Le rédacteur technique Kevin Cameron partage sa richesse de connaissances, d'expériences, de connaissances, d'histoire et bien plus encore.
Cycle World
Malgré tous les boulons en titane la bielle occasionnelle, le plastique renforcé par fibre de carbone (CFRP), et le roulement impair avec des boules de nitrure de silicium, les motocyclettes sont encore principalement faits d'acier et d'aluminium. Vous souvenez-vous de la promesse de moteurs de voitures en plastique qu'une personne pourrait facilement ramasser? Ou le plaisir et les jeux de la NASA avec des pistons carbone-carbone sans poids? Ou les merveilleuses bielles en filaments de carbone qui semblaient si légères que les moteurs à 25 000 tr / min étaient juste au coin de la rue?
Toutes ces merveilleuses possibilités existent réellement, mais les rendre pratiques demande beaucoup d'argent. Boeing a investi dans son 787 "Dreamliner", dont la structure est principalement en CFRP.
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Une mesure de performance matérielle est le module spécifique, qui est la rigidité du matériau divisé par son densité (poids par volume). En nombres arbitraires, l'aluminium, le magnésium, le titane et l'acier ont tous des modules spécifiques très proches. Ensuite, nous regardons le béryllium - hors du tableau avec un nombre plusieurs fois celui des autres métaux! La NASA a utilisé le matériel pour les racks électroniques dans les applications satellites, mais le coût de 10 000 $ par livre de roquettes en orbite terrestre basse vaut la peine d'être pris en compte, même si la poussière est toxique et que le métal est ennuyeux. pour produire.
Ok, mais que diriez-vous de CFRP unidirectionnel, examiné le long du grain? Son module spécifique est 4,5 fois supérieur à celui des métaux communs. Boeing fait un effort; pourquoi pas nous? Une moto est assez différente d'un avion. Les avions sont essentiellement une grande poutre (l'aile) supportant un gros tube (le fuselage), et les contraintes importantes sont principalement distribuées comme une portance sur les grandes surfaces des ailes et de la queue.
Sur un cadre de moto, les contraintes sont concentrées la tête, le pivot du bras oscillant et l'ancrage de la suspension arrière, ainsi que les différents points auxquels le moteur est attaché. Il faut trouver un moyen de diffuser de telles contraintes concentrées dans la structure en PRFC, et bien que cela ait été fait avec succès, cela n'a jamais été fait facilement. Il ajoute également du poids pour lier durablement les raccords métalliques (bien adaptés à la manutention de charges concentrées) dans les PRFC, ce qui réduit les avantages de poids et de rigidité. Dans l'ère actuelle, les châssis de moto en métal sont principalement faits d'éléments moulés, soudés entre eux par des robots, mais le PRFC de haut niveau nécessite un travail artisanal du type qui vient d'être banni des chaînes de production de châssis.
Dans la technologie des bicyclettes de fin de course, vous trouvez que les conducteurs pensent que les cadres de bicyclettes en aluminium sont désagréablement rigides. Comment cela peut-il être, alors que le module d'Young de l'aluminium n'est que le tiers de celui de l'acier? Voici comment ça se passe. La rigidité des tubes augmente comme la quatrième puissance de diamètre, donc pour faire un vélo léger qui est assez fort pour les forces qui y sont appliquées, vous augmentez le diamètre du tube et l'épaisseur de la paroi . Avec de l'acier - presque trois fois plus dense que l'aluminium - vous atteignez rapidement une "épaisseur" de paroi qui est vulnérable au bossellement ou au flambage. Mais lorsque vous passez à un tube en aluminium de même poids par pied, vous avez trois fois l'épaisseur de la paroi, vous permettant d'aller plus loin avec le plus grand concept de tube avant de bosseler. En conséquence, les cadres de vélo en aluminium et de moto ont des tubes plus grands que les cadres en acier. Cette taille de tube plus grande donne une structure très rigide, même si l'aluminium est un tiers de la rigidité de l'acier. Et c'est pourquoi de nombreux cyclistes trouvent les cadres en aluminium inconfortablement raides. La rigidité provient de la façon dont le matériau est utilisé (dans les grands tubes à paroi mince) et non des propriétés du matériau. Oui, le Ti ne possède que 57% de la masse volumique de l'acier mais peut être traité thermiquement de manière à égaler la résistance (différente de la rigidité) des aciers décoratifs. Nous admirons tous la beauté des roues forgées en magnésium sachez que le magnésium aspire inexprimablement à devenir du minerai; il est très sensible à la corrosion. C'est pourquoi les roues de rue sont en aluminium. En outre, les roues en aluminium sont moulées près de la forme nette, bien qu'elles aient besoin d'un usinage de moyeu et de jante qu'elles ne coûtent pas cher. Mais
chaque surface
de roues mag forgées doit être usinée, transformant ainsi plus de la moitié du poids d'une pièce brute en copeaux (qui, en raison de leur risque extrême d'incendie, nécessitent une manipulation spéciale). layup? Ce n'est pas si mal: le lourd tissu de verre se drape bien et reste la plupart du temps là où vous le mettez dans le moule en enduisant de résine de polyester et en respirant les vapeurs de peroxyde de méthyle. Mais le carbone? Si vous manipulez les fibres brutes, soyez prêt à les faire flotter dans les moteurs électriques non scellés ou dans les boîtiers de commutation de votre magasin, où ils causent des courts-circuits. Le truc est raide, donc ça sort de la résine que tu as trempée dessus. C'est pourquoi la technique dominante consiste à utiliser des couches unidirectionnelles préimprégnées de résine non polymérisée (conserver cette pré-imprégnation au réfrigérateur jusqu'au moment de l'utilisation, pour éviter le durcissement), maintenue contre le moule par ensachage sous vide, tout l'assemblage un autoclave pour le durcissement à température contrôlée. Oh, et ces nappes de fibres unidirectionnelles? Ils doivent être disposés en séquence, orientés pour donner les propriétés désirées. En d'autres termes, plus exigeant que de se promener dans votre moule de bateau de 24 pieds avec un pistolet hachoir et de le tirer avec de la fibre et de la résine hachées. Wow, le titane. Oui, le Ti ne possède que 57% de la masse volumique de l'acier, mais il est possible de le traiter à la chaleur pour lui donner la résistance (qui est différente de la rigidité) des aciers de fantaisie. Qu'est-ce qu'on attend? Faisons tout ce qu'il faut! Pas si vite. Tout d'abord, parce que le Ti est moins rigide que l'acier, le remplacement des essieux en acier par du titane donne l'impression que votre vélo est bien floppy. Et lorsque les bielles sont fabriquées, il faut deux ou trois fois le jeu piston-à-tête nécessaire avec les tiges d'acier. En vous forçant à épaissir vos zones de squish, cela les rend moins efficaces pour repousser la détonation. Il est donc de retour sur les tiges d'acier pour certaines applications. Vannes en titane? Vous pariez, mais seulement après avoir fait face à la surface de l'assise et enduit la tige pour éviter le grippage ou le grippage. Et mettez un capuchon dur sur la tige
Pesez toutes les attaches de votre vélo. Est-ce que sauver 43 pour cent de cela vaut le prix du titane?
Bottom line? Vous ne pouvez pas vous contenter de dire «matériel lourd, ennuyeux et obsolète» sur vos dessins de pièces; écrire dans un matériau plus léger, et s'attendre à ressentir des améliorations significatives lors de votre prochaine sortie.
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