Technika: Jak se v roce 2014 mění převodovky? Životnost, pevné převody i vnitřní součásti

Hodně se píše o nových pohonných jednotkách, méně už o převodových ústrojích. Dá se to vysvětlit tím, že pravidla v této oblasti zmiňují jen málo úprav. Kromě prodloužení výdrže z pěti na šest závodů se jedná o zavedení osmého převodového poměru.

Týmy budou muset nahlásit všech osm převodových poměrů pro celou sezónu před začátkem prvního závodu. Ostatní technické detaily zůstávají stejné, takže převodovky na první pohled nebudou tvořit nějak zvlášť zajímavou část nových vozů ani zde není moc prostoru pro nějaké inovace či odlišnosti.

Opak je však pravdou. "Přestože změny v technických pravidlech jsou celkem malé, konečný výsledek je z pohledu převodovky celkem významný. Je to pro nás příležitost udělat něco dost odlišně," tvrdí pro Racecar Engineering Andy Moore, technický ředitel společnosti Xtrac.

Změny v důsledku vyššího krouticího momentu turbomotorů a výkonu KERSuJednu z klíčových změn představuje zvýšení výkonu KERSu (nově součást ERS), resp. zdvojnásobení výkonu (z 60 na 120 kW) a prodloužení doby využití MGU-K z 6,7 sekund až na 33,3 s v každém kole: MGU-K totiž může rekuperovat 2 MJ energie na kolo a uvolnit až 4 MJ na kolo.

"Tím se mění zatěžovací cyklus a síla, která se přenáší skrz převodovku. Na druhou stranu to významně změní velikost a konfiguraci převodovky, kterou budeme používat. Nová pravidla a nové požadavky znamenají, že musíme navrhnout zcela novou převodovku," pokračuje Moore.

Nové turbomotory budou točit maximálně 15 000 otáček místo 18 000 u dosud používaných atmosférických V8, zároveň však podstatně naroste jejich krouticí moment, což má pochopitelně dopad i na převodovky.

Vnitřní součásti převodovky (foto: Xtrac)

"Aplikace se nyní s vyšším krouticím momentem a sníženými otáčkami bude zásadně lišit. Pravidla pro motory také zahrnují limit pro množství paliva a jeho průtok. Efektivita proto bude jedním z klíčových cílů - a to je stejně důležité i pro převodovku," uvádí Moore.

Převodovky se za poslední léta moc neměnily, většinou si držely svůj celkový design. V zadní části převodovky se nachází hydraulický diferenciál, který může být výše či níže, aby převodovka už tak velmi úzká převodovka mohla být ještě kratší. Její základní konfigurace, která se ujala v polovině 90. let, se obecně moc nezmění. Aerodynamické požadavky zůstávají podobné, i nadále bude muset být velmi úzká.

Prodloužení životnosti z pěti na šest závodůTo však neznamená, že se toho moc nezmění. I bez nových motorů se nová technická pravidla dotýkají některých detailů, na nichž musí všichni výrobci usilovně zapracovat. Jedním z nich je v úvodu zmíněné prodloužení jejich životnosti z pěti na šest závodů (3 300 km). V roce 2010 přitom musely vydržet čtyři závody za sebou (2 200 km), v roce 2011 došlo ke zvýšení na pět závodů (2 750 km).

"V roce 2013 převodovky musely být zapečetěny po pět závodů, my jsme to počítali na 2750 km. Převodovka během té doby musela být úplně zapečetěna, kromě daných okamžiků při závodech, kdy týmům bylo pod dohledem FIA umožněno převodovku otevřít. Dal se pak vyměnit přesuvník a převodové poměry, aby vyhovovaly určitému okruhu. V Monaku a v Monze jste tedy samozřejmě jezdili se zcela jinými převodovými poměry.

3300 kilometrů je celkem hodně - pro srovnání vítěz 24hodinovky Le Mans ujel v roce 2013 4750 km. Hovoříme o převodovkách o F1, na které se požadavky moc od závodů Le Mans neliší. Jde o náročný cíl," objasňuje technický ředitel Xtracu.

Měření ozubeného kola převodovky (foto: Xtrac)

Fixní převodové poměry pro všechny závody sezónyPřed rokem 2010 týmy běžně v sezóně vyžívaly 70 a 80 různých převodových poměrů a často je měnily. V loňském roce došlo k omezení na 30 převodových poměrů pro všechny závody a musely je nahlásit před prvním závodem. Nyní bude osm převodových poměrů fixních pro celou sezónu s tím, že podle článku 9.6.2 technických pravidel jim bude pouze v roce 2014 umožněna jedna změna, která zneplatní původní nominaci.

To znamená, že v Monaku či v Monze budou muset používat stejných osm párů převodových poměrů jako v Monaku či v Singapuru. V Monaku proto vozy možná nepoužijí nejvyšší dva převodové poměry, které budou určeny pro rychlosti kolem 325 - 330 km/hod (bez ERS a DRS) dosahované na nejrychlejších okruzích, protože se tam jezdí pouze kolem 280 km/hod.

"Jedním z důvodů pro tuto změnu je pokus o snížení nákladů na stavbu a provoz vozu F1. Omezením počtu převodových poměrů povede k snížení počtu potřebných dílů, na skladě jich nebude třeba tolik, lidé budou kupovat méně ozubených převodů, takže pro nás v Xtracu to není dobré. Ale je to dobré z pohledu celkových nákladů na provoz auta," uznává Moore.

Podle technického ředitele Force Indie Andyho Greena to týmům usnadní rozhodování na dráze během víkendů: "Dobrou zprávou je, že dlouhé diskuse o poměrech - který má být prodloužen či zkrácen - se stanou věcí minulostí, takže nám to ušetří trochu práce na trati. Poměry vypadají celkem vlídně z toho, co jsme mohli pozorovat u našich předběžných řešení."

Force India bude odebírat motory i převodovky od Mercedesu, přesto jednoduše nepřevzala navrhované převodové poměry od svého dodavatele: "I když nám převodové poměry dodává Mercedes, provedli jsme také vlastní simulace, a abych byl upřímný, došli jsme k velmi podobným odpovědím. Jsme spokojeni se směrem, jakým se vydáváme. Je nám povolena jedna změna a myslím, že si budeme muset počkat, abychom viděli, jak to bude fungovat a jak si to povede ve srovnání s naší simulací."

Výroba převodovky (foto: Xtrac)

Změna vnitřních součástí převodovkyDalší úprava se týká tloušťky ozubených kol v převodovce. V roce 2008 musela dosahovat alespoň 12 milimetrů a nesměla být lehčí než 600 gramů. Tento hmotnostní limit byl relativně vysoký a snadno dosažitelný. "Ve skutečnosti jsme navrhovali ozubená kola těžší, než mohla být. Dodávali jsme do nich materiál, abychom se dostali na minimální hmotnost.

Vzdálenost středu převodových poměrů, mezi středy dvou hřídelí, nemohla být menší než 85 mm. Bylo to celkem omezující pravidlo. Předtím jsme měli více svobody, pokud se týká vzdálenosti mezi středy," říká Moore.

Měli jsme pak ozubená kola, která byla 8 - 9 mm široká. Pravidla se změnila, aby se snížily náklady a omezil vývoj. Pro rok 2014 zůstávají všechna tato omezení platná, analýza nám však ukázala, že ozubená kola budou muset být širší - typicky přes 12 mm.

Jejich obrábění je letos důkladnější ve snaze dostat se zpět na hranici 600 gramů, zatímco v minulosti jsme kvůli ní hmotnost přidávali. Vzdálenost středů kol se také zvětšila na 100 mm, a i když pravidla stále určují, že musí být minimálně 85 mm, s vyšší zatěžovacím cyklem musíte mít kola širší," popisuje letošní změny v převodovkách Moore.

Video: Představení společnosti Xtrac (zdroj: Xtrac)

Výrobní materiály a vyšší těžiště motorůCo se týče materiálu, pravidla uvádějí, že samotné převodové poměry musí být vyrobeny z oceli - nespecifikují však z jaké. Xtrac proto například vyvinula čtyři odlišné druhy s lepší odolností vůči nárazům, opracovatelností a s lepšími vlastnostmi pro nauhličování. Důležité je, aby finální povlak, který zvládá teploty až kolem 350 °C, ocel nezměkčoval, což by narušovalo její výkonnost.

V neposlední řadě se bude muset ve srovnání s F1 převodovkami vyráběnými po roce 2006 významně upravit i poloha samotných hřídelí převodovky. To je dáno změnou pravidel pro motory, jejichž těžiště se oproti 2,4litrovým osmiválcům zvedá z 58 mm nad referenční rovinou na 90 mm u nových V6 turbomotorů. "To definuje vnitřní součásti," přitakává technický ředitel Xtracu.

Celkově budou nové převodovky větší, těžší a více toho vydrží. "Dochází k celkem značné změně ve velikosti, hmotnosti a umístění převodovky v zadní části vozu, což bude mít přirozeně dopad na vnitřní uspořádání komponent a zavěšení," shrnuje Moore.

 

Tip: Zajímavé detaily o převodovkách se můžete dozvědět také v článku "Pat Symonds odhaluje tajemství složitých převodovek F1"