運動自行車車架全解（轉編）_虎巢

在自行車王國中，山地自行車有著不可替代的地位。它的種類、花樣之繁多，是其他的車種所不可比擬的。可是也正因為如此，許多入門的自行車愛好者並沒有買到最適合他們自己的山地車。在我們周圍經常可以看到這樣的愛好者，他們看到FR或DH車看起來很COOL，就跑去買FR和DH，完全沒有考慮到自己只是公路騎行，結果因為FR和DH那過大的重量而叫苦不迭；又或者看到碟剎的外型很COOL，並且相對其他的剎車來說很貴，就以為碟剎一定很好，非碟剎不買。這種盲目消費的最終結果就是資金和精力的大量浪費。

運動自行車的零配件無論是在使用設計上還是在搭配上都具有很強的針對性，涉及其中的原理和細節部分完全可以成為一門學問。但是有一個不變的準則：適合自己。如果不適合自己，那麼無論是多麼高檔的零件，都不能發揮它的原有的作用。

那麼如何選擇適合自己的零配件，進而組裝出適合自己的車子呢？首先讓我們從車子的靈魂——車架談起。

（一）車架的重要性

在上文中我提到，車架是整個車子的靈魂，這種說法一點都不過分。很多新手在裝車的時候，往往有意或無意的忽視了車架的重要性。他們考慮的是裝什麼XTR的套件，什麼檔次的前叉，等自己的預算用得差不多了，再去隨便選購一個架子。這種行為的直接結果就是整個車子看起來很高檔，騎起來卻不是那麼回事。癥結何在呢？就是他們選購了不合適的架子。

讓我們從以下的幾個方面粗略地討論一下車架的重要性吧：

1．車架決定了車子的類型。舉個例子，如果你要組裝一台DH車，你會不會去選購一個1400克的GIANT的XTC-TEAM呢？或者換句話說，你會不會在自己的輕量化的XC上裝上一支DNM的行程長達20CM的雙肩前叉？當然不會。所以說，車架的類型也就決定了整個車子的類型。2．車架直接或間接的影響著車子的各個方面的性能。什麼影響著車子的操縱性？什麼決定著車子的穩定性？什麼決定著車子的轉彎的快慢？什麼決定著車子的舒適程度？是不是XTR的套件，是不是ROCKSHOX的前叉？是，但又不是。因為要使這些零件發揮他們強大的戰鬥力，就必須奠定一個良好的基礎——車架。一個200元的車架和一個2000元的車架，即使最後裝出來的成車的價格完全相同，實際騎起來的感覺也會判若雲泥。3．車架的尺寸也決定了車子是否合適自己。即使車架的種類選對了，性能也不差，但是如果車架的大小不合適，那也如同雞肋，只能割愛了。因為尺寸不合適的車子騎起來不僅不能良好的鍛煉身體，還有可能造成運動損傷，甚至帶來巨大的安全隱患。這一點將在下文詳細的講解。

以上我們對車架的重要性有了大致的印象，下面就讓我們來詳細的了解一下這車子的靈魂吧。

（二）車架的種類

山地自行車運動發展了幾十年，衍生出了非常多的類型。每一種的比賽方式、比賽的過程、甚至比賽的激烈程度都有很大的區別。這就決定了必須根據比賽設計不同的車架。目前主要的運動大致可以分為以下幾種。1．越野XC（CROSSCOUNTRY），這是所有山地自行車運動的起源。比賽的選手們在設置好的賽道上你追我趕，爭奪速度之冠。比賽的賽道多以爬坡、繞圈為主，主要考驗的是選手本身的速度和體力。2．速降DH（DOWNHILL），在60度以上的陡坡，以超過70公里每小時的速度衝下山去，這種讓人腎上腺激素大量分泌的劇烈運動就是山地車運動的新寵兒——速降。這項運動極其的驚險刺激，對選手和車輛的要求都非常高。3．繞標DS（DUALSLOLAM），不詳，有待探討。4．自由騎FR（FREERIDE），關於自由騎，有兩種不同的觀點。一種認為是介于越野和速降之間的一種騎行，即有後減震的越野車或比較輕便的速降車；另一種觀點是那些比速降還要瘋狂的（暫時只能想到這個詞，無貶意）墜山稱為自由騎。相對而言，筆者比較傾向於第一點（呵呵，可能因為我的心臟承受能力有限吧）。5．攀爬，有人嬉稱為「沒有座位的車子」，的確，座位在攀爬車上的意義不大。為了能夠隨時的調整中心，攀爬車手都是站著騎車的。他們用自己的車子征服台階，桌子，岩石等等障礙，同時做出各種各樣的動作，十分吸引眾人的目光。有人把它劃分到BMX，輪滑、攀岩等極限運動，而筆者則傾向於把它歸為山地車運動，因為它那種「到不可能到的地方」的精神正是山地車運動的精髓所在。攀爬可以粗分為大攀和小攀兩種。

為了應付各種比賽的需要，山地車架也就被劃分為以下幾種：1．硬尾車（HARDTAIL）這是一個標準的越野車架如圖，我們可以看出車架可以分為前三角和後三角兩個主要部分，後三角沒有減震裝置，直接用金屬管材焊接而成的車架我們稱之為硬尾車架。這種車架具有重量輕，無蹬踏損失的優點，價格也相對比較便宜，廣泛運用在對爬坡速度要求很高的XC越野車上。但是由於後三角的減震程度差，因此在比較崎嶇的路面上以較高的速度行駛的時候後輪的穩定性就成了問題，甚至有可能會被顛得離開地面導致車子失控。和一般的XC越野架不同，攀爬車架有它自身的特性。

從上圖中我們可以看出，攀爬車架的坐管特別的短，這樣就使整個車架的重心很低，配合比一般的越野車還要粗大的前後輪，整輛車的穩定性就有了保證。而比一般車架長的上管和下管，車手的身體重心可以很快的根據情況做出大範圍的調整。這也是性能決定外觀的一個很好的例子。

2．軟尾車架（SOFT——TAIL）軟尾車架是介於影尾車架和全減震車架之間的一種車架。這種車架在後三角的座位支撐處有一個被動阻尼的結構。（如圖）這種結構類似於後減震器，但是又沒有後減震器那樣明顯的減震效果。它的作用只是讓傳到人體的震動稍微小一些，同時使後輪與地面的接觸更為緊密，控制性更好一些。和硬尾車架一樣，軟尾車架在蹬踏的過程中也幾乎沒有能量的損失。這種車架比硬尾車架稍重，比全減震車架輕。但是由於架型的原因，在國內比較少見，以下是以生產軟尾車出名的KHS公司的產品。

3．全減震車架（FULLSUSPISION）全減震車架是真正帶有減震結構和減震效果的車架，和軟尾車架不同，全減震車架帶有完全獨立的減震結構和種類繁多的減震器，配合減震前叉，可以獲得良好的減震效果（似乎沒有見過裝了後減震而不裝前減震的車子）。不同的全減震車架的性能有很大的差異。以下就是幾種常見的全減震車架：

1）單轉點車架2）四連桿車架

雖然全減震車架具有良好的乘騎效果，但是和硬尾車架相比（由於軟尾車架在國內比較少見，筆者對此也不太了解，因此不予討論），它也有其必然的缺點：1．重量1400克左右的越野車架已經非常普遍了，而2000克以下的全減震車架則非常少，用於那些DH車的車架則經常超過3000克。2．維護相對於硬尾車，全減震車需要很細緻的調試和維護，並且它的後減震器必須精確的設定才能夠達到預期的效果。3．絕大部分的全減震車架都會吸收一部分車手的蹬踏力量，造成瀉力。（具體原理請參造避震和避震器一章）

一般的情況下，硬尾車架多使用在XC越野車，攀爬車上。而全減震車架則使用在FR或DH車上（最近也看見有老外用硬架子來DH甚至墜山，暈~~！

根據目前的國內情況，筆者認為，硬尾的越野車是新手的最佳選擇。1．從使用價值和使用範圍來說，輕量化的越野車不僅僅是運動器械，還是很不錯的代步工具和旅行器材。換上光頭胎和硬叉的越野車可以達到非常高的速度。全減震車由於其龐大的體積、較大的重量和騎行時瀉力的缺點，使得其局限性很大，不適合一般的騎行。2．從維護保養方面，全減震車需要比較專業的維護，而國內目前的自行車行還很不完善也很不規範，不但修補的零件不好找，相關的技術支持也很缺乏。能提供保用和保修的車行更是寥寥無幾。3．在其他的配製相同的時候，全減震車的價格會比較昂貴。新手的一次性投資會比較大。而新手的選擇往往帶有盲目性，一旦發現這種騎行方式不適合自己，損失就會比較慘重了。

（三）車架的材料

目前，可以製造自行車車架的材料主要有以下幾種：鋼，鋁合金，鈦合金，鎂合金，鈧合金，碳纖維等等，一般市場上出現的車架主要有鋼，鋁合金，鈦合金，碳纖維。鈧合金和鎂合金是最近的新興材料，比較少見。

要了解這些材料的特性，就有必要知道一些基本的概念和參數

1．強度（STRENGTH）。假設掛在金屬棒另一端的重量，重到足以使金屬棒產生永久的變形，也就是說，當移開重物時，金屬棒仍然呈現彎曲，無法完全回復原狀，即所謂的降伏(yield)。使材料達到降伏的力量因材料不同而不同，這就是所謂的強度。強度和車架的耐用度相關但和騎乘品質無關。強度(strength)由材料的降伏強度(yieldstrength)決定。降伏強度和車架管材的品質、熱處理製程及合金成份(某些品牌型式)有相當大的關係。

2.剛性(STIFFNESS)假設一根金屬棒的一端固定在夾具上，另一端加上一定的重量使得這根金屬棒暫時彎曲，當把那個重物移開時，金屬棒立即回復原來的型狀。同樣的重量加諸於不同材料時，會產生不同的彎曲程度，這就是剛性。剛性影響車架的騎乘品質，因為車架最怕在正常騎乘時發生變型。剛性決定於材料的彈性係數，而相當重要的是彈性係數和金屬的品質及其合金的成份無關。舉例來說，所有種類的鋼，基本上具有相同的彈性係數。

3．重量(WEIGHT)除了強度和剛性之外，重量也是一個議題。和剛性一樣，重量受到材料合金成份的影響相當輕微。即便你的車架貼著"LiteSteelTM"(輕量化鋼材)，事實上，所有的鋼材幾乎具有相等的重量。

以下就是我們常見的幾種材料的一些特性彈性係數(剛性)強度(降伏點)重量(千克/立方米)鋼材3046---1627800---8200鋁合金10-1111-59(4-22退火後)2700—3200鈦合金15-16.5　　　40-120　　　　　　4500—4700

要注意，剛性和重量和材料的品質、熱處理或合金成份無關。舉例來說，所有的車用鋼管，從大賣場的廉價單車到價值數千美元的單車都有相同的彈性係數30，以及490的重量。

由上表中我們可以看出，我們用這幾種材料做車架，在管材的形狀和厚度相同的情況下，鋁製車架的剛性只有鋼製車架的三分之一，鈦制車架也只有鋼製車架的二分之一的鋼性。也就是說，鋼的車架是最結實的。當然實際情況下沒有人會這樣做車架，所以這個結論也就是不客觀的了。

鋁作為一種在運動自行車上使用最廣泛的材料，最大的優點就是他的重量。鋁的剛性和強度都很低，但是鋁可以通過增加單位體積上的材料來彌補這一缺憾，而重量仍然不大。另外相對於其他的運動自行車的高級材料，鋁的價格很低。目前使用在高檔鋁架上的鋁材（6000系列、7000系列）都是運用在航天方面的高級鋁材。和一般的普通鋁材相比，這些鋁材無論是在強度還是剛性上都有顯著的提高。而且廠家為了保證強度，都採取了使用較粗的管材、增大橫截面積的做法，所以大多數的鋁車架看起來都很粗獷。鋁長時間使用外觀不怎麼變化。鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。為什麼不生鏽呢？原因是該氧化膜達到一定的程度時防止繼續生鏽，形成緻密的氧化膜（三氧化二鋁）。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發現變化(有時會發白)

以上都是鋁的優點，但是這種材料也有兩個致命的缺點。1．鋁的金屬疲勞性很差，為了說明這一點，我們看下面的幾幅圖。我們可以很明顯的看到，鋁的可樂罐很輕易的就被捏出了口子，而鋼的水果罐頭則安然無恙。鋁材做的自行車架的致命弱點就是騎這種材料製造的自行車時，騎的次數越多，應力發生的次數也高，強度也顯著引起變化。近來為了謀求輕量，許多車架使用薄料來製作(薄的程度已達到極限)。這些都是使用沒有疲勞極限的鋁合金來製作車架，這也就是為什麼在專業的使用強度下一個鋁架只能支持2-3年的原因。2．鋁沒有彈性，無法吸收騎行的震動。用鋁材製作的硬尾車架會把絕大多數的震動直接傳遞到騎手的身體上。這就使鋁車架坐起來相當的顛簸，乘騎的舒適感很差。由於鋁的這兩個缺陷，使得它不適合做一般的硬尾車架。但是競賽的XC越野車架大多數使用鋁合金，這是因為鋁的重量可以做到很輕，而通過熱處理和抽管技術也可以獲得很大的強度，這就使得鋁車架的競賽性能很好（競賽性能當然不會考慮選手的舒適程度和產品的使用壽命了）。而全減震車就沒有這些顧忌了。由於擁有完全獨立的減震結構用於吸收震動，並加上更為厚實和柔軟的把膠和坐墊，鋁沒有彈性的缺點被完全的中和掉了。另外，鋁較輕的質量使得它可以作成更大的截管面積，並在需要強度的地方進行局部的補強。所以說，鋁是比較成熟而可靠的材料，並且在製作全減震車架的時候更有優勢。

鋼是一種歷史悠久的材料，從最普通的民用自行車到高端的競賽級車輛，都或多或少的使用著鋼材。除了冶煉技術的完善之外，鋼也有其它材料所不能代替的優點：1．加工性能好，鉻鉬鋼是歷史最悠久的自行車素材，對它的研究時間也最長，因此它的加工技術已經發展到一個相當穩定的程度。2．強度大，從上文中我們可以看出相同體積下的鋼材的強度遠遠大於鋁合金和鈦合金，因此合格的鋼架的強度都可以讓人放心。3．乘騎感舒適，鋼是一種具有良好的彈性的金屬，用鋼製作的車架，可以吸收騎行過程中所帶來的震動。因此鋼架不會向鋁架那樣讓人感覺不舒服，特別適合用來做旅行車架。4．鋼的金屬疲勞性要比鋁強的多（從上文中的實驗我們就可以看出來了），所以在相同的使用條件下，鋼架的壽命也會比鋁架長得多。

當然，鋼架也有其不可克服的缺點：1．重量，在極度追求器材輕量化的今天，鋼7。8/立方厘米的質量讓所有人對他望而卻步。雖然可以使用輕量化的鋼材，並且用抽管技術把管壁抽得極薄，可是還是很難把鋼架的重量減到1600克以下。而很多鋁架的重量只有1400克左右。這也就是在競賽級別的車架中很少看見鋼架的緣故。2．生鏽，相對於其他的材料，鋼是比較容易生鏽的。生鏽會使鋼的強度大幅度的下降，減少使用壽命。所以必須採取種種手段來防止鋼材生鏽。所以如果不是追求競賽級的重量，又考慮車架的耐用程度的話，鋼架無疑是很好的選擇。但是需要指出的是，目前國內好的鋼架要比好的鋁架難找。首先好的綱架並不便宜，向雷諾853系列的高級鋼架要好幾千，而義大利科那歌的鋼架則要上萬。另外由於人們對鋁架的偏愛，使得鋼架難以銷售。隨著國內的自行車巨人——中華自行車公司的倒閉，好的鋼架在國內幾乎絕跡了，這真是一個遺憾啊！

鈦是一種新興的金屬，這種新材料具有非常優越的性能，是製作頂級車架的最好的材料之一。1．鈦合金可以製作重量很輕強度又很大的車架，從上表中可以看出，鈦的強度和鋼差不多，但是重量也只有鋼的一半多一點，因此同樣強度的鈦合金車架會比鋼車架輕很多。2．鈦合金具有非常好的彈性，這使得它在吸收騎行振動方面功不可沒。用鈦合金製作的車架具有非常良好的舒適性，而且鈦是一種具有記憶性的金屬，它在自己的形變範圍內幾乎具有無限的使用壽命，也就是說購買鈦合金車架是一種一勞永逸的方法。（笑）一般來說，在專業的使用條件下，鋁合金車架的使用壽命是2年，鋼車架是8年，而鈦車架則可以達到20年左右。3．在正常的條件下，鈦幾乎不會發生腐蝕的現象。有其利就回有其弊，鈦合金也有其不可避免的缺點，目前來說最頭痛的就是一個字：貴！！按照金屬的含量來說，鈦其實並不是稀有金屬。可是自然狀態的鈦元素一般以二氧化鈦的形式存在著，提煉加工過程複雜，技術要求高，並花時間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因為鈦和氧的親和力極強，和空氣接觸後馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。必須用惰性氣體小心焊接。通常所說的Tig焊接是：(Tig：鎢、惰性氣體的略語)用鎢電極及氬氣體進行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進行。由於以上原因鈦車架價格很貴。一般國產的航輪和寶鈦的3/2。5的鈦合金車架的價格大概在3000元左右，而如果象AIRBONE或者LITESPEED的鈦架的價格甚至上萬。但是如果考慮到鈦架的使用壽命，這個價格也就不會感到那麼離譜了。

碳纖維作為一種高科技材料使用在自行車上是最近十年的事情。嚴格來說碳纖維並不是單純的碳元素，而是碳元素經過編織加工後利用環氧樹脂粘和加固的一種混合物。早期的碳纖維由於技術上面的原因，使用的環氧樹脂甚至會在陽光下分解。隨著科技的進步，這種優秀材料的種種缺點在被逐漸克服。比如德國的K車架就使用了高級的16K的碳纖維，這種碳纖維的強度甚至超過了鋼材，並且擁有終身保用的質量承諾。

一般來講，碳纖維作為自行車的材料擁有以下幾個特點：1．極輕的重量：1200克左右的碳纖維公路架已經到處可見了。由於碳的質量僅有1。6克/立方厘米，所以製作1公斤左右的車架已經不在是夢想。2．吸收衝擊性能好。碳纖維可以有效的吸收震動，並且保持很好的剛性。這種特點使得它成為很好的競賽級的材料。3．可以製作各種形狀的車架。和一般的金屬車架的製造過程不一樣，碳纖維車架一般是先製作模具，然後在模具上付上碳纖片，最後用環氧樹脂進行粘固。這種製作過程可以利用空氣動力學作成風阻極小的車架。目前這種材料的毛病主要是以下兩點：1．複雜的應力計算。構成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點是拉伸強度強，但剪斷強度弱，加工時需要進行複雜的應力計算(縱剛性、橫剛性)，根據計算把碳纖維片重疊成型。一般來講，碳纖維抗面的衝擊相當好，而抗穿刺能力就很差了。就是說你橫摔豎拍不要緊，就怕的是橫摔豎拍的過程中碰到一兩塊鋒利的小石子，那可就不是拿去焊一下就可以解決的了。2．價格昂貴，和鈦合金相比，碳纖維車架的價格有過之而無不及，向頂級的碳纖維車架的價格都要上萬，而科那哥的C40和C50的價格甚至超過2萬元。這主要是因為碳纖維車架的製作過程需要很多的手工，並且報廢率很高，造成成本的大量上升。從外觀上我們可以很容易的把這幾種材料的車架區別開來。風格粗獷，造型狂野的是鋁架。管體纖細，骨感十足的是鋼架。而那沒有任何塗裝，渾身散發著金屬光澤的就是鈦架。碳纖維的表面則覆蓋著各種3D布的表層，極具現代感。