山地自行车：框架，零件，历史

这是一个十年的制作，但山地自行车已经成为许多人的热情。随着这种激情，它也成为了从A点到B的最具环境方式。它在过去十年中经历了一个非常激烈的演变过程。这一切都始于来自加利福尼亚州的一些人，他们在休息日骑自行车，他们修改了他们的自行车并将他们的爱好转变为全球现象。山地自行车的迅速增长受到社会和经济局势的影响，通过骑自行车骑手的需要的技术改进。在加利福尼亚州长海滩的一辆自行车公约中引入了山地自行车，于1980年初恰逢骑自行车，综合技术优势，易于护理和多用途使用。在介绍世界后，技术进步极快。进展使骑乘山地自行车更容易，这使得骑手可以探索新地形。我希望这份报告能够提供有关山地自行车主题的一些信息，以及自行车已经经历的技术进步，以及山地自行车的未来可能是什么。道路骑自行车已经超过一百年来发展到今天的自行车上的框架。由于山地自行车的越来越受欢迎，所以对进步的需求已经很快。在过去十年中，山地自行车的演变一直是暴风雨。 Within one decade the design has changed radically; this is due to three reasons. First, because geometry and design were copied from the first “Stone-Age bikes”; second, because off-road riding created different problems ;and third, because innovative frame design mirrored the “spirit of the times”: young, new, dynamic, and strong. The off-road bike required extra stability.

框架

重要的是要知道基本框架几何和如何测量它。管长度和角度的组合不仅确定了自行车的机动性，还决定了座位位置和动力的转移。耳机角度为1°的差异，或底部支架的后轮轴和中心之间的距离的1'（2cm）差异，可能具有非常严重的后果。

框架几何

框架几何的基本元素是：座管的A高度;顶管的B-长度;C-座管角度;D-耳机 - 管角度;e-trail，后轮轴和底部支架之间的f远距离;前轮轴和底部支架之间的距离;H-FAWNBASE;i-底部支架的高度;J-茎角;耳机管的k-长度。

A.座管高度

这是由骑自行车的局部内部的长度决定的。由于不同的框架设计和不同制造商使用的不同施工方法，这种测量才具有很小的重要性。

上管的长度

这个长度应对应于骑手的行李箱（从座椅到肩部的长度）。搭乘山地自行车此测量应增加几英寸。这增加了两个轴之间的距离，这增加了骑行舒适性，并且可以直接稳定。有时顶管略微倾斜，这是因为一些自行车框架设计得如此高，并且倾斜的顶管使得更容易拆卸。

C.座管角度

这个角度基本上决定了自行车如何处理。如今，座管的标准将设定为72°至73°角。在69°到71°，是骑行更舒适，但更锐角的角度会增加自行车的敏捷性和攀登能力。

d . Headset-Tube角

与叉子和踪迹一起，耳机管角度决定了自行车的转向特性。陡峭的角度与弯曲的叉子一起在转向时更敏感地反应;平坦的角度敏感地反应不太反应。在过去，该角度设定在68°，但今天耳机管的标准角度为71°。

E.踪迹

小径是从耳机中心到地板的两个点之间的距离，并且通过从前轴的中心到地板的线的延伸。该距离取决于叉的曲率和耳机管的角度。更长的小道使得易于转向;短路径使自行车能够快速地对车把的每一个运动反应。

F.后轮车轴与底部支架之间的距离

距离越长，骑行越舒适。较短的距离会产生“活泼的动作”和良好的攀爬能力。从底部支架到山地自行车的后轮的平均跨度是17英寸（43厘米）。

G.前轮车轴与下支架之间的距离

该距离确定了脚趾间隙的量。脚趾清除意味着前轮胎和骑手鞋的尖端从未接触到骑手踏板并同时转动。为此，测量前轮轮毂处的轴的中心和底部支架轴的中心之间的距离。

H. Wheelbase.

这是前轮和后轮轴中心之间的距离。长轴距便于操作和良好的直行行驶。较短的轴距使操作灵敏。

一、底部支架高度

这是底部支架轴的地板和中心之间的距离。较低的底部支架使自行车更具可动性;升高的底部支架意味着更稳定，更好的直直骑行。非常高的底部支架使其更容易清除障碍物。

j .阀杆角

这个角度是由耳机管的倾角决定的。更宽的角度会让你乘坐起来更轻松、更舒适。较窄的角度给人一种“运动”的感觉。为了舒适的驾驶，角度应该设置在15°到25°之间，对于车手来说，角度应该在0°到10°之间。

K.茎的长度

较长的耳机（杆）将在前轮和后轮之间更均匀地分配骑车者的重量。在赛车自行车上更常见的耳机管更长。长耳机管是关于

51/8″至6″(13至15厘米);短管长度在4″到43/4″(10到12厘米)之间。所有的测量数据，以及它们之间的关系，定义了一辆自行车的特征。解释车架尺寸的能力可以让人预测自行车的机动性，并让骑自行车的人决定自行车是否能达到他的预期。

管材

现在使用的山地车90%以上是由钢管制成的。钢管全部由优质的合金钢制成。添加了其他物质，确保框架没有问题，同时具有高度的稳定性和灵活性。尽管钢管质量上乘，但它们有一个主要缺点，那就是重量。由于重量是山地车的基本问题之一，人们一直在寻找一种既轻又结实的材料。在过去的几年里，铝已经迅速成为管材的首选。十年前，铝还是一种“异域”金属，今天用这个词来形容钛。碳纤维和凯夫拉尔纤维的使用也越来越多地用于自行车框架的建造。近年来，这些材料已被用于除飞机工业以外的更多行业，使它们更便宜。如今建筑商使用这些材料是因为它们的质量:重量轻，弹性好，两者结合起来强度都很好。 Because the tube materials play such an important role in the way a bike reacts and feels it is important for a buyer to know what the bike frame is made from. It is also important to know the advantages and disadvantages of each of the materials.

钢

自从山地车发明以来，车架制造商就使用不同厚度的铬钼钢来制造高质量的自行车。两种最常用的钢合金是25-CrMo4和34-CrMo4。对于25- crmo4, 25意味着它含有25%的碳(碳使钢抗拉，并起到防止变形的作用);CrMo4表明增加了多少改善钢质量的物质(铬和钼)。锰钼是另一种可能加入的合金。所有这些合金都能达到很好的抗断裂强度。高质量的钢管有无缝接头，它们的端部已经加强或“对接”。高质量的CrMo管壁的强度提高了两倍。对接管是最强的点，在两个管连接，并是最弱的在管的中间。钢管的优点是它是一种相对便宜的金属。 The soldering the tubes produces strong, stable connections. Steel also tolerates a great deal of stress before it starts to break down. There are two disadvantages of using a steel frame: it’s weight and it’s susceptibility to corrosion. The fight against rust is endless; also, a search for a material that is light is still an ongoing process. Despite these shortcomings steel remains the most reliable material for the frame industry.

铝

近年来，使用铝使自行车框架迅速增加。为了使铝制自行车框架有用，必须生产合金。每次增加铜，镁，锌，锰，硅和钛;所有这些都增加了铝的强度。铝具有非常高的破损抵抗力。然而，铝的最大负载能力（在永久变形之前通过材料容忍的压力量）不如Crmo钢的那么高。因此，通过加宽铝管的壁的直径，可以增加铝的强度。铝的缺点是高品质铝的价格高于钢材价格高，但根据用于连接管的方法，铝框架需要更多的时间来制造，这反过来意味着它更加成本买家。用昂贵的套管粘合或拧紧管子，或者它们一起焊接在一起。 Both methods are expensive and time consuming. Although aluminum tubing has only one-third of the rigidity of steel, when the diameter of aluminum tubes is doubled, the amount of rigidity is not simply twice but eight times higher. Another disadvantage of aluminum is its torsion strength. To improve the torsion strength of the aluminum the thickness of the wall was increased, this however, defeats aluminum’s weight advantage. The advantages that aluminum tubing for bike frames are that aluminum alloys is rust-free, they absorb shocks five times better than steel, and they’re light. Because the aluminum absorbs shock better than steel, the result is a more comfortable ride. Because of these reasons, the aluminum tubed bike frame is being used more and more frequently in the industry.

钛

这种材料通常在战斗机上使用，但现在正在用于山地自行车框架。由于其优越的力量与其重量，成品框架非常轻，非常强烈。在过去的钛之后在脆弱之后转动，导致在重负载下的小裂缝。使用它的金属组合的调整，钛的合金，现在强于钢。该框架材料的问题是其价格及其复杂的制造过程，但是合金和生产问题解决了，而且与新的焊接技术一起，钛框架的生产变得更加容易。钛的高价格是钛的最大劣势。钛是CRMO钢是昂贵的三倍。削弱钢和铝的焊接方法几乎没有对钛的影响。在过去，有必要在真空室中进行焊接以保护材料对氧气。良好的钛合金具有与钢大致相同的强度，但它仅实现了钢铁刚性的60％。 This problem is also solved by increasing the diameter of the tube. A high torsion strength is titanium’s greatest advantage, a problem that was solved by making the walls of the tube thicker. Also, titanium is rust-free and is 40% lighter than steel.

碳纤维

山地自行车框架的未来是纤维和树脂。钢，铝和钛的碳管的优越性不再是山地自行车骑手的秘密。这种材料提供了良好的骑行舒适度，刚性增加和惊人的减震。两种类型的管脱颖而出：圆形管与铝套管和一体式单胶片框架粘合在一起。除碳纤维外，制造商还使用玻璃纤维，石墨纤维，凯夫拉和光谱。在制造过程中，使得纤维的正确，多向布置的制造过程中是重要的，以增加扭转应力。在暴露于重载时，碳纤维管的裂缝差异很差。碳纤维框架只有两个小缺点。一个是它比钢框架多约四到五倍，另一个是单胶片框架具有非常有限的尺寸。除了那些更好的地方。 Carbon-fibre frames are three times stronger than steel frames, and have 35% more rigidity. They are also well protected from corrosion. Carbon tubes are 20% lighter than steel tubes; the sleeves used for joining the tubes add some weight, however, carbon frames are still 60% lighter than steel frames. Their excellent ability to absorb shocks (the energy flow of the shocks is diffused by traveling from fibre to fibre) doesn’t diminish the frame’s rigidity. Carbon-fibre is considered to be the ultimate material for frame tubes.

悬架

近年来山地车的趋势是配备悬挂系统。然而，在所有与悬挂有关的问题被解决之前，还需要一些时间。对某种悬架的高需求是因为山地车的材料必须承受沉重的负荷。到目前为止，解决方案是增加框架的刚度，但加强材料妥协舒适度。现在山地车的解决方案是在车轮上增加悬挂装置。悬挂系统最初是在赛车上使用的，但由于山地车要经过严酷的条件，所以在山地车上安装悬挂系统只是时间问题。

前减震器

前震是假震器的创造，他们设计了“摇滚肖克斯”。这种类型的悬架类似于摩托车源叉的悬架。该悬架由铝叉冠组成，其中两个伸缩刀片在压力下彼此滑入。叶片是由铝或钢制成的。弹簧动作的距离约为21/8“（5.5cm）。可以调整张力程度。有两种方法可以吸收冲击：油压或空气压悬架，或弹簧和油。塑料部件也可以提供良好的效果。配备前轮减震器的自行车不会与地面失去接触，允许更多的控制，从而使得能够以更高的速度驱动。然而，这种优势仅在高速骑行时才能发挥作用，并且在快速连续时发生冲击时。 Suspension prevents shocks from reaching the tire, and thereby prevents damage to the rim; rims aren’t as easily deformed. The greatest disadvantage is the change in the geometry of the bike. The steering-tube angle gets smaller, anywhere from 2° to 2.5°; the trail gets larger, which changes the handling of the bike from characteristically quick to a “sluggish” steering reaction. Add to this the additional weight of the shock absorber. A fork with a shock is around 171/4 oz. to 21/4 lbs (500 to 1000 g) more than a Unicrown or switchblade fork. Suspension forks are particularly useful for a biker who doesn’t or can’t avoid obstacles and when riding at high speeds is the goal of the rider, like in racing competition, and especially in downhill races. For the average biker the suspension system won’t become useful until the system has been improved to: 1. Minimize geometrical changes; 2. Design the suspension in such a way that it can be turned on or off as circumstances require; 3. Reduce weight.

后轮悬架

在前轮悬挂系统获得认可后，工程师为后轮设计悬挂系统只是时间问题。这被认为是一项雄心勃勃的任务，因为这意味着危及后车架的稳定性，这是车架结构的重要组成部分。在1990年底，Cannondale, Offroad和Gary Fisher推出了第一款后轮悬挂系统。Cannondale和Offroad使用了类似的系统。他们都有提升链保持提供横向摇摆，枢轴点位于座位管的前面。坎农代尔使用油压悬挂，越野后框架保护冲击塑料装置。这些悬架系统制作和设计都很好，但它们也带来了一些问题:后车架僵硬的横臂结构降低了横向稳定性;通过增加减震器来干扰重要的后车架几何形状，也会对自行车的横向稳定性造成相当大的损失，改变自行车的骑行性。加里·费希尔(Gary Fisher)安装了塑料装置来吸收冲击。它们位于底部支架的后面。 Chain tension, however, makes the rear frame more rigid (due to the lowered seat-stay position); traction is not affected. Rear-wheel suspension is great for riding downhill, because potholes are smoothed out, and tires are protected from severe punishment. However, uphill riding can be an ordeal when the rear of the frame bounces with every pedal stroke. This can drain the energy from the rider quite rapidly. A bike equipped with rear-suspension is also heavier. At this time no satisfactory solution has been found; the many different versions are all still in the experimental stages. This technology is still recent and still has room for improvement. A rear-wheel suspension that is standard to most bikes has not yet been found.

齿轮

移位和动力传动系统发生了巨大的演变。如今，四种不同的换档方法可供选择：单次换档，双换档，旋转 - 握把和握力。所有四个系统都不同。他们所以共同的一件事是他们都是索引的。前后拨链器的功能已达到高标准，技术和功能性。结合许多齿轮位置，这是（此时）最完美的齿轮移位系统。唯一的缺点是它需要经常关注和调整。在索引系统的发明之前平滑地旋转齿轮，真正困难。这是一个缓慢学习的过程，只有专业人士知道如何正确做到这一点。然而，索引系统甚至是新手骑车者甚至可以掌握换档齿轮的艺术，并且容易。 The indexed system has a built-in mechanism that enables the derailleur to move in such a way that the chain rests securely on the chain ring as well as on the sprockets.

单个移位器

今天，如过去，单个移位器是大多数骑自行车的人更喜欢的转换器。它靠近手柄，顶部安装，这一个是最轻（51/4盎司或150克），然后达到90°的每个链轮。该系统还可以使索引系统脱离，因此在困难的情况下，可以使用摩擦系统手动使用齿轮和拨链器。唯一的缺点是杠杆的位置并不是符合人体工程学的。每次必须移位时，拇指必须在把手上方向上移动。然而，单个移位器系统对于所有赛车骑自行车都是优选的。

双重移位器

出于人体工程学的原因，一些专业的山地车赛车手，将变速杆移到车把下面。控制杆工作得很好，骑自行车的人把控制杆从自己身上推开。问题是它把它拉回来了。为了解决这个问题，在1989年引入了双移频器。移位器被分成两个独立的杠杆。下面的杠杆将链条移动到一个较大的链轮上，上面的杠杆将链条移动到一个较小的链轮上。整个过程变得更加复杂;而不是使用一个杠杆在两个方向上进行一次运动;现在，两个动作，在两个方向上使用两个杠杆是必要的。即使是训练有素的骑手，要想换挡，也必须学会整个新程序。 despite the improved position of the shifter the double shifter system has a disadvantage; although by using the lower lever the largest sprocket or chain ring can be reached, to shift to a smaller sprocket (to the right), it’s necessary to push the lever six or seven times, causing a slight slowdown. Although it is a minor inconvenience for the recreational biker, it is a concern for mountain bike racers.

旋转抓握移位器

直径为7/8“（22.2和22.7 mm）的手柄杆配有61/4”（16厘米）的长旋转握把，内部或三个机制。由压力激活的弹簧导致机构拧紧或松开齿轮电缆。为了转向另一个档位，必须旋转握把。拨号让骑手知道链条骑行的链轮。每个链轮都可以在90°转动的转换器内到达。后来制造旋转夹具内的杠杆，以防止齿轮在粗糙的地形中跳跃时跳跃。尽管换档器的完美符合人体工程学，但它确实有两个缺点;越来越多的车把配件留下了用于安装新的空间，并且不能完全消除意外移位。

握班

“手柄转换”是一个系统，可以安装在几个不同的地方的把手。一个21/8″(5.5厘米)宽、13/4″厚的旋转环可以安装在握把的内部或外部，并用于任何有7/8″直径(22,22.6)的把手。该系统有一个复杂的系统，由三个环杯组成，它们在彼此内部转动，通过将齿轮电缆拉过一个楔子来收紧和放松齿轮电缆。唯一的缺点是270°转弯半径是需要达到整个链轮。它最大的优点是重量轻。只有2盎司(66克)的“抓地力Shift”甚至比单移位器轻。如果需要，还可以添加其他车把配件。

前炸弹

前炸弹仪运输链环。这由链条引导件完成，链条引导件可以通过电缆从侧向侧移动，并且用缩回弹簧移动回。索引系统也用拨链器功能，但仍需要进一步改进。链条摩擦靠在笼子上，必须在移位器上调整。虽然在换档器中非常容易，但它与旋转握换刀更加复杂。调整不会持续，并且需要频繁的关注。这是关于旋转握换档器的主要抱怨。

后炸弹仪

为了适应齿轮的广泛安排，山地车的链壳必须比公路自行车长得多。链条壳必须容纳最大的链轮。最流行的机构类型是“斜”机构，几乎所有的后变速器都是根据这个模型建造的。随着倾斜的机构，一个更好的功能转换系统已经进化，因为引导滑轮在每个链轮在相同的距离来回“漫游”。

刹车

制动器是山地自行车演变中唯一没有显着改变的组件。如今，简单的悬臂制动系统已经证明越野骑行最可靠。然而，未来属于盘式制动器，此时仍在进行试验和错误时期。盘式制动器的概念对于山地骑自行车的人感到兴趣，因为山地骑自行车对制动器提出了如此巨大的需求。这些要求最好是由盘式制动器提供的三种原因：第一，盘式制动器允许脂肪轮胎的空间量，使泥浆积累不会产生问题;其次，制动器应尽可能少;第三，它们必须在潮湿和干燥条件下起作用。但首先，我们必须学习基本，仍然是最常见的制动系统类型。

悬臂刹车

最好的系统也是一个简单的系统，也是一个有效的系统。悬臂制动是一个完美的例子。具有制动鞋的两个可移动的制动臂安装在焊接到座椅停留的凸台上，或者链接。在许多模型上，两个制动臂都通过电缆连接。在电缆的末端，在车把上的制动杆上起始，是连接线的电缆载体。链接电缆可以在左侧或右制动载体断开连接。这释放张力并允许移除前轮的后部。在较新的型号上，来自制动杆的制动电缆直接连接到制动臂之一，并由圆形电缆载体引导，连接到另一个制动臂。在传统的悬臂制动器上，制动臂延伸到外部，以获得最佳杠杆。有时这导致骑车者的脚与制动臂接触。 This problem was solved by “Low Profile” brakes. Brake arms became longer, but the angles became much tighter. The Pedersen cantilever brake makes use of the direction of the rim rotation to give more power to the brake shoes. The brake shoes are pulled in the direction of the wheel’s forward movement, creating a correspondingly higher brake action. When releasing the brake shoes, a spring action pulls them back into the neutral position, which results in an energy saving of 20%.

刹车鞋

大多数刹车蹄是由一种坚硬的、耐磨的特殊材料制成的，这种材料由硫化橡胶类塑料组成，多年来一直在不断改进。由合成橡胶和酚醛树脂制成的新组合增加了减速，但总的来说，当轮辋潮湿时，它们会失去大量的效力。轮辋湿时的有效性是所有轮辋刹车的最大缺点。在缆索承载系统中，由于轮辋成为制动器的一部分，制动器的有效性在很大程度上取决于轮辋的表面状况。最新的轮辋在外部有一层陶瓷，这提高了在所有天气条件下刹车的有效性。

液压刹车系统

液压制动器由聚酰胺制成的封闭油管操作。施加在刹车杆上的压力转移到气缸和刹车蹄上。尽管有许多优点，这些制动器的使用越来越少，尽管最后一个缺点已经消除了。缺点是为了卸下轮子，你必须让轮胎的气排出。这个问题通过设计一个刹车来解决，这样刹车臂就可以打开，这样车轮就可以在不放气的情况下被取下。

碟式刹车

尽管悬臂式制动器有良好的跟踪记录，但对有效盘式制动器系统的研究已经开始。加州一家新成立的自行车公司Mountain Cycles于1990年推出了一种液压“Pro Stop”盘式刹车系统。铝盘(位于轮毂)有由低温纤维材料制成的刹车蹄。这些制动蹄以一种“夹紧”的方式夹住刹车盘。刹车蹄和铝盘在潮湿条件下不会失去动力。动力从手的压力完美地转移到刹车蹄。这些盘式制动器是与前轮悬挂系统联合开发的。它们的重量包括叉子是53/4磅(2.6公斤)。这个系统也可以安装在传统的独角兽叉子上。

制动杆

自从山地车发明以来，刹车杆就一直在使用。多年来，它在人体工程学、尺寸、重量和性能方面都得到了改进。杠杆拉动一根刹车线，把悬臂的刹车臂的拉动作用转移到刹车蹄上。在发现仅用两个手指就能操作时，杠杆被缩短了。还有一个带滚轮机构的刹车杆，称为“伺服波”。当使用这个杠杆时，枢轴点改变了与电缆载体的关系，这导致闸瓦更接近轮辋。刹车蹄离轮辋越近，从杠杆到刹车蹄的动力传递就越有效。所有这些都是在把手上的刹车杆上施加最小的压力完成的。