Как сделать монокок
Обновлено: 07.07.2024
Первый монокок был применён на Lotus 25 в 1962 году и он был алюминиевым. А первый карбоновый монокок был использован на McLaren MP 4/1 в 1981 году.
Первый монокок был применён на Lotus 25 в 1962 году и он был алюминиевым. А первый карбоновый монокок был использован на McLaren MP 4/1 в 1981 году.
Боковая часть монокока должна быть защищена 6мм слоем Карбона и Кевлара, для защиты пилотов не только от самого удара, но и от проникновения обломков. Применяется с 2002 года.
На скорости в 180 км/час, аэродинамическая прижимная сила машины Формула 1 равняется её собственному весу. Значит при скорости более 180км/час, машина Формулы 1 может ездить и по потолку.
Сейчас существует три динамических краш-теста и 12 статических. При фронтальном тесте скорость удара 15 м/сек, боковом 10 м/сек, и заднем 11 м/сек.
Боковая часть кокпита с 2008 года должна выдерживать статическую нагрузку в 250 тонн.
Двигатель Формулы 1 расходует до 70 литров топлива на 100 километров, или 0,078 литра на каждую лошадиную силу мощности. Для сравнения, дорожная машина тратит 7 литров на 100 километров, и 0,093 литра на лошадиную силу.
8 миллионов вспышек производят свечи зажигания одного болида во время одной гонки Формулы 1.
Протектор покрышки во время гонки может нагреться до 130 градусов по Цельсию, при большей температуре шина начнёт пузыриться.
Для обеспечения безопасности, шины Формулы 1 проверяются на заводе производителя по 130 различным параметрам, и если есть отклонения, хотя бы по одному, то вся партия уничтожается.
Машине Формулы 1 нужно всего 1,9 сек и 55 метров, чтобы остановится со скорости 200 км/час. При этом на пилота действует нагрузка в 5 G. Т.е. ремни безопасности будут давить на пилота 375кг веса. Стандартному автомобилю потребуется 4,1 сек. и 118 метров, чтобы остановится с такой скорости.
В описаниях рам часто встречаются умные слова баттинг и гидроформирование. Разберемся, что они означают, ведь часто этого не знают даже продавцы магазинов.
Баттинг рам
Баттинг — это конструктивное ухищрение, позволяющее уменьшить вес конструкции (в частности, из труб), не потеряв прочности. Это особо актуально в лёгких велосипедах с фиксированной передачей. Качественный байк фиксед гир весит 10 и менее кг. И каждые 50-100 грамм уже имеют значение. Нагрузка на каждую деталь конструкции распределяется по ее длине неравномерно (например, взять нижнюю трубу рамы велосипеда — концы трубы могут испытывать большую нагрузку, чем ее середина).
С технической точки зрения баттинг — это величина, характеризующая отношение толщины стенок на конце и в середине трубы. Баттинг бывает двойной, тройной, четверной.
Как известно, эпюры нагрузки на раму максимальны в районе рулевой колонки, каретки, подседельного узла и задней нижней части цепной вилки. В середине трубы имеют меньшую нагрузку. Это позволяет сделать толщину стенок переменной, т.е. толще в местах высокой нагрузки и тоньше в других. Благодаря этому удается значительно снизить вес рамы, так как уменьшается толщина трубы, где нагрузки минимальны. Кстати, бесшовные стальные рамы с трубами переменного сечения стали применяться с 1935 года. Затем они переползли на хромолевые рамы. Хромомолибденовая рама с четверным баттингом сравнима по весу с рамой среднего класса, сделанной из алюминиевого сплава.
Алюминиевые рамы с баттингом
Внутри баттированных труб могут находиться различные усиливающие спирали, типа нарезов в стволе винтовки, что открывает дополнительные возможности для их прочности.
Только недавно баттинг появился в алюминиевых рамах. Обычно в местах сварных швов локально увеличивают толщину стенок трубы. Баттинг в них бывает одинарный — один конец трубы имеет измененную толщину, двойной — оба, и тройной, когда труба имеет три различных толщины. Рамы с двойным баттингом могу весить 1300-1500 грамм. Рамы с тройным баттингом прочны и достаточно легки одновременно. Наличие баттинга можно посмотреть непосредственно на самой раме — об этом всегда пишется на трубах, обычно подседельных.
Достаточно редко из алюминиевых сплавов делаются вилки. Обычно передняя вилка на алюминиевых рамах — стальная с двойным или тройным баттингом. Это обусловлено прочностью самого исходного материала. Вилка подвержена колоссальным вибрациям, и вероятность разрушения алюминиевой вилки выше, чем стальной. Также нужно знать, что алюминий требует специального покрытия, иначе он очень быстро коррозирует.
Баттинговые рамы производятся из труб небольшого числа производителей, так как грамотную проработку материала способны выполнить только серьезные производства. Существует не так много фирм, производящих качественные легированные бесшовные (и шовные в том числе) трубы для производства рам. Запомните их названия: Reinolds (США); Columbus (Италия); Vitus Prestige (Франция); True Temper (США); Oria (Малайзия); Tange (Япония) и др. Каждая фирма имеет свое клеймо, которое после сварки и покраски наклеивается на подседельной или наклонной трубе и несет информацию о материале труб, их внутреннем профиле и назначении готовой рамы. Баттинг используется, например, в модели Fuji Track 2015 Silver.
Велосипед Fuji Track 2015
Гидроформовка рам
Последнее достижение производства алюминиевых рам — применение технологии гидроформовки. Вкратце технологический процесс гидроформования можно описать примерно так: создается металлическая форма, в которую вставляются обычные круглые алюминиевые трубы. В них закачивается горячее масло под высоким давлением, в результате чего алюминиевая труба принимает профиль заданной формы.
Раньше, чтобы увеличить сечение трубы в местах наибольшего напряжения, использовали сварку — к этому месту приваривали еще кусок алюминия для прочности. Теперь с помощью способа гидроформовки алюминиевая труба может иметь любое сечение, включая квадратное. Это заметно повышает надежность конструкции ввиду отсутствия лишних сварных швов.
С появлением технологии гидроформовки бесшовных труб производителям хромомолибденовых рам удалось создать настоящие шедевры. На сегодняшний день одним из лидеров в производстве таких рам остается американская компания Marin California, изготавливающая свои рамы из итальянских труб фирмы Columbus. Стоимость подобных рам от 250$.
Гидроформирование рам у Giant
Технология FluidForm, появившаяся в 2003 году, использует гидроформирование, которое задействует разогретое масло для прессовки и придания нужной формы трубам алюминиевой рамы. В результате получается продукт, более прочный и более совершенный, чем стандартная труба или простой листовой алюминий.
Технология FluidForm — это новая технология производства, используемая для изготовления сложных форм в одном процессе. Поточная линия при изготовлении трубок с использованием FluidForm не может быть заменена обычной технологией формовки. Компания Giant первой внедрила этот продвинутый процесс формовки в производство велосипедов в больших масштабах. Технология FluidForm позволяет инженерам-конструкторам компании Giant придавать любую форму трубам велосипеда. Стильные трубы нового вида, выполненные по технологии FluidForm, использованы в Warp, VT.
Рама Giant с гидроформовкой
Хотя технология Fluid Form достаточно дорогостоящая и продолжительная по времени, это на самом деле становится довольно простым процессом, как только необходимое оборудование закуплено и настроено. Алюминиевые трубы закладываются в грейферную форму с давлением 1000 тонн. Форма закрывается и запечатывается, после чего в нее закачивается горячее масло и гидравлически сжимается с давлением порядка 4000 кг на кв. см, придавая алюминиевой трубе нужную форму.
Часть трубы, обработанная по технологии FluidForm, оказывается прочнее, чем труба, не подверженная этой обработке. Во время формовочного процесса алюминий сжимается, уплотняя структуру зерна в удлиненные формы, лучше сопротивляющиеся усталости металла. Это позволяет инженерам Giant производить трубы, отвечающие специфическим задачам каждого велосипеда.
Велосипед Giant с гидроформовкой FluidForm
Поскольку ALUXX SL Super Light алюминий уже на 30% прочнее, чем стандартный алюминий 6061, трубы FluidForm еще более устойчивы к появлению трещин и усталости металла.
Монокок
Данные рамы применяются в дорожных велосипедах, и недорогих ATB. Классическая схема узловой, спаянной серебряными припоями сборки встречается нечасто и, как правило, это рамы hand made. Стоят они достаточно дорого, хотя данная технология на сегодняшний день считается устаревшей.
Изготовленная в конструкции монокок рама Costelo
В результате сочетания карбоновых волокон с биовальным профилем и полностью карбоновыми соединительными муфтами удалось воплотить в жизнь монококовую конструкцию композитной рамы, которая сочетает в себе высочайшую вертикальную упругость с отличной поперечной жесткостью.
В середине июля по миру прошла рядовая новость: Land Rover Defender оставляют в производстве. А перед этим еще одна небольшая новость о новой детали от BASF для заднего редуктора Mercedes S-класса. Ну и вспомним главную люкс-новинку первой половины 2015 года – новый BMW 7-серии. Что общего в этих автомобилях? Общее — в использовании разных материалов вместо привычной стали для кузова автомобиля: алюминий, пластик, карбон – давайте посмотрим, за чем будущее автомобилестроения.
Предыстория автомобильных кузовов
Кузов автомобиля – без сомнения, важнейшая его часть: это и место установки всех узлов, и пассажирский салон, и управляемость, и безопасность, и дизайн. В современном понимании кузов легкового автомобиля представляет собой несущую конструкцию из разных сортов стали. Но так было далеко не всегда. Первые автомобили имели рамную конструкцию, которая до сегодня сохранилась на грузовиках и нескольких моделях внедорожников. Также в первых автомобилях нередко использовали дерево при изготовлении деталей кузова.
Революция произошла в 1920-х годах: в 1921-м была представлена Lancia Lambda с несущим кузовом (рама исчезла, всю нагрузку воспринимал кузов). А в 1924 году был представлен Citroen B10 – первый массовый автомобиль Европы с цельностальным кузовом.
Алюминий как угроза привычной стали
Алюминий является одним из самых привлекательных материалов для создания кузова автомобиля: он легкий и не боится коррозии, а его производственный процесс (отливка, штамповка) несильно отличается от стали. Первый алюминиевый автомобиль уже есть – это модель Audi A8, которая, начиная с первого поколения и до сегодня, выпускается с полностью алюминиевым кузовом.
Уточнение об алюминиевом несущем кузове критически важно, ведь множество других автомобилей также используют алюминий – но в чем же разница? В том, что компания Audi производит несущий алюминиевый кузов, а многие автомобили используют лишь внешние панели, которые крепятся к раме или к основному стальному кузову – т.е. алюминиевые детали в этом случае не несут нагрузку.
Автомобиль BMW 5-серии E60 стал первым в мире, где к стальному кузову была прикреплена алюминиевая передняя часть. В этом случае для соединения деталей могли использоваться только те методы, которые не допускали контакта разных материалов. А значит – только заклепки и клей-изолятор.
Это привело к тому, что сегодня компания Audi уже в числе догоняющих. Ведь еще в 2003 году был выпущен Jaguar XJ с полностью алюминиевым несущим кузовом. Опыт оказался успешен, и нынешний Jaguar XJ также полностью алюминиевый. Мало того, опыт построения алюминиевых кузовов распространился и на другие автомобили группы Jaguar Land Rover: современный Range Rover; последовавший за ним Range Rover Sport; седан Jaguar XE.
Даже подобный частично-алюминиевый кузов позволяет заметно облегчить автомобиль: к примеру, новый Audi Q7 сбросил 70 кг относительно предшественника. Но сравнимый по размерам и классу полностью алюминиевый Range Rover L405 полегчал на 420 кг, из которых 180 кг – на счету алюминиевого кузова, который теперь весит лишь чуть больше, чем кузов Mini Countryman.
Карбон приходит в массы
Модели BMW i3 и BMW i8 перевернули мир. И здесь дело не только в приводе (электро или гибрид), не только в неформатном дизайне с необычными дверями, но и в том, что это первые в мире крупносерийные автомобили с карбоновыми кузовами. Обе модели построены по схожей схеме: снизу расположена алюминиевая платформа Drive с двигателем, подвеской, блоком АКБ; сверху установлен карбоновый кузов Life с салоном, багажником, фарами, дверями; две половинки соединены между собой болтами. Интересно, что являясь одними из самых передовых автомобилей в мире, BMW i3 и BMW i8 фактически возвращают нас к истокам автомобилестроения – рамным конструкциям начала ХХ века.
Куцый BMW i3 на самом деле является революцией в мире автомобилей: электропривод с возможностью подзарядки АКБ от встроенного ДВС-генератора; необычный минивэно-образный кузов с распашными дверями; повсеместное использование переработанных материалов; и, наконец, рамная алюминиево-карбоновая конструкция
А как же пластик? Или что-то другое?
При разговоре об альтернативных материалах для кузова мысль о пластике приходит одной из первых: дешевый, легкий, простой в производстве и ремонте. Конечно, пластик не может нести нагрузки, но почему не использовать его для внешних декоративных деталей кузова: крылья, крышка багажника? Он и используется, причем давно и на самых разных автомобилях: начиная от доступного Renault Clio Symbol и заканчивая суперкаром Chevrolet Corvette.
Недорогой Renault Clio Symbol еще в конце 1990-х годов предложил пластиковые передние крылья – как пример того, что необычные кузовные материалы встречаются не только в суперкарах и люкс-седанах. Вскоре пластиковые детали кузова начали использоваться и на других моделях компании: например, Renault Megane.
Эксперименты с пластиком и стеклопластиком (пластик, армированный стекловолокном) продолжаются и сегодня. К примеру, недавно компания BASF показала новую деталь для заднего моста Mercedes-Benz S-класса W222: поперечину, изготовленную из особого сорта пластика Ultramid, армированного стеклотканью. Новая деталь на 25% легче алюминиевого аналога, при этом предлагает нужную прочность, не растеряв всех преимуществ обычного пластика (цена и простота производства). А для концепт-кара Smart Vision 2011 года из пластика сделали колесные диски.
Так из чего же будут делать автомобили в будущем?
Пока что – из стали, но с постепенным расширением списка алюминиевых, пластиковых и карбоновых деталей. Сегодня, с внедрением новых технологий (RTM-карбон; новые сорта алюминия, новые методы его соединения) и расширением перечня моделей из необычных материалов (что приведет к снижению их стоимости), карбон и алюминий будут входить на массовый рынок автомобилей все быстрее и быстрее. Похоже, что уже через 5-10 лет современный автомобиль даже D-класса будет хотя бы частично состоять из карбона или алюминия и окажется существенно легче своих предшественников, что позволит добиться улучшения динамики и топливной экономичности.
Вы провели целое исследование велосипедного рынка, выучили наизусть все последние тесты лучших дорогостоящих машин из карбона, и, наконец, определились – у вас есть победитель. Чековая книжка в руке, и вы готовы опустошить свой сберегательный счёт до последней копейки. Всё, что осталось сделать, это договориться с магазином о скидочке, чтобы у вас, по крайней мере, осталось хоть немного наличных на приобретение пары запасных камер.
Но прежде, чем вы ударитесь в разгул и ваш сберегательный счёт станет более тощим, чем модель И оана Спангенберг , подумайте, уверены ли вы, что карбон самый подходящий материал рамы, которая вам нужна?
А почему бы карбону не быть популярным? Рама и вилка весят меньше, чем упаковка жестяных банок пива, у него потрясающие возможности гашения вибраций от дороги, он жёстче, чем строительные балки (по крайней мере, поначалу) и, самое главное, углеродное волокно имеет неоспоримое преимущество: даже традиционные создатели велосипедов, которые сделали себе имя в стали, теперь переходят на карбон. Такие бренды, как Steelman, Serotta и Independent Fabrications – все терпят убытки и теперь уже предлагают покупателям индивидуальные карбоновые рамы под заказ.
Большинство велосипедистов-гонщиков простое предложение проехать гонку на стальной раме, так же как и потренироваться на ней, посчитали бы теперь шуткой. Для некоторых, по совершенно необоснованным причинам, сталь приобрела репутацию как медленный, тяжёлый и технологически отсталый материал – подобная несправедливая репутация теперь в Соединённых Штатах у дизельных автомобилей.
Но реальность такова, что сталь ещё никогда не была прочнее, легче и надежнее, чем в настоящее время. И, более того, никакой другой материал не может предложить такую универсальность для создания индивидуального велосипеда, который идеально подходит гонщику.
Массовое производство тайваньских карбоновых рам, которые часто стоят дороже, чем заказная стальная рама, даже близко не стоит по удобству подгонки, ощущениям и качеству езды, которые может обеспечить сталь, не говоря уже о ее прочности, которой хватит владельцу на всю жизнь, если за рамой правильно ухаживать.
Поэтому, прежде чем вы распотрошите бумажник, рассмотрим причины, по которым Steel is Real! - сталь действительно реальна:
Индивидуальная подгонка
Производимые сегодня карбоновые велосипеды мало того, что астрономически дороги, но к тому же ещё не подогнаны под конкретного гонщика. И хотя одно из самых больших преимуществ карбона - это его исключительная амортизация, каждая такая рама конструируется по усреднённому показателю веса, то есть, она предназначена для гонщика, весящего в среднем около 100 кг. Если вы весите килограмм 70 и ездите на велосипеде, предназначенном для 100-килограммового гонщика, то, как вы думаете, какой будет езда? Правильно, жёсткой. Жёсткой до трупного окоченения. Настолько жёсткая, что это может привести к непредсказуемым характеристикам управляемости, что неизбежно закончится разбитой головой или сломанной ключицей.
Кроме того, стальной велосипед, сделанный на заказ, сконструирован и построен именно под рост гонщика, его вес и особенности анатомии, что делает подгонку велосипеда гораздо лучше и, соответственно, значительно лучше обратную связь, управляемость и качество езды.
Вневременной стиль
Да, карбоновое волокно выглядит здорово, но его внешний вид пока не прошёл испытания временем, как заказная стальная рама. Сделанные вручную стальные муфты рамы, наросты сварных соединений труб и мелкие детали обеспечивают гораздо более личные ощущения, чем когда-либо смогут предложить серийные карбоновые рамы. Это все равно, что сравнивать сшитый на заказ хороший костюм из лучшей ткани - вручную, скрупулезно до мельчайших деталей и с любовью мастера-портного - с практичным, но рыночным ширпотребом.
Сделанные вручную стальные рамы от таких брендов как, например, De Rosa отражают личность владельца, сохранение им живой традиции велосипедов ручной работы, которая насчитывает более века. Типичная карбоновая рама может быть изготовлена в течение пары часов или даже меньше и анонимно выпущена с конвейера вкупе с тысячами своих близнецов. Производитель кастомных стальных велосипедов Брайан Бейлис утверждает, что каждая из его рам занимает минимум 100 часов вложенного труда в мастерской, и за 40-летнюю историю производства вы не отыщете двух одинаковых рам Baylis. В стали вы не просто покупаете велосипед, вы покупаете безвременно стильное произведение искусства.
Минимальная разница в весе
Возможно, самая большое нарекание вызывает то, что сталь намного тяжелее карбона. Но, поверьте, эта разница сильно преувеличена. Развитие технологий стало движущей силой прихода карбона в велосипедную промышленность. Карбоновые рамы действительно раздвигают границы, некоторые из них весят около 900 грамм. Но и сталь отнюдь не стояла на месте, технологии её производства также развивались. Прежде всего, это касается тонкой стенки трубы, которая обеспечивает не только большую прочность на растяжение, но и лёгкий вес.
Самая лёгкая стальная рама весит, наверное, 1300 грамм, а спецификация велосипеда та же самая, так что разница с карбоновой рамой составляет всего грамм 400. Разве это повод для того, чтобы списывать стальную раму со счетов окончательно? Вес действительно настолько важнее качества езды? Взять 80-килограммового гонщика, который спускается на 7-килограммовом велосипеде с ветреного горного перевала со скоростью под 70 км в час: готов ли он немного пожертвовать весом для более предсказуемой езды?
В других дисциплинах, таких как велокросс, где самые лёгкие велосипеды, вес, пожалуй, даже более важен, чем для шоссе, потому что нужно постоянно поднимать и тащить велосипед на своем плече. Здесь карбон, естественно, имеет изначальное преимущество перед сталью. Тем не менее, карбоновые рамы имеют очень небольшой клиренс, и когда езда напоминает борьбу в грязи, легкий карбоновый велосипед превратится в забитый грязью якорь, сделав стальной велосипед с большими зазорами изрядно легче.
Прочность
Я отчетливо помню радостное выражение на лице моего приятеля, когда он получил свою новую раму Team CSC Cervelo Soloist - это был самый счастливый день в его жизни, в жизни начинающего гонщика. Но эта радость была ничто, по сравнению с его полным унынием по возвращении с гонки, в которой он упал и сломал эту совершенно новую раму прямо на подседельной трубе. 2500 долларов на ветер только потому, что труба упала на чужой руль под неудачным углом. Стальная рама усмехнулась бы от одной только мысли об этом.
Кроме того, будьте очень осторожны при погрузке карбонового велосипеда сзади в автомобиль. Один выступающий объект тупой формы может сделать вашу новую карбоновую машину за 5 000 долларов хромее, чем скаковая лошадь с порванным сухожилием.
Что вы купите за одинаковую сумму: сделанную под заказ индивидуальную раму, подогнанную под ваш точный рост и вес, которая создана с любовью и тщательной проработкой мастером по металлу, или серийную раму, одну из тех, что, как на швейной машинке, строчат на тайваньском конвейере, ничем не выделяющуюся среди тысяч своих сестер-близняшек?
При надлежащем уходе, стальная рама, скорее всего, переживет вас, в то время как карбоновая рама вряд ли переживет задолженность по кредитной карте, в которую вы влезли для ее покупки.
В заключение
Из всех вышеупомянутых причин, самой значимой для меня является долговечность. За велосипед вы выкладываете немалые деньги. На этом велосипеде вы будете ездить каждый день (оптимистично) и пару выходных в месяц участвовать в соревнованиях (ещё более оптимистично). Если у вас, как и у большинства обычных людей в этом мире, ограниченное количество денег, вы, естественно, хотите велосипед, который будет прочным и надёжным как можно дольше, чтобы, как минимум, когда вы с ним закончите, вы могли бы продать его кому-то ещё с чистой совестью, зная, что он принесёт новому владельцу удовольствие на ближайшие годы.
Владение карбоновым велосипедом в некоторых ситуациях имеет смысл. Например, если вы получите безумно щедрое предложение от спонсора или вы профессиональный гонщик в команде ПроТура и вам подают на блюдечке бесплатные велосипеды каждый месяц. В таких ситуациях долговечность теряет актуальность, потому что вы или продадите велосипед после одного сезона, или постоянно ездите на новой раме бесплатно.
Но если ваша цель купить шоссейный велосипед, который прослужит по крайней мере от 5 до 10 лет, вы просто обязаны присмотреться к стальной раме, которая действительно откроет вам глаза на красоту и практичность стали как добросовестного гоночного материала.
Читайте также: