Есть ли такая вещь, как отказ кадра?

Было задано несколько общих вопросов относительно того, как долго будет длиться велосипед или его рама , и суть ответов, по-видимому, заключается в том, что велосипед может прослужить довольно долго, если заменяемые компоненты будут заменены, а мотоцикл будет достаточно хорошо обслуживаться.

Но как насчет внутренней структурной целостности самой рамы? Есть ли такая вещь, как риск внезапного выхода из строя или дезинтеграции после некоторого уровня использования? Велосипеды когда-нибудь разваливаются или рискуют сломаться или сломаться вдоль слабых мест? У одного из моих мотоциклов больше миль, чем у машины, в которой я еду, и меня интересует целостность машины !

Да, фреймы действительно выходят из строя, даже если они не разбились или не ездили слишком резко. Единственный способ решить эту проблему - регулярно проверять раму во время технического обслуживания и чистки. Ищите трещины. При езде обращайте внимание на скрип и скрип и всегда находите основную причину (это может быть трещина).

Имейте в виду, что:

• Плохой сварной шов мог держаться годами, прежде чем распадаться.

• Неконтролируемая ржавчина может проникать через стальные трубы, как снаружи, так и изнутри. Как только он начинается, вы должны держать его сверху, иначе он в конечном итоге займет кадр. У ржавчины также, кажется, есть "хороший вкус" в трубке, предпочитая симпатичные итальянские вещи, скажем, газовому трубопроводу Швинну.

• Усталость металла может образовывать трещины, которые растут медленно, пока рама внезапно не защелкнется (я лично видел это там, где цепная стойка встречает выпадение и на рукоятках).

Алюминий является худшим виновником усталостных трещин. Алюминиевые подседельные штыри и трубки с рулевым управлением также имеют тенденцию к образованию налетов оксида алюминия, которые могут надолго застревать в трубке седла / рулевой колонки.

Углерод, как правило, не переживет достаточно неудачного крушения. Я слышал о долгосрочных проблемах расслаивания, но никогда не видел один лично. AFAIK каждый карбоновый кадр «умирает» в результате аварии или неудачи, которые повреждают кадр до такой степени, что владелец больше не доверяет ему. У кого-нибудь есть истории о том, что происходит с углеродом, который не разбился?

Ниже приведен конкретный пример моей неудачи, произошедшей несколько лет назад. Это случилось, когда я поднимался на очень крутой холм. Я услышал громкий «треск» и не осознавал, что произошло, пока не оглянулся вокруг и не увидел цепную стойку отдельно от выпадающих с каждым ударом педали. Это стальной велосипед, и его можно было полностью отремонтировать, кстати. Я не потерпел крах в результате (но при этом я не шел быстро). Обратите внимание на небольшое количество ржавчины, видимое в верхней части трещины. Это указывает на то, что трещина была там в течение некоторого времени до полного отказа.

То, на что вы ссылаетесь, иногда называют катастрофическим отказом , когда кадр выходит из строя под нагрузкой. Хотя это случается время от времени, это относительно редко. Есть рассказы о неисправных карбоновых рамах, которые самопроизвольно выходили из строя во время езды, но это, кажется, всегда истории о друзьях. Большинство кадров, которые «отказывают», делают это из-за дорожно-транспортных происшествий или других повреждений. И, как указывает Гэри , нижний кронштейн (и монтажные проушины), вероятно, являются областями износа.

Материал рамы также играет роль в этом. Общепринятым мнением в велосипедных кругах является то, что сталь самая долговечная - ее можно согнуть обратно в форму и даже заново сварить. Алюминиевые рамы не могут. А карбоновые рамы имеют репутацию деликатных; если один из этих сбоев, вы выбрасываете его и получаете новый, так как любые исправления будут ненадежными.

Хотя в этом есть доля правды, сталь может быть повреждена до такой степени, что ее небезопасно будет починить и использовать повторно. И углеродное волокно более долговечно, чем предполагают люди. Но оценка поврежденного кадра часто является более сложной задачей, чем просто его замена. Есть профессионалы, которые могут проводить такую ​​оценку на основе своего опыта, но, не подвергая раму рентгеновскому аппарату, вы действительно можете однозначно сказать, что рама безопасна для поднятия веса после того, как она будет согнута и приварена. ?

В общем, да, рама является самой прочной частью велосипеда. Но это тоже может быть повреждено без возможности ремонта.

Да - рамы подвержены износу, разрыву, старению и усталости. Основная проблема или неисправность в большинстве кадров находится в нижней скобке. Как на металлических, так и на карбоновых рамах это точка высокого напряжения и гибкости. Но любой сварной шов или соединение подвержены нагрузке и могут со временем выйти из строя.

Вы должны периодически осматривать всю раму, обращая особое внимание на точки сварки и соединения. Внимательно изучите следы краски или сварного шва, а также ржавчину на стальных рамах. Лучший способ сделать это - вымыть раму вручную и проверять ее по ходу работы. Если вы хотите, чтобы это продолжалось еще дольше, наносите слой воска для велосипеда или автомобиля каждые шесть месяцев или около того. Воск затрудняет прилипание грязи и грязи к вашей раме, а также облегчает следующую очистку.

Тем не менее, если вы привыкли чистить и осматривать свою раму, «средний» наездник (не слишком тяжелый или агрессивно едущий с прыжками и падениями), правильно храните велосипед и заботьтесь о нем, чтобы он мог пережить вас.

Я видел несколько старых стальных рам, которые потерпели неудачу. В одном случае нижняя труба раскололась надвое в том месте, где были установлены переключатели, установленные на трубе. В другом случае трещина была на стыке между нижней трубкой и нижним кронштейном. Я также видел, что сидение отделяется от сиденья.

Но все эти поломки произошли на велосипедах, которые совершенно очевидно оставались под дождем в течение многих лет (если не десятилетий), и все они все еще ездили, даже со сломанной рамой . Традиционная стальная «алмазная» рама необычайно прочна.

Несколько замечаний по обнаружению трещин в металлических рамах:

Ищите трещины в краске. Они могут быть довольно маленькими, например, длиной ~ 5 мм.

Посмотрите на точки напряжения сварного шва - это обычно только на краю сварного шва, где металл наиболее тонкий. Нижние кронштейны выдерживают наибольшее напряжение велосипеда, но редко выходят из строя, потому что они наиболее поддерживаются. По моему опыту, отсевы являются наиболее распространенными областями с течением времени. Большинство аварий происходит спереди и будет отображаться на вилке или там, где головная труба встречает нижнюю трубу. Это места для поиска.

Алюминий может внезапно сломаться. У меня это случилось на руле. Обычно сталь сгибается до того, как сломается, и в этом качестве она намного безопаснее. Люди, которые говорят о долговечности углерода, либо фанаты, либо продавцы. Все знают, что углерод может резко сломаться.

Передние выемки, коронка вилки и руль - действительно лучшие места для проверки безопасности. неудачи там могут убить. Заднее выпадение будет плохим, но обычно не супер опасным.

Необычные легкие дорожные велосипеды являются наиболее восприимчивыми. Сбой рамы на стальном пригородном велосипеде обычно происходит спустя долгое время после того, как мотоцикл был сдан по другим причинам. Если вы действительно переживаете из-за поломки рамы, следите за этим интерфейсом, не используйте алюминий или карбон, и вам будет хорошо ездить даже на старинных велосипедах.

Иногда у слегка крупных или тяжелых людей весом более 200 фунтов возникает больше проблем с усталостью рамы, чем у остальных из нас, так как большинство велосипедов предназначены для небольших гонщиков.

Пару недель назад у моего Гигантского Исследователя произошел внезапный катастрофический сбой. Рамка из дюралюминия без предупреждения разделилась пополам по обеим трубам, когда два колеса полностью разошлись. Ему всего 9 лет, я купил его новым, никто больше никогда не ездил на нем, и с ним никто не обращался. Будучи родстером со встроенным транспортным средством, он должен быть рассчитан на перевозку груза. Он имел достаточное количество использования, но только на дорогах и велосипедных дорожках, и в основном для покупок, путешествий или для удовольствия. Трубки сломались в том, что явно является слабым местом, где кабели вошли в трубки. Это должно быть предупреждением для других владельцев этой модели, чтобы проверить раму в этой области, особенно в нижней трубе. Я был лишь относительно легко ранен, но это могло быть гораздо хуже, даже смертельно,

Мне удалось сломать стальной каркас примерно через 2 года после его покупки. Это действительно привело к катастрофе через год после того, как она была приобретена, а затем уничтожена. После аварии (в канаву) я заметил, что геометрия стала короче и плотнее. Я просто продолжал ездить на нем, хотя. Задним числом это, возможно, не было самой умной вещью, чтобы сделать.

Я видел три велосипеда с напряженными переломами внизу трубки сиденья и верхней части корпуса нижнего кронштейна. Друг-велосипедист с большим металлургическим знанием, чем я, говорит мне, что это вызвано затвердеванием работы - то же самое, что скрепка становится хрупкой после многократного сгибания. Теперь, когда это произошло с моей верной хромомолевой рамой Fuji Gran Touer SE после 20 с лишним лет ежедневного использования, у меня есть подозрение, что привычка монтировать и демонтировать левую педаль во время вращения - это то, что, вероятно, ставит много дополнительное напряжение / изгиб на этом суставе.

Позвольте мне попытаться пойти немного дальше, чем другие ответы. Моя способность хорошо это объяснить может быть ограничена тем фактом, что я не инженер. Я бы приветствовал любые исправления.

Время жизни, связанное с усталостью

В этом разделе подробно описывается срок службы кадра в зависимости от усталости, то есть после многократного нормального использования без сбоев или повреждений. Традиционно считается, что сталь и титан являются наиболее долговечными каркасными материалами, например [этот ответ] на связанный вопрос 1 . Это требует некоторой распаковки. Многие материалы испытывают усталость после многократных нагрузок (например, удары педалями). Давайте просто процитируем Википедию на этот бит:

В материаловедении усталость - это ослабление материала, вызванное циклическим нагружением, которое приводит к прогрессирующему и локализованному структурному повреждению и росту трещин. Как только начинается трещина, каждый цикл нагружения будет увеличивать трещину в небольшом количестве, обычно вызывая образование полос на некоторых участках поверхности разрушения. Трещина будет продолжать расти, пока не достигнет критического размера, который возникает, когда коэффициент интенсивности напряжений трещины превышает вязкость разрушения материала, вызывая быстрое распространение и, как правило, полное разрушение структуры.

Сталь и титан, однако, имеют предел усталости . То есть любая нагрузка ниже определенного критического значения не вызовет утомления вообще. Однако я не уверен, какое критическое количество для каждого материала, и я не уверен, какие виды ударов превысят его (например, я подозреваю, что многие автомобильные удары превышают этот предел для обоих металлов). Алюминий ( ссылка на Леннарда Зинна ) не имеет предела усталости. Любая нагрузка ослабит металл, и в конечном итоге это приведет к усталости и растрескиванию.

Однако напомним, что они делают самолеты из алюминия, и самолеты могут эксплуатироваться десятилетиями. Поэтому, в зависимости от качества конструкции, мы можем ожидать, что алюминиевые рамы будут иметь очень долгий срок службы. Действительно, на сайте Шелдона Брауна есть ссылка на тест 12 кадров в 1997 году, проведенный журналом Tour (перевод с немецкого Деймона Ринарда). Испытание содержало 4 алюминиевых рамы (например, Cannondale CAAD 3), 4 стальных рамы (например, с тиснением De Rosa SLX, сварной Fondriest), немного углерода (например, Trek OCLV monocoque, Time Helix с карбоновыми трубками в алюминиевых наконечниках) и немного титана (например, Merlin Team Road).

Все это были высококачественные рамы, и, возможно, они переместились в сторону легких, тонких трубок. Однако одна карбоновая и две алюминиевые рамы (Trek OCLV, CAAD3 и Principia RSL) добрались до конца теста, в то время как ни одна из выбранных стальных рам не прошла. Таким образом, алюминий может иметь теоретический предел, но для велосипедистов-любителей может быть трудно превзойти его на практике.

Я не уверен, что конкретно я слышал об углеродном волокне и усталости в начале моей карьеры. Углеродные волокна на самом деле могут быть не очень восприимчивы к усталости. В этой статье Cyclingtips несколько инженеров по велосипедным композитам говорят, что она не утомляет в том смысле, который обсуждался выше. Карбоновые рамы могут прослужить вам всю жизнь, за исключением повреждений. Авиационная отрасль все больше переходит на углеродные детали, и, опять же, они бы этого не сделали, если бы углерод был хрупким. Самолеты должны иметь многолетний срок службы, потому что они чрезвычайно дороги.

Производственные процессы

Опять же, я не инженер по материалам, но многие кадры в этом тесте 1997 года не сработали в соединениях, например, в проушинах или в зонах сварки. Для титана сварные швы должны выполняться под инертным газом. Если какой-либо кислород или азот попадет в сварной шов, это может сделать материал там хрупким, и это будет растрескиваться . Я не уверен, что химические проблемы для стали и алюминия, но я подозреваю, что загрязнение в сварных швах также возможно. Снова процитирую Зинна:

Если бы у вас была стальная или титановая рама, я бы не смог сделать такого прогноза об усталости. Это связано с тем, что если дизайнер рамы выбирает стальные или титановые трубы, прочность и размеры которых на растяжение (толщина стенок, диаметр и форма) которых таковы, что напряжения, наблюдаемые во время езды, никогда не превысят, скажем, 40 процентов от его прочности на растяжение при нагревании. затронутые (т.е. сварные) зоны - тогда рама прослужит бесконечно долго при отсутствии аварии. Конечно, надрезы или вмятины или плохие сварные швы (или, в случае стали, ржавчины) снизят этот предел (а также уменьшат предел прочности на растяжение) и вызовут усталостное разрушение при более низком напряжении или меньшем числе циклов.

Цинн также ссылается на зоны термического влияния в стали или титане. Полагаю, это означает, что из-за сильной жары во время сварки рама слабее в зонах, подверженных воздействию тепла. Я думаю, что это одна из причин, почему серебряная пайка или наконечники были потенциальной альтернативой сварной стали, поскольку эти процессы выполняются при более низкой температуре. Тем не менее, тестирование Тура показывает, что неровная сталь также может сломаться на стыках. Это может быть связано с загрязнением в бобышках. Мы, очевидно, не знаем точно, почему фреймы в тесте Tour сломались, но, читая таблицу сбоев на сайте Брауна, многие из них, казалось, были на стыках. Это заставляет меня думать, что это были сбои производственных процессов.

Насколько мне известно, карбоновые рамы, как правило, изготавливаются из предварительно отформованных углеродных листов, которые расположены в форме. Затем добавляется смола, и они печут рамы. Я считаю, что обычно передний и задний треугольники изготавливаются отдельно, а затем соединяются вместе. Карбоновые рамы могут иметь проблемы, отличные от термической обработки. У Рауля Люшера есть канал на Youtubeгде он врезался в разбитые карбоновые рамы, которые отправили ему для оценки. Он часто находит пустоты (то есть отверстия) в углероде. Он бывший инженер по аэронавтике. Кажется, он указывает, что это проблемы, но я не уверен, что видел подробное объяснение. Я подозреваю, что пустоты могут действовать так же, как крошечные трещины в металлических рамах, и что повторяющиеся нагрузки могут привести к тому, что пустота будет распространяться (то есть расширяться) с течением времени, и в конечном итоге приводить к тому, что мы можем воспринимать как усталостное разрушение.

Кроме того, углеродное волокно фактически состоит из множества тонких и очень прочных волокон. В одном подкасте, касающемся недавней группы отказов углеродных вилок, он сказал, что некоторые вилки были спроектированы с довольно квадратными углами в рулевой колонке, чтобы кабели проходили через эту зону. Он сообщил, что острые изгибы очень напряжены для углерода, и что это может стать точкой отказа в дальнейшем. Я вспоминаю (не смог найти ссылку) видео на Youtube, где он обсуждал рули с отверстиями для внутренней прокладки кабеля (для электронных трансмиссий), и он сказал, что эти дыры могут быть точкой отказа, если уголь также принимает нагрузки. По сути, не говоря уже о производственных дефектах как таковых, некоторые варианты дизайна могут создать точки отказа, которых инженеры велосипедной компании не ожидали из углеродного волокна.

Повреждение

Возвращаясь к цитируемому отрывку из Цинна, вмятины могут стать начальной точкой разрушения в стальных или титановых рамах, несмотря на их характеристики материалов. Очевидно, что они будут иметь такой же эффект на алюминиевые рамы. У многих из нас есть ощущение, что углеродное волокно хрупкое, и это, вероятно, связано с его известным отсутствием устойчивости к ударным повреждениям. Таким образом, вы можете повредить свой кадр даже от относительно небольших ударов. Это не может привести к немедленному отказу, но в конечном итоге может привести к сбою кадра. Сталь также может ржаветь. Тем не менее, я считаю, что карбоновые рамы также могут разъедать соль. Неокрашенный алюминий также может.

TL; DR для потребителей

Дефекты и повреждения производственного процесса, вероятно, являются самой большой угрозой для жизни вашей рамы. Держу пари, что все кадры могут быть подвержены риску из-за этих проблем.

Будьте особенно осторожны при обращении с любым карбоновым каркасом и любым каркасом, изготовленным из очень легких труб. По общему мнению, среди интернет-форумов, которые я часто бываю, по этой причине следует скептически относиться к любому используемому углероду. Потребители могут захотеть скептически относиться к рамкам, которые раздвигают границы производительности используемого материала, например рам с ультралегкой трубкой. Потребители могут захотеть сместить свой выбор в пользу производителей с пожизненными гарантиями, хотя это зависит от того, выживет ли производитель в течение всей вашей жизни, а также от того, что вы ведете достаточный учет.

Теоретически, потребители могут избежать производителей с репутацией дефектов рамы. Проблема в том, что я не уверен, как вы оцениваете это практически, кроме сбора анекдотов.

Несколько лет назад у меня произошел разрыв стальной рамы (Trek 700) на сиденье и вылет. Я думаю, что это могло быть вызвано изгибом из-за того, что моя задняя ось ранее была сломана. Велосипед хорошо использовался по крайней мере десять лет.

Я также однажды сломал шпиндель коленвала JIS, возможно, также из-за необычных усилий от ослабленного болта крепления кривошипа.

Будучи студентом, я использовал стальной паяный каркас, которому было больше 30 лет.

Таким образом, у этого велосипеда была особенно слабая геометрия рамы. Его начало мне неизвестно - мой отец купил его раньше. Затем он использовал его в рекреационных целях, так что не так много расстояния, но лесные тропы плюс некоторая нагрузка (ребенок на заднем сиденье). В какой-то момент я унаследовал его как велосипед, достаточно старый, чтобы его можно было оставить запертым на ночь в университетском городе без особой опасности его кражи.

Он потерпел неудачу в том смысле, что начал крутиться с каждым ударом педали, когда я крутил педали (примерно через 5 лет в качестве моего основного университетского велосипеда). Я подозреваю, что ушки / пайки. Здесь нет ничего неожиданного.

Я не знаю, как долго это продолжалось, я дал его кому-то, кто искал старый велосипед для случайного легкого использования и кого не волновало сгибание, поскольку это было не так уж плохо.