)由材料的降伏强度(yield strength)决定。降伏强度和车架管材的品质、热处理制程及合金成份(某些品牌型式)有相当大的关系。

     2.  刚性 (STIFFNESS) 假设一根金属棒的一端固定在夹具上，另一端加上一定的重量使得这根金属棒暂时弯曲，当把那个重物移开时，金属棒立即回复原来的型状。同样的重量加诸于不同材料时，会产生不同的弯曲程度，这就是刚性。刚性影响车架的骑乘品质，因为车架最怕在正常骑乘时发生变型。刚性决定于材料的弹性系数，而相当重要的是弹性系数和金属的品质及其合金的成份无关。举例来说，所有种类的钢，基本上具有相同的弹性系数。

     3．重量(WEIGHT)除了强度和刚性之外，重量也是一个议题。和刚性一样，重量受到材料合金成份的影响相当轻微。即便你的车架贴着"Lite Steel TM"(轻量化钢材)，事实上，所有的钢材几乎具有相等的重量。

      以下就是我们常见的几种材料的一些特性
          弹性系数(刚性) 强度 (降伏点 ) 重量(千克/立方米)
      钢材 30 46---162 7800---8200
      铝合金 10-11 11-59(4-22退火后) 2700—3200
      钛合金 15-16.5　　　 40-120　　　　　　 4500—4700

      要注意，刚性和重量和材料的品质、热处理或合金成份无关。举例来说，所有的车用钢管，从大卖场的廉价单车到价值数千美元的单车都有相同的弹性系数30，以及490的重量。

      由上表中我们可以看出，我们用这几种材料做车架，在管材的形状和厚度相同的情况下，铝制车架的刚性只有钢制车架的三分之一，钛制车架也只有钢制车架的二分之一的钢性。也就是说，钢的车架是最结实的。当然实际情况下没有人会这样做车架，所以这个结论也就是不客观的了。


      铝作为一种在运动自行车上使用最广泛的材料，最大的优点就是他的重量。铝的刚性和强度都很低，但是铝可以通过增加单位体积上的材料来弥补这一缺憾，而重量仍然不大。另外相对于其他的运动自行车的高级材料，铝的价格很低。
目前使用在高档铝架上的铝材（6000系列、7000系列）都是运用在航天方面的高级铝材。和一般的普通铝材相比，这些铝材无论是在强度还是刚性上都有显著的提高。而且厂家为了保证强度，都采取了使用较粗的管材、增大横截面积的做法，所以大多数的铝车架看起来都很粗犷。
铝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，形成致密的氧化膜（三氧化二铝）。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)
     

      以上都是铝的优点，但是这种材料也有两个致命的缺点。
      1． 铝的金属疲劳性很差，为了说明这一点，我们看下面的几幅图。
我们可以很明显的看到，铝的可乐罐很轻易的就被捏出了口子，而钢的水果罐头则安然无恙。铝材做的自行车架的致命弱点就是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，这也就是为什么在专业的使用强度下一个铝架只能支持2-3年的原因。
      2． 铝没有弹性，无法吸收骑行的震动。用铝材制作的硬尾车架会把绝大多数的震动直接传递到骑手的身体上。这就使铝车架坐起来相当的颠簸，乘骑的舒适感很差。
由于铝的这两个缺陷，使得它不适合做一般的硬尾车架。但是竞赛的XC越野车架大多数使用铝合金，这是因为铝的重量可以做到很轻，而通过热处理和抽管技术也可以获得很大的强度，这就使得铝车架的竞赛性能很好（竞赛性能当然不会考虑选手的舒适程度和产品的使用寿命了）。
而全减震车就没有这些顾忌了。由于拥有完全独立的减震结构用于吸收震动，并加上更为厚实和柔软的把胶和坐垫，铝没有弹性的缺点被完全的中和掉了。另外，铝较轻的质量使得它可以作成更大的截管面积，并在需要强度的地方进行局部的补强。所以说，铝是比较成熟而可靠的材料，并且在制作全减震车架的时候更有优势。

      钢是一种历史悠久的材料，从最普通的民用自行车到高端的竞赛级车辆，都或多或少的使用着钢材。除了冶炼技术的完善之外，钢也有其它材料所不能代替的优点：
      1． 加工性能好，铬钼钢是历史最悠久的自行车素材，对它的研究时间也最长，因此它的加工技术已经发展到一个相当稳定的程度。
      2． 强度大，从上文中我们可以看出相同体积下的钢材的强度远远大于铝合金和钛合金，因此合格的钢架的强度都可以让人放心。
      3． 乘骑感舒适，钢是一种具有良好的弹性的金属，用钢制作的车架，可以吸收骑行过程中所带来的震动。因此钢架不会向铝架那样让人感觉不舒服，特别适合用来做旅行车架。
      4． 钢的金属疲劳性要比铝强的多（从上文中的实验我们就可以看出来了），所以在相同的使用条件下，钢架的寿命也会比铝架长得多。


      当然，钢架也有其不可克服的缺点：
      1．重量，在极度追求器材轻量化的今天，钢7。8/立方厘米的质量让所有人对他望而却步。虽然可以使用轻量化的钢材，并且用抽管技术把管壁抽得极薄，可是还是很难把钢架的重量减到1600克以下。而很多铝架的重量只有1400克左右。这也就是在竞赛级别的车架中很少看见钢架的缘故。
      2． 生锈，相对于其他的材料，钢是比较容易生锈的。生锈会使钢的强度大幅度的下降，减少使用寿命。所以必须采取种种手段来防止钢材生锈。
所以如果不是追求竞赛级的重量，又考虑车架的耐用程度的话，钢架无疑是很好的选择。
但是需要指出的是，目前国内好的钢架要比好的铝架难找。首先好的纲架并不便宜，向雷诺853系列的高级钢架要好几千，而意大利科那歌的钢架则要上万。另外由于人们对铝架的偏爱，使得钢架难以销售。随着国内的自行车巨人——中华自行车公司的倒闭，好的钢架在国内几乎绝迹了，这真是一个遗憾啊！

     钛是一种新兴的金属，这种新材料具有非常优越的性能，是制作顶级车架的最好的材料之一。
      1． 钛合金可以制作重量很轻强度又很大的车架，从上表中可以看出，钛的强度和钢差不多，但是重量也只有钢的一半多一点，因此同样强度的钛合金车架会比钢车架轻很多。
      2．钛合金具有非常好的弹性，这使得它在吸收骑行振动方面功不可没。用钛合金制作的车架具有非常良好的舒适性，而且钛是一种具有记忆性的金属，它在自己的形变范围内几乎具有无限的使用寿命，也就是说购买钛合金车架是一种一劳永逸的方法。（笑）一般来说，在专业的使用条件下，铝合金车架的使用寿命是2年，钢车架是8年，而钛车架则可以达到20年左右。
      3． 在正常的条件下，钛几乎不会发生腐蚀的现象。
有其利就回有其弊，钛合金也有其不可避免的缺点，目前来说最头痛的就是一个字：贵！！
按照金属的含量来说，钛其实并不是稀有金属。可是自然状态的钛元素一般以二氧化钛的形式存在着，提炼加工过程复杂，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。必须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。一般国产的航轮和宝钛的3/2。5的钛合金车架的价格大概在3000元左右，而如果象AIRBONE或者LITESPEED的钛架的价格甚至上万。但是如果考虑到钛架的使用寿命，这个价格也就不会感到那么离谱了。

      碳纤维作为一种高科技材料使用在自行车上是最近十年的事情。严格来说碳纤维并不是单纯的碳元素，而是碳元素经过编织加工后利用环氧树脂粘和加固的一种混合物。早期的碳纤维由于技术上面的原因，使用的环氧树脂甚至会在阳光下分解。随着科技的进步，这种优秀材料的种种缺点在被逐渐克服。比如德国的K车架就使用了高级的16K的碳纤维，这种碳纤维的强度甚至超过了钢材，并且拥有终身保用的质量承诺。


      一般来讲，碳纤维作为自行车的材料拥有以下几个特点：
      1． 极轻的重量：1200克左右的碳纤维公路架已经到处可见了。由于碳的质量仅有1。6克/立方厘米，所以制作1公斤左右的车架已经不在是梦想。
      2． 吸收冲击性能好。碳纤维可以有效的吸收震动，并且保持很好的刚性。这种特点使得它成为很好的竞赛级的材料。
      3． 可以制作各种形状的车架。和一般的金属车架的制造过程不一样，碳纤维车架一般是先制作模具，然后在模具上付上碳纤片，最后用环氧树脂进行粘固。这种制作过程可以利用空气动力学作成风阻极小的车架。
目前这种材料的毛病主要是以下两点：
      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计算(纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。一般来讲，碳纤维抗面的冲击相当好，而抗穿刺能力就很差了。就是说你横摔竖拍不要紧，就怕的是横摔竖拍的过程中碰到一两块锋利的小石子，那可就不是拿去焊一下就可以解决的了。
      2． 价格昂贵，和钛合金相比，碳纤维车架的价格有过之而无不及，向顶级的碳纤维车架的价格都要上万，而科那哥的C40和C50的价格甚至超过2万元。这主要是因为碳纤维车架的制作过程需要很多的手工，并且报废率很高，造成成本的大量上升。
      从外观上我们可以很容易的把这几种材料的车架区别开来。风格粗犷，造型狂野的是铝架。
管体纤细，骨感十足的是钢架。而那没有任何涂装，浑身散发着金属光泽的就是钛架。碳纤维的表面则覆盖着各种3D布的表层，极具现代感。

壬吹

这我还真不知道，太有用了。

雨儿

谢谢楼主！总算弄明白了。太实用了！

冬天的麦田

又堅定了我買鋼架或者鈦架的想法....

汪汪

好帖子,收了

老赵001

好帖学习了

电子土豆

最后介绍碳纤维那部分  放现在技术成熟了 那些话也就过时了

电子土豆

最后碳纤维的部分 眼睛看 耳朵出 就好了

车神

增加只是的东西就要顶起

切诺基2500

进来学习！！！