Vázanyagok 1. rész Merevség, szakítószilárdság, súly

Hallottad már a következőket?

  • Az alumínium vázak rázósabbak rossz utakon.
  • A titán vázak lágyak és hajlékonyak.
  • Az acél vázak idővel elvesztik ruganyosságukat, de sokkal kényelmesebbek, mint az alumíniumból készültek.

A fent példának hozott összes állítás egyformán hamis. A valóság az, hogy mindhárom anyagból lehet kiváló kerékpárvázat készíteni, és akármilyen tulajdonságokkal fel lehet ruházni őket azzal, hogy megváltoztatjuk akár a vázcsövek átmérőjét, falvastagságát, vagy a váz geometriáját.

Merevség, szakítószilárdság és súly

A merevség és a szakítószilárdság két teljesen más anyag szerkezettani tulajdonság, mégis gyakran összekeverik őket. Ha meg akarod érteni a különböző anyagok tulajdonságai közötti eltéréseket, akkor nagyon fontos, hogy tudd, mi a különbség ezek között.

Ha egy fém rúd egyik végét vízszintesen a satuba fogod, a másik végére pedig egy súlyt akasztasz, a fém rúd valamilyen mértékben meghajlik. Ha a súlyt leveszed, akkor a szabad vég visszaugrik az eredeti állapotba. Különböző anyagok másképp reagálnak erre a kísérletre. Van, amelyik azonos paraméterek (súly) mellett jobban meghajlik, van amelyik kevésbé. Ezt a tulajdonságot hívjuk merevségnek.

Most helyezz egy olyan nagy súlyt a rúd végére, amitől véglegesen elhajlik. A rúd elgörbült, tehát megváltoztatta a formáját. A legkisebb terhelés, amitől ez végbemegy, az adott anyag elasztikus határértékét jelenti. Különböző anyagok, más-más terhelésnél érik el ezt a határértéket.

A merevség nagyban befolyásolja a kerékpározás szubjektív érzését. Az anyag minden esetben visszaalakul eredeti formájába, ezért semmilyen károsodást nem szenved ettől a mozgástól. Az egyes anyagok elasztikus tulajdonságai még akkor is majdnem változatlanok, ha ötvözzük azokat valamilyen más fémmel. Így a legjobb minőségű ötvözött acélnak is ugyan az az elasztikus tényezője, mint a vízcsövekhez használt szénacélnak.

Az elasztikus határértéknek semmilyen hatása nincs a kerékpározás szubjektív érzésére. Ez a tulajdonság csak egy bukás során jön elő, amikor eldől, hogy az adott terhelés a határérték alatt volt, és a váz nem szenvedett semmilyen károsodást, vagy a határérték felett volt és akkor láthatóan elgörbült valahol. Köztes állapot nincs. Ha nem görbült el, akkor nem károsodott.

A súly a második tényező, amely az adott anyag tulajdonságából fakad. Először is azt kell figyelembe vennünk, hogy mekkora az anyag sűrűsége. Ez a tulajdonság annyiban hasonlít a merevségre, hogy itt sem számít az anyag ötvözése. A szénacélnak ugyan akkora a sűrűsége, mint az ötvözöttnek. Az anyag nem lesz könnyebb (kevésbé sűrű) attól, hogy ötvözzük.

A szakítószilárdságot viszont nagymértékben befolyásolja az anyag ötvözése és az elkészítés utáni hőkezelési folyamat. Ha azonos átmérőjű és falvastagságú csövekből, ugyanakkora kerékpárvázat építenénk a három alapanyagból, akkor az alumínium csak kb. 1/3 annyi terhelést bírna, mint az acél, és a titán se tudna többet, mint az kb. acél értékének felét. Az alu váz sokkal kisebb erőhatásokra elgörbülne, és használhatatlanná válna. Viszont a súlya is csak 1/3-a lenne az acélénak. Természetesen ez az összehasonlítás irreális, mivel egy gyártó sem építene ilyen gyenge alumínium, vagy ennyivel erősebb acél vázat. Mindenképpen változtatna a cső átmérőjén, és/vagy annak falvastagságán.

A merevséget legegyszerűbben nagy átmérőjű csövekkel lehet elérni. A szakítószilárdságot a falvastagsággal lehet jelentősen növelni, de az átmérő is szerepet játszik ebben. A súlyt, a két tényező együttesen befolyásolja. A gyártónak engedményeket kell tenni: ha könnyű a váz, akkor nem lesz annyira merev vagy erős. Ha merev és erős, akkor biztos, hogy nem lesz könnyű. Két jó tulajdonságot el lehet érni, de a harmadik mindig megsínyli.

Tehát összefoglalva az elasztikusság és a súly többé-kevésbé független a minőségtől, míg a szakítószilárdság terén jelentős különbségek vannak az ötvözésnek és a hőkezelésnek köszönhetően.

Nagy átmérőjű, vékony falú csövek

Mint láttuk, ezzel a módszerrel könnyen megnövelhetjük a merevséget, de nem sokat teszünk a szakítószilárdság érdekében. Ezt a módszert alkalmazhatjuk az acélnál is, de sajnos hamar akadályba ütközünk. Az 50 mm átmérőjű ötvözött acél cső merevebb lenne, mint akármi, amit ma meg lehet venni , de akkor olyan vékony lenne a falvastagság, hogy könnyen akár kézzel is be lehetne horpasztani. Nem beszélve arról, hogy a vékony falú csöveket nem lehetne biztosan egymáshoz hegeszteni és a kulcstartó szemek is könnyen kiszakadnának az anyagból. Ha viszont nem vékonyítjuk eléggé a fal vastagságát, akkor már jóval nehezebb lenne az így megépített váz.

Merevség és kényelem

Sokakban él az a hit, hogy a nagy átmérőjű csövek, kisebb elasztikusságuk (tehát nagyobb merevségük) miatt sokkal rázósabbak. Ez azonban nincs mindig így. Vizsgáljuk meg részletesebben, hogy mit jelent a merevség:

Attól függően, hogy milyen erőhatások érik a kerékpár vázát, beszélhetünk csavaró (torzionális) és függőleges merevségről. Ha az egyik hajtókart lenyomjuk, akkor egyfajta csavarodó mozgást idézünk elő a kerékpár vázában. A középcsapágy egy ívben mozog, melynek a nyergen elfoglalt pozíciónk a középpontja. Ezt könnyű észrevenni, és általában mindenki erre gondol, amikor merevségről van szó. A csavaró mozgás, a közhiedelemmel ellentétben jelentősen nem rontja a hajtás hatásfokát. A váz a rugó szerepét tölti be, és a befektetett energiát majdnem egészében megtéríti. Viszont a legtöbb kerékpáros mégsem rajong egy túlzottan torzionálisan rugalmas vázért. Az állandó hajlítgatás irányítási problémákat okoz, és nagy sebességnél egyenesen veszélyes lehet a kilengésből keletkező oszcilláció. Aki ki szokott állni a nyeregből, az tudja, hogy ez bizonyos “puha” vázaknál egyszerűen lehetetlen. A súlyos kerékpárosok vagy a csomagos túrázók is jobban teszik, ha nem próbálkoznak ilyen vázzal.

A függőleges merevség alatt azt értjük, ahogyan a váz viselkedik az út egyenetlenségeiből származó vibráció továbbítása terén. Itt arról van szó, hogy mennyit érezel abból a rezgésből, ami a külső gumin, a felnin, a küllőkön, majd vagy a hátsó támvillák és az üléscső, vagy az első villa révén a nyereghez, illetve a kormányfejen és a kormányon át a kezedhez jut. Ebben, mint láttuk a vázon kívül több tényező is szerepet játszik. A vázak függőleges merevségében szinte mérhetetlen a különbség. Ha van is valami eltérés, az ezreléke annak, amit egy három milliméterrel ballonosabb külső gumival (22 helyett 25 mm), 1/10 atmoszférával kisebb nyomással, vagy egy fél fokkal meredekebb üléscső szöggel elérhetünk. És akkor még nem is beszéltünk a nyeregről vagy a kormánybandázsról. Ha mégis érzünk valami különbséget két azonos geometriájú váz között, annak pszichikai magyarázata van és biztos, hogy nem a vázból ered.

Egyébirányt a külső gumi a legjelentősebb tényező az út okozta regések csillapításában. A második a nyereg. Ha már itt tartunk, akkor megállapíthatjuk, hogy akinek hosszan kiáll a vázból a nyeregcső, az mind torzionálisan, mind vertikálisan sokkal kevésbé merev kerékpáron ül, mint az akinek csak egy néhány centi látszik ki. A váznak ehhez nincs semmi köze. A jó minőségű kerekek nem nagyon csillapítják a rezgéseket. Egyesek azt gondolják, hogy a vékony hátsó támvillák, melyek az acél vázú országúti kerékpárokon szoktak lenni, csillapítanak a rezgéseken. Ez megint csak téves elképzelés, mivel pont a rezgés vonalában futnak, és így a merevségük lényegében 100%-os. Többek között Tom Ritchey próbálkozott hajlított támvillával, de sajnos ez sem segít sokat a vertikális merevség oldásában. Tehát megállapíthatjuk, hogy csak a hosszan kinyúló nyeregcső az egyetlen vázhoz tartozó elem, amely csökkentheti a vertikális merevséget. Esetleg, bizonyos esetekben, a nyeregcső függőleges síkon hátracsavarhatja egy keveset a váz üléscsövét, de ez a csillapítás se jelentős a többi tényezőhöz képest. Ha viszont a vázkészítő megváltoztatja a láncvilla hosszát, akkor kényelmesebb lesz a kerekezés, de nem azért, mert függőlegesen elasztikusabb lesz a váz, hanem mert a hosszabb láncvillával kevésbé ülünk a kerék felett, és így kisebb amplitúdójú rezgéseket érzünk.