Technika vozů Formule 1: Kola, náboje a ložiska

Kola a pneumatiky

Proč jsou kola na vozech Formule 1 tak malá?Pat Symonds: Třináctipalcový průměr kol s vysokoprofilovými pneumatikami teď už rozhodně vypadá staromódně. Průměr kola byl zadán s touto velikostí v 80. letech minulého století, kdy týmy začaly experimentovat s většími průměry a požadovaly po řídícím orgánu omezení toho, co vypadalo jako zbytečný výdaj. Od té doby to týmy nebyly ochotné měnit, protože by to vyžadovalo podstatné přepracování mnoha součástí vozu.

Malý průměr poněkud ztěžuje návrh některých hledisek, u jiných to je méně problémové. S tak vysokou bočnicí - kolem 50 % toho, co se na voze F1 točí, připadá na samotnou bočnici pneumatiky - není geometrie zavěšení tak kritická, jako by to bylo u super-nízkoprofilových pneumatik.

Kvůli vysoké pevnosti nízkoprofilových pneumatik je důležitější vodit pneumatiku po vozovce precizním způsobem, proto se pak geometrie závěsů stává důležitější. Na druhé straně větší průměr kola by usnadnil uspořádání brzd a bylo by možné použít větší brzdy s delší životností. FIA by to všechno ale musela nejdříve schválit, než by tyto součástí týmy mohly začít používat.

Jak by nízkoprofilové pneumatiky změnily vzhled vozů F1 (foto: McLaren Mercedes)

Plynou z přechodu na kola s větším poměrem a s nízkoprofilovými pneumatikami nějaké výhody?PS: Kromě toho, že by auta vypadaly moderněji, by to rovněž usnadnilo uspořádání příslušenství náboje. Navíc by to mělo podstatný efekt na to, jak funguje pneumatika a jak vytváří teplo.

V těchto dnech často slýcháváme o potřebě přimět pneumatiky k fungování při těch správných teplotách. Mohli byste si myslet, že toto teplo vytváří pneumatika při smýkání se po závodní dráze. To je do určité míry pravda, ale tento typ horka je vytvářen na jejím povrchu.

Guma je samozřejmě dobrým izolátorem, takže teplo generované na povrchu se do hlavní karkasu kostry pneumatiky dostává pomalu. Ta musí mít správnou teplotu, stejně jako běhoun.

Hlavním mechanismem pro tvorbu tepla v kostře pneumatiky práce vykonaná v důsledku deformace pneumatiky. Squashoví hráči vědí, že musí několikrát míček zmáčknout, aby se zahřál a byl hratelnější. Stejné je to s pneumatikami.

K neustálé deformaci pneumatiky dochází při rolování po zemi, kdy se samozřejmě její spodní část při tvorbě stopy deformuje, a další zátěži dochází při jejím "kroucení" v zatáčkách - to dohromady vytváří ohromná množství tepla.

Pokud by měla pneumatika nižší profil, docházelo by k mnohem menšímu deformování a tudíž k vytváření mnohem menšího tepla. To by vyžadovalo zcela novou rodinu směsí - což samo o sobě není nikterak obtížně dosažitelné.

Náboj kola Red Bullu s osazenými brzdami (foto: Sutton Images)

Nízkoprofilová pneumatika je také mnohem méně citlivá na tlaky. To je způsobeno dvěma faktory:1) pevnější povaha kostry nepotřebuje tolik podpory od vzduchu uvnitř pneumatiky;2) objem vzduchu je nižší a tudíž se jeho tlak s teplotou tolik nemění.

Nízkoprofilové pneumatiky jsou tedy mnohem snadněji použitelné bez předehřívání než ty současné.

Z čeho se kola skládají?PS: Jsou vyrobeny z kované hořčíkové slitiny, která si udržuje relativně vysokou tvrdost za vysokých teplot. Týmy by raději využívali uhlíková vlákna, aby snížili neodpruženou hmotnost a zvýšili tuhost za současného snížení setrvačnosti, pravidla tomu ale brání.

 

Náboje kol

Přejděme k nábojům kol - jaké jsou jejich základní designové parametry?PS: Náboje se skládají z osy uložené v ložiscích, která jsou v těhlici. Těhlice se nyní musí povinně vyrábět z běžného hliníku, který si zachovává slušnou pevnost a tuhost při vysokých teplotách.

V minulosti se materiály těhlic vyvíjely od litého hořčíku (který byl bídný z pohledu tuhosti) přes složité ocelové výrobky po obráběný titan. Dříve se vyráběly dokonce ještě z dražších lithium-hliníkových kompozitů a z kompozitů s kovovou matricí. Současné omezení materiálů souvisí se snahou F1 zabránit v nárůstu nákladů.

V ložiscích rotuje samotná poloosa. Ta je vyrobena z titanu či z velmi vysokého stupně oceli, která je známá jako legovaná zušlechtěná martenzitická ocel (s vysokou pevností v tahu). Nese drážkový obal pro montáž karbonového disku a přenáší brzdný moment do poloosy.

Uchycení kola u Lotusu: matice s mnoha drážkami a s vodicím systémem pro správné nasazení pistole (foto: Lotus F1 Team)

Její konec má široký závit, na který se šroubuje matka kola. S kolem je spojena prostřednictvím čepů, které mohou být zabudovány do poloosy a zapadat do otvorů v kole, nebo mohou být součástí kolo a zapadat do děr v poloose.

Upevňovací systém kole je hlavním designovém prvkem. Při zastávkách pod hranicí dvou sekund musí být všechno perfektní a design musí znemožnit špatné nasazení kola. To znamená, že kolo musí být vedeno na poloosu a matka musí napoprvé a pokaždé čistě dosednout.

Trendem je umístit matku do kola, protože díky tomu je pravděpodobnější její správné uchycení k závitu poloosy, což minimalizuje možnost stržení závitu. Samotný závit má průměr kolem 75 mm a má pečlivě strojem opracované zavádění usnadňující nasazení.

Matky již nemají šestiúhelníkové plošky, místo toho využívají vícedrážkové hnací mechanismy, do kterých zapadají pistole mechaniků. A osazeno musí být i automatické uzamykací zařízení, které by mělo zabránit kolu, aby se uvolnilo. Jak ale pozorujeme, tato zařízení nefungují vždy tak, jak by měla.

Je to tedy jednou z oblastí vozu, kde aerodynamika neurčuje design?PS: Ne, vůbec ne. Zatímco tuhost je kritickou konstrukční vlastností, totéž se dá říci i o managementu vzduchu v celé oblasti. Závěsy a push-rod či pull-rod jsou umístěny tak, aby aerodynamikům umožnily nasadit mnoho křidélek, která vidíme na brzdových kanálcích.

Vnitřní proudění je také důležité, protože to nechladí pouze brzdy, ale je rovněž klíčové pro odvod tepla z brzd. Někdy je potřeba, aby tento horký vzduch ohříval ráfek a tak pomohl zvýšit teplotu pneumatik.

Přední kolo Williamsu, všimněte si zakončení poloosy a otvoru odvádějícího vzduch ven(foto: Sutton Images)

Pokud jsou pneumatiky příliš horké, do ráfku může být přiváděn studený vzduch. Způsob, jakým vzduch proudí kolem, může mít významný dopad na víření za kolem.

Před několika lety všechny vozy měly statickou krytku, díky níž vzduch kolo opouštěl v tom nejlepším místě. I v těchto dnes o tom týmy přemýšlejí - zejména Red Bull a Williams strávili hodně času zdokonalením managementu proudění vzduchu v této oblasti.

 

Ložiska

Jsou ložiska kol stejná jako ta, která používáme v silničních autech?PS: Ne. V silničním voze musí ložiska pracovat za veškerých nárůstů tolerancí na masově vyráběných poloosách a používaných nábojích. Musí také bez opravy fungovat 160 000 km a být levná.

Vozy F1 používají ložiska velkého průměru, aby byl celý komplet včetně poloosy velmi tuhý. Není třeba říkat, že tření ložiska musí být co nejmenší. Kvůli tomu se používají vysoce precizní ložiska, která používají keramické kuličky místo těch ocelových v běžných ložiscích.

Jsou velmi pečlivě nastaveny pomocí volitelně opracovaných rozpěrných vložek mezi nimi, aby ložisko mělo přesné předpětí pro co nejnižší odpor, ale žádnou volnost při velmi vysokých provozních teplotách, s nimiž se setkávají. Ložisko samotné stojí přes 40 000 Kč každé a na voze jich je samozřejmě osm!