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車架應(yīng)該選擇什么材料

2025China.cn   2009年02月24日

目前,CFRP(碳素纖維增 強(qiáng)塑料)已漸漸地成為賽車車架的主流。對于摩托車車架來說,通常由鋁、鋼或者合金焊接制作而成,碳素纖維僅僅用于一些特別昂貴或者定制車架。隨著摩托車技術(shù)的發(fā)展,車架材質(zhì)也不斷改進(jìn),結(jié)構(gòu)越來越輕巧。在不久的將來,合金也可能成為車架主要材料,不過車架材料和車架制作方法有很大關(guān)聯(lián)。

 

對于越野自行車(山地車)來說,已從鋼管逐步演變到鋁、鈦、碳纖維(即CFRP)。摩托車雖然有實(shí)驗(yàn)性的鈦合金和碳素纖維增強(qiáng)塑料車架,但到目前為止,在材料的應(yīng)用上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于自行車和山地車。

 

鋁是迄今為止最好的山地車車架材料,嚴(yán)格地說,在懸掛出現(xiàn)前,鈦因輕巧耐用和所具有的固有彈性(可以吸收山地長途行駛中產(chǎn)生的震動(dòng))而成為最好的車架材料,而鋼則是僅次于鈦的車架材料,其價(jià)格相對比較便宜,且具有和鈦一樣的固有彈性。如維護(hù)適當(dāng)?shù)脑?,其使用壽命?huì)很長。

 

隨著車架懸掛的出現(xiàn),鈦和鋼本身固有彈性所具有的優(yōu)勢蕩然無存。懸掛所用的襯套和連接結(jié)構(gòu)只能使用最小的側(cè)力來作用,否則會(huì)引起車架的彎曲變形。如果希望懸掛效果完美,車架的剛性必須很好。也許你覺得增強(qiáng)車架剛性非常容易,給車架多加點(diǎn)材料就行了,這對鋁制車架來說,多加材料是很好的方法;而對鋼車架來說,增加材料會(huì)使其非常沉重;對鈦車架來說,增加材料產(chǎn)生的效果比鋁車架要差,不過比鋼車架稍好。通常增強(qiáng)車架剛性需要很多艱辛的工作,而且車架不可能無限制地輕。

 

對于越野車來說,其可以選用上述任一種材料,整車的所有功率需要傳輸?shù)芥湕l上,這需要車架具有很好的剛性,而且整車需要保持較輕的重量,鋁便成為越野車最常用的車架材料,它很少會(huì)彎曲變形,但如果重量過輕的話,車架容易產(chǎn)生裂縫,這也表明多數(shù)鋁車架最終會(huì)失效,而且車架重量越輕,失效得越快。鋁的這種特性非常令人討厭,當(dāng)然,堅(jiān)毅的越野賽車手們不會(huì)因此而感到憂慮,對他們來說,不僅希望知道到底什么樣的車架材料最好,而且他們也不想長久使用同一輛舊山地車。

 

對于整天進(jìn)行猛烈行駛的駕駛者來說有許多選擇,在經(jīng)濟(jì)條件允許且不擔(dān)心維修的情況下,可以選擇使用具有懸掛結(jié)構(gòu)的鋁車架,但即使配置一個(gè)懸掛座墊桿,當(dāng)你站在腳蹬上行駛時(shí),仍然很易被弄傷,。當(dāng)然碳素纖維材料車架剛性很好且重量很輕,也可選擇使用。鋼則是長途賽車的最佳選擇,憑其具有的固有彈性,較長的使用壽命和低廉的價(jià)格,使其在所有材料里脫穎而出。

 

對于跨越式行駛用車架來說,強(qiáng)度則是一切,顯然碳素纖維很難讓人放心。由于重量并不是需要考慮的關(guān)鍵因素,因此也不必選用昂貴的鈦材料。在鋼和鋁中,鋼被更多地選用。在所有大公司成立后的3年左右時(shí)間內(nèi),其用于產(chǎn)品制作的材料都是鋼,相比其它材料來說,鋼也更易于組裝到一起。

 

對于摩托車來說,以往鋁制車架從懸抱車架開始,到雙管車架成為主流,并一躍成為越野車車架的主流,鋁制車架首選量產(chǎn)的是日本的鈴木RG250。一直拘泥于延續(xù)懸抱車架的鈴木GSX-R75也最終演變成雙管車架。鋁制車架不同于具有較高強(qiáng)度和韌性的鋼管車架,在韌性和回復(fù)性方面表現(xiàn)銷差,但在重量和彈性上有較大的優(yōu)越性,故成為高性能越野車的基本型式。

 

鋁制車的制作方法是將鋁板材料壓制成型,或?qū)嗝嬷瞥蓤A形、角狀或目字形,總之都是采取以彎曲管狀物的方式來制作車架。當(dāng)然,像本田的SPADA250鑄造車架 也無可厚非,其形狀也非常地單純。但像鳥籠一樣用許多小口徑管構(gòu)成的復(fù)雜設(shè)計(jì)已經(jīng)不流行了。

 

杜卡迪L型雙缸仍持續(xù)致力于圓形切面的鋼管車架,并一直保持了摩托車的高性能。杜卡迪916絕美的鋼梁車架證明了鐵合金在現(xiàn)代仍是最先進(jìn)的科技,具有輕量和高韌性的優(yōu)點(diǎn)。

 

鋼管車架中的多半是大斷面脊背車架以及雙懸抱車架。意大利BIMOTA(比莫塔)的DBONE輕量車架正是最佳代表作,車架本身的單體重量只有5kg,但它被撞扁的機(jī)率也隨之提高了許多,即在摔車或沖擊時(shí),車架變形或彎曲的情況會(huì)比較嚴(yán)重,所以設(shè)計(jì)者必須具備有將傷害減到最低限度的能力。

 

鋼、鋁、鈦等金屬車架都是將壓裝成形的各部分材料熔接而組成的,最新的潮流更傾向于將支撐座位、擋泥板等次要零件用螺栓來組合,將車架的主體和副體分開來。如果主車架用鋁制,而副車架用鋼制,兩者是無法直接焊接的。在主車架為鋁或鋼而副車架采用FRPCFRP的無大梁式結(jié)構(gòu)(以座位蓋或側(cè)蓋來作為強(qiáng)度支撐面)的時(shí)候,也有采用螺栓來支撐的方式。當(dāng)然在不能相互焊接的金屬類組合或金屬和塑膠的組合上,也可以采用接合的方式。

 

如果摩托車的車架采用CFRP材料,又會(huì)是怎樣的情形呢?所謂碳素纖維增強(qiáng)塑料是指將碳纖維與塑膠混合,車架就按照其要制作的形狀將碳纖維加入塑膠糊中凝固。如此制作出來的量產(chǎn)車架,如果不是形狀單純的圓形斷面管,就很難辦了,就像量產(chǎn)釣魚桿或自行車,在有角度處用金屬把手來結(jié)合,以增大強(qiáng)度,但這種方法無法實(shí)行規(guī)?;a(chǎn)。

 

據(jù)報(bào)道,對自行車來說,用力踩腳踏的時(shí)候,車架的柔軟度非常重要,而材質(zhì)的柔軟度排序依次為:鋼材最好,其次是碳素纖維增強(qiáng)塑料、鈦,最后是鋁。而鈦和碳素纖維增強(qiáng)塑料一直以來因具有較好的彈性而得到廣泛地應(yīng)用。鋁在柔軟度方面確實(shí)有待加強(qiáng),直到現(xiàn)在,仍采用在雙管鋁制車架內(nèi)側(cè)開洞或堵塞等方法來改善柔軟度。在道路賽車世界里,追求高速行駛所作的努力一直沒有停止過,例如對一邊硬踩著剎車,一邊進(jìn)入彎道的賽車手來說,就用車頭周圍及擺動(dòng)旋軸等補(bǔ)強(qiáng)手法來彌補(bǔ)。如此一來,與其追求車架采用哪一種材質(zhì),倒不如深入研究采用哪一種材質(zhì)補(bǔ)強(qiáng)最適合。

 

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