Титан и его сплавы в области производства велосипедов

С изменением восприятия людей функциональности велосипеда, особенно в связи с усилением соревновательного велоспорта, производители велосипедов постоянно ищут новые материалы с низким весом и высокой прочностью, и титан привлекает их внимание.

Каждый год в мире проводится выставка велосипедов, самой известной из которых является международная выставка в Милане, Италия, и Кёльне, Германия. Впервые детали велосипеда из титана можно было увидеть на выставке в Милане в ноябре 1975 года. На этой выставке итальянская компания велосипедов Bianchi представила шоссейный велосипед с полностью титановой рамой, вес которой всего 6,6 кг, что вызвало настоящий фурор.

Еще в начале 70-х годов компании Karl Kovar из Германии, Tioga Titanium из США, и Spécialités TA из Великобритании уже занимались изготовлением титановых рам. Однако из-за того, что технологии обработки и сварки титановых деталей для велосипедов тогда еще не были развиты, они не смогли начать серийное производство. В 80-е годы с развитием науки и техники появились различные части велосипеда, среди которых стали активно использовать титан.

Состояние применения титана в велосипедной промышленности

С учетом функций каждой части велосипеда, его можно разделить на 13 частей: корпус, управление, привод, передвижение, передачи, тормоза, сиденье, нагрузка, стойка, сигнал, освещение, аксессуары и соединительные элементы. Среди них корпус включает в себя раму, вилку, рулевую трубу, подвеску, седло и брызговик. Эта часть, вес которой составляет примерно 27% от общего веса велосипеда. Привод включает в себя звездочки, коленчатый вал, педали, цепь, маховик и картер цепи, и его вес составляет примерно 22% от общего веса велосипеда. Передвижение включает в себя покрышки, камеры, обода, спицы, втулки и весит примерно 24% от общего веса велосипеда. Таким образом, суммарный вес корпуса, привода и передвижения, т. е. эти трех частей велосипеда, составляет более 70% от общего веса велосипеда.

Поэтому задача титановой модернизации с целью уменьшения веса велосипеда начинается с этих трех частей. После более чем десяти лет исследований и разработок некоторые детали уже были модифицированы с использованием титана.

Ниже представлен обзор текущего состояния производства титановых деталей для велосипедов.

1. Корпус

Основное внимание в этой области уделяется раме, потому что рама - это самая крупная и важная деталь велосипеда. Основные технические данные титановой рамы легкого малогабаритного велосипеда, производимого в Японии, представлены в таблице 1. Основной трудностью является обработка и сварка титановых труб, особенно технология сварки. В начале 70-х годов компания Nichibei Fuji Cycle начала исследования и разработку титановой рамы, но долгое время не могла осуществить массовое производство. Теперь эта компания решила проблемы сварки труб верхней и нижней трубы, а также других труб различных форм и создала возможность массового производства титановых рам как для обычных велосипедов, так и для гоночных велосипедов. Кроме того, компания разработала методы ковки для вилки и заднего пера.

**Таблица 1: Основные характеристики титановой рамы**

2. Привод

Особенностью этой части велосипедных компонентов является их маленький размер и большое количество, и в настоящее время большинство из них могут быть изготовлены из титана.

1) Коленчатый вал

Вес сборки коленчатого вала, состоящей из титанового коленчатого вала, винта коленчатого вала, подшипников и вкладышей подшипников, составляет 185 г, в то время как вес стальной сборки коленчатого вала такого же размера составляет 290 г.

2) Вал педали

Вес титанового вала педали составляет 100 г, в то время как вес стального вала педали составляет 170 г.

3) Цепь

Вес цепи зависит от количества звеньев цепи. Вес стальной цепи с 114 звеньями составляет 385 г, вес нержавеющей стальной цепи с 112 звеньями - 365 г, а вес титановой цепи с 112 звеньями всего 265 г. Для удовлетворения более строгих требований к эксплуатационным условиям, люди с нетерпением ждут разработки титановой цепи.

4) Маховик

В настоящее время в Японии уже есть в продаже многоскоростной титановый маховик в сочетании с сталью.

3. Ходовая часть

1) Обода

Высококачественные титановые обода, изготовленные из стальных труб, в настоящее время используются только для гоночных велосипедов. До появления титановых ободов использовались алюминиевые. Однако с 1983 года Японское общество по велосипедному развитию определило титановые трубчатые обода как обода для гоночных велосипедов, и к 1987 году в Японии было использовано почти десять тысяч титановых ободов. Японская компания Shin Nippon Koki использует тонкие сварные титановые трубы. После тщательной обработки под давлением они изготавливают круглые изделия с диаметром 1996 мм и дополнительными соединениями в местах разреза, после чего, производится полное соединение. Затем следует полировка поверхности, а затем отверстия просверливаются в соответствии с установленным количеством спиц (36, 32, 28). Вес такого титанового обода составляет всего 300 г.

2) Спицы

Вес одной титановой проволоки для обычного велосипеда составляет 4,6 г, диаметр - 2 мм. Ее форма также полностью совпадает с формой стальной проволоки, прочность на растяжение - 676 МПа, что примерно эквивалентно марке TA3 в Китае.

4. Часть управления

Основной компонент этой части - руль.

У велосипедного руля три формы: снизу изогнутый, плоский и сверху изогнутый.

Диаметр трубы, используемой для велосипедного руля, обычно имеет два стандартных размера: 22 мм и 23,8 мм.

Вес нижнего изогнутого руля, сделанного компанией M из титановой трубы весом 23,8 мм, толщиной стенки 1,2 мм, весит 1985 год.

5. Другие титановые изделия

Помимо упомянутых велосипедных компонентов, в настоящее время также возможно производство титановых тормозов, больших зубчатых колес, седел, тормозных колодок и других деталей, а также болтов, гаек и других соединительных элементов. Компания Shimano начала производить велосипедные компоненты из титана с 1973 года, и на данный момент ее различные титановые детали для велосипедов продается по всему миру. Они включают в себя втулки, маховики, звездочки, коленчатые валы, подставки, педали, направляющие колеса, картриджные тормоза и многое другое.

Компания заявляет, что замена стальных деталей, таких как звездочки, коленчатые валы, маховики и устройства для направления цепи, титановыми деталями позволяет снизить вес на 50% -60%.