Foto 1: Hnané kolo zpátečky, hmotnost 191 gramů

Obr. 1a: Hnané kolo zpátečky, geometrie. Modul 3.25/20°, zubů 30, x=+0.750, ha0*=1.40

  Obr. 1b:  Hnané kolo zpátečky, řez

1.5 mm silný vývrty odlehčený nosič ozubeného věnce není aprílový žert, je to skutečnost! A to nemluvě o vylehčení každého jednotlivého zubu, což dokládá urputnou snahu konstruktérů o ušetření nikoliv každého deka, nýbrž každičkého gramu rotující hmotnosti (mimochodem- ta odlehčení uvnitř všech třiceti zubů ušetří v součtu pouhých 25 gramů!).
Jestliže zatížíme zub tlakovou silou 5kN ve směru normály k evolventě boku zubu, dostane se napjatost v patě zubu i průhyb na limitní hodnoty, jak ukazují obr. 2 a 3:

V obrázcích MKP-analýz představuje žlutá až červená barva místa maximálních hodnot napětí či deformací, zatímco modrá až zelená barva označuje místa bezpečných hodnot.

  Obr. 3: Deformace boku zubu; zatížení 5kN, průhyb 0.19 mm, deformační měřítko 70:1

Vzhledem k okolnosti, že při zařazené zpátečce může síla motoru způsobit statickou sílu v ozubení až 20kN je zřejmé, že software ECU formule jedna musí během couvání redukovat přenášený výkon z motoru na kola, jinak by došlo k destrukci ozubení.

Pokud bychom se ovšem měli podrobněji zabývat geometrií ozubení, pak musíme být poněkud kritičtí, neboť tvar boční křivky zubů by bylo lze navrhnout značně agresivněji.

Dalšími součástmi, které jsou pro správnou funkci převodovky formule jedněmi z nejdůležitějších, jsou jádra (obr. 4a,b) s přesuvníky (obr. 7, foto 2). Pokud totiž jsme při sledování GP svědky selhání převodovky, v drtivé většině případů jde o roztržení či jinou destrukci právě přesuvníků a nebo jader. Jádra jsou pevně nasazena na hnané hřídeli (ta spojuje hnací hřídel s předlohou a diferenciálem) a po jejich vnějších pěti evolventních zubech se pohybují přesuvníky, jejichž čelní ozuby (kameny) spojí hnaná kola s hnanou hřídelí při zařazení (přesuvníkem je s hřídelí trvale spojeno vždy pouze jediné hnané kolo).

  Obr. 4a: Jádro, geometrie; hmotnost 139 gramů

 Obr. 4b: Jádro, řez

Nákružky Ø50 mm po obou stranách jádra tvoří oběžné plochy pro ložiskové jehlové klece hnaných kol. Spojení jádra s hnanou hřídelí zajišťuje poněkud překvapivě rovnoboké drážkování s dvaceti zuby a nízkým ortogonálním profilem (h.z=1.25mm).
Napěťová a průhybová analýza jádra je na obr. 5, 6. Zatížení se realizuje přibližně na jedné polovině plochy zubu, neboť při zařazení se přesuvník právě takto dotýká jádra.

  Obr. 5: Napěťová analýza jádra, zatížení: 35kN, max. napětí 350 MPa, deformační měřítko 325:1

Obr. 6: Deformační analýza jádra, zatížení 35kN, max. průhyb 0.02mm, deformační měřítko 325:1

  Obr. 7: Přesuvník, geometrie; hmotnost 59 gramů

Napěťová (obr. 8) a deformační (obr. 9) analýza přesuvníku svědčí o malém zázraku, neboť skutečně součástka vážící  necelých 60 gramů s nejmenší průřezovou plochou cca. 2x8 milimetrů je schopna díky důmyslnému designu přenést výkon přes sedm set koní! Přitom statické napětí při zařazení nepřevýší 530MPa, deformace dosahuje hodnoty pouhé jedné setiny milimetru.

Obr. 8: Napěťová analýza přesuvníku; součtové zatížení 30kN, deformační měřítko 1340:1

Obr. 9: Průhybová analýza přesuvníku; součtové zatížení 30kN, deformační měřítko 1340:1

Geometrie čelních řadicích kamenů je ukázkou dokonalého kompromisu mezi pevností na straně jedné, a ještě přijatelnou ztrátou schopnosti rychlého zařazení na straně druhé. Při pohledu na dimenzi těchto dílů se až tají dech, a je jen těžko k uvěření, že takto subtilní součástky jsou schopny přenášet tak vysoké výkony, jimiž monoposty formule jedna disponují. Přirozeně, pro součásti převodovek není limitní z hlediska života dílů přenášený výkon, nýbrž přenesený točivý moment (který je u motorů formulí jedna docela nízký, s maximem cca. 330Nm); přesto však je podle mého názoru potřeba se před designem těchto dílů sklonit.

Pro úplnost dodejme, že jádra s přesuvníky i zpátečkové kolo jsou vyrobeny z vysoce houževnaté nitridační oceli s povrchovou tvrdostí v rozmezí  58 až 63 HRc (680…810 HV), přičemž paradoxně nejnižší tvrdost je na oběžných plochách jehlových ložisek hnaných kol (což souvisí s technologií výroby, neboť se zřejmě zmiňované plochy ještě po nitridaci lapují, čímž se nepatrně sníží hloubka nitridační vrstvy a tím i její tvrdost).

Poslední součást, která se nám dostala do rukou, je poloosa, propojující diferenciál s nábojem kola (foto 3):

  Foto 3: Poloosa, pravá a levá strana, hmotnost 1755 gramů

Z hlediska designu jde o velmi propracovanou součást z dílny fy. Pankl, jejíž cena se šplhá v přepočtu téměř k půl milionu korun! Jde o dutou součást s dvojím odsazeným průměrem, přičemž součástí poloosy jsou jádra tripodů vzájemně natočená o 60° a tvořící s poloosou jeden celek. Zajímavostí je vysoká pevnost poloosy (2200 MPa), a také okolnost, že oběžné průměry jehliček nesoucí rolny tripodů mají vyšší tvrdost (61-62HRc) nežli základní materiál poloosy. Za povšimnutí stojí voštinové vylehčení  čepů rolen tripodů, které tedy považujeme v honbě za minimalizaci hmotnosti snad až za „posedlost“ (přirozeně, v tom dobrém slova smyslu).

Nahlédli jsme pod pokličku konstruktérům formulového světa, a ačkoliv je zřejmé, že psaný text nemůže nikdy nahradit žádný z pocitů při reálném dotyku s popsanými součástmi, doufáme, že jsme naším článkem alespoň pohladili srdíčka té skupiny fans, kterou technika světa F1 zajímá přinejmenším tak jako závody samotné. Věřte, že držet v rukou součásti, o nichž víte, že poháněly monoposty F1 ve vámi sledovaných velkých cenách, je fantastický pocit, jemuž se sotva něco vyrovná! Kéž by se svět formule jedna ještě více otevřel pro technicky založené fandy tohoto krásného sportu, a kéž bychom mohli jednotlivé komponenty monopostů obdivovat z ještě větší blízkosti…

Foto: Ondřej Jakubíček, Zlín
Text a 3D: Dušan Šimek, Vsetín