Prijenos snage kod Formule 1

Ja ću sada pisati ovdje o prijenosu snage od motora do kotača kod običnih automobila koji je jako sličan kao i kod formule 1 samo sa više pažnje na tolerancije i dosjedanje materijala, odabir materijala je puno složeniji kod formule i materijali su skuplji, bilo načinom dobivanja, bilo načinom obrađivanja. Zato ću počet sve od početka ali kao što prije spomenuo nema velike promjene i načina rada kod formule 1. sve je to bazirano na isti način rada.
Za početak da navedemo koji su osnovni dijelovi transmisije (prijenos snage) bez koje bilo koje vozilo nemoguće da se pokreće i vrši gibanja. A to su spojka i mjenjač koji se nalazi kod motora, zatim kardansko vratilo koje i nije potrebno, slijede diferencijal i na kraju poluosovine koje su spojene na kotače koje vrše gibanje vozila. I da odmah naglasimo zadatke transmisije a to je promjena okretnog momenta i broja okretaja motora i prijenos okretnog momenta na pogonske kotače.
i ako vas zanima, ovdje možete naći cijeli tekst sa svim slikama i obješnjenjima http://rapidshare.com/files/169813773/Prijenos_snage_opae_enito_kod_automobila_i_primjena_kod_formule_1.rar

Vrste pogona

Razlikujemo kod cestovni automobila tri pogona, pogon na prednje, stražnje i na sve kotače. Bolidi formule 1 imaju pogon na stražnje kotače pa ćemo više o njima pričati a ostali za nas nisu tako važni, samo smo ih spomenuli da postoje.

Stražnji pogon

Kod stražnjeg pogona kod automobila ima više položaje motora, a to motor naprijed i motor straga. Kako je opće poznato, formula 1 ima motor odostraga pa ćemo opisati kakve karakteristike donosi tako smješten motor.
Kao što smo ranije spomenuli da formula 1 ima motor odostraga i tako se motor nalazi ispred stražnje osovine s povoljnijom raspodjelom težine na obje osovine, a zbog težišta vozila se ponaša neutralno.

Spojke

Sad ćemo malo o spojkama, čemu služe zašto se koriste i tako dalje.
U transmisiji spojka predstavlja razdvojivu vezu između motora i mjenjača koje omogućuju:
- Prijenos okretnog momenta motora na mjenjač – u cijelom radnom području okretaja motora i u svim radnim uvjetima spojka mora prenijeti odgovarajući okretni moment na mjenjač
- Prekid toka snage s motora na mjenjač – odvajanjem mjenjača od motora olakšava se pokretanje hladnog motora: ulje u mjenjaču je zbog niskih temperatura viskoznije, pa su potrebne veće sile za pokretanje. Pri promjeni stupnja prijenosa uključeni se dijelovi mjenjača rasterećuju čime je omogućena promjena stupnja prijenosa bez udarca i oštećenja dijelova i mjenjača
- Lagano i meko pokretanje vozila – pomoću trenja klizanja pri pokretanju vozila izjednačuje se broj okretaja motora između pokretnog zamašnjaka i nepokretnog ulaznog vratila mjenjača
- Prigušivanje udarnih naprezanja i torzijskih vibracija – vibracije nastaju periodičkom izmjenom neradnih taktova, a prigušuju se prigušnim elementom (torzijskim prigušnikom ili dvomasenim zamašnjakom
Spojke mogu biti aktivirane ručnim ili nožnim upravljanjem i automatski. Spojke koje se često ugrađuju vozila i ostala vozna sredstva mogu biti tarne, hidrodinamičke, visokospojke i elektromagnetske.
Za bolje shvaćanje važnosti spojke u vozilima, pogotovo u sportskim automobilima kao i formuli 1, objasnit ću princip rada obične spojke kod osobnog automobila i sa osnovnim dijelovima, i kao što se može pretpostaviti nema velikih razlika u načinu rada obične spojke za osobna vozila i spojke za formulu 1. Najvažnija obveza spojke da omogući spajanje dva razdvojena strojna dijela, u ovom slučaju spajanje motor i mjenjač, trenjem bez velikih gubitaka u prijenosu snage.

Tarne spojke

Kao što sam ranije rekao, sad ću objasniti princip rada najobičnijih spojki, a to su tarne.
Tarne spojke prenose okretni moment trenjem klizanja između pogonskog dijela i gonjenog dijela. Pogonski dio spojke na motornim vozilima je zamašnjak, a gonjeni dio uzdužno je pomičan i montiran na vratilu spojke. Okretni moment, odnosno snagu koju prenose ove spojke, ovisi o tlačnoj sili kojom su tarne površine priljubljene, koeficijentu trenja, srednjem radijusu i brojem okretaje. Imamo više vrsta tarnih spojki koje se određuju u ovisnosti o tome kako se proizvodi sila, mogu biti mehaničke, hidrauličke, elektromagntske i pneumatske.
Osnovni dijelovi tarne spojke su tanjur spojke (lamela), kućište spojke, potisni ležaj, tanjurasta spojka, potisna ploča. Osnovni princip rada je isti za sve tarne spojke samo je razlika u izvedbi spojke.
Da opišemo sada rad jedne tarne spojke na principu mehanike. Kada se u automobilu pritisne papučica spojke, ili ti mehaničarskog naziva kumplung, pritisne se pomoću poluge potisni ležaj, koji je u konstantnom dodiru sa tanjurastom oprugom. Kad se potisne potisni ležaj, on automatski potisne tanjurastu oprugu, koja kad se potisne odvaja potisnu ploču od tanjura spojke (lamela). Kada se potisna ploča odvoji od lamele više nema potisne sile koja pritišće lamelu na zamašnjak motora i tako se nemože ostvariti sila trenja koja omogućuje prijenos okretnog momenta i snage od motora prema mjenjaču i dalje prema kotačima. Kada se opusti papučica spojke, sila u tanjurastoj spojki nadjača silu poluge koje ga je ranije potisnula, i vrača se u prvobitni položaj, a time se ostvaruje potisna sila koja pritisne potisnu ploču na lamelu i time se ostvari spoj između lamele i zamašnjaka. I tako se ostvari dostatna sila trenja koja može prenijeti snagu i okretni moment motora.
Glavni dijelovi spojke:
Tanjur spojke (lamela)
Zadaci lamele su:
- Prijenos okretnog momenta sa zamašnjaka na vratilo mjenjača
- Mekano uključivanje bez trzaja
- Prigušivanje torzijskih vibracija

Konstrukcija – osnovni dijelovi lamele
- Nosač obloga (noseća podloga)
- Ozubljenje glavčina s obodom
- Tarne obloge
- Elastična podloga (valovita opruga)
- Prigušivač torzijskih vibracija (zavojne opruge)

Tarne obloge – obloge da potrebni koeficijent trenja (m); što je trenje veće to, to se može prenijeti veći okretni moment, odnosno mogu se ugraditi manje i lakše spojke.

Materijal za izradu obloga mora biti:
- Postojan na visoke temperature
- Otporan na trošenje
- S velikim koeficijentom trenja koji će u što širem temperaturnom području biti ravnomjeran

Vrste podloga:
Organske podloge – čine ih umjetna vlakana (npr. aramidi), punila (metalna piljevina, Cu ili Zn), umjetne smole kao veziva. U automobilskoj industriji organske podloge se najviše ugrađuju u suhe spojke (kod automobila niže klase sa manualnim mjenjačima).
Metalne obloge – sinter aluminijev oksid na metalnoj podlozi (čelik). Primjenjuju se u mokrim kvačilima, npr. automatski mjenjačima i lamelastim spojkama motorkotača.
Sinter keramičke obloge – vrlo su otporne na trošenje i visoke temperature, te imaju veliki koeficijent trenja. Koriste se u spojkama sportskim i trkaćim vozila.
Gibljivost obloga – jednostavni tanjur nema niti prigušivač torzijskih vibracija, niti ima gibljive obloge (elastične elemente između obloga). Koristi se zajedno sa dvomasenim zamašnjicima.

Složeniji tanjuri imaju elastičnu podlogu na kojoj se nalaze obloge. Zadatak elastične podloge je ostvarivanje mekog pokretanja vozila, bez trzaja; pri pokretanju vozila obloge mekano hvataju i, u uključenoj spojci, cijelom površinom ravnomjerno naliježu na zamašnjak i potisnu ploču.
Prigušivanje torzijskih vibracija produže radni vijek motora i mjenjača, a izvedeno je zavojnim oprugama i tarnim prigušnikom.
Prigušnik torzijskih vibracija – prigušuje torzijske vibracije između motora i mjenjača. Čine ga torzijske opruge i tarni prigušnik.
Torzijske opruge – pokretljiva glavčina tanjura obodom se oslanja na nosač preko zavojnih opruga. Kako bi se spriječilo nalijetanje oboda glavčine na udarne svornjake, zavojne opruge moraju izdržati veći okretni moment od maksimalnog koji motor može dati.
Tarni prigušnik – smješten je u dijelu glavčine i čine ga jedan ili više tarnih prstena, tanjurasta opruga prigušnika, elastična i oslona podloga.
Prigušnik radi na principu prigušnog djelovanja suhog trenja i apsorbira dio energije vibracija u određenom broja okretaja motora: dok je okretanje jednolično, tarni prsteni rotiraju zajedno sa pločom. Pri trenutačnom ubrzanju ili usporenju zbog torzijskih vibracija, prsteni ne prate te brze promjene, pojavljuje se trenje i energija vibracija pretvara u toplinu. Tanjurasta opruga prigušnika daje potrebnu aksijalnu silu za stvaranje trenja.

Kao što je prikazano na slici vidimo gdje se nalazi spojka na motoru, tj. na prednjoj strani motora. Ovdje je prikazan Fordov V6 motor sa spojkom i svim priključcima.

[img][/img]


Ovdje je prikazana tanjurasta opruga koji je sastavni dio svake tarne spojke. Kao sastavni dio spojke koji odvaja i spaja motor sa mjenjačem nemora biti tanjurasta opruga, mogu biti drugi oblici opruga kao na primjer mogu biti linearne opruge (obične opruge)



Ovdje su prikazani glavni dijelovi spojke, tanjurasta opruga sa potisnom pločom u spoju, tarna ploča (lamela) i potisni ležaj

U sljedećih par slika će biti prikazani dijelovi glavni dijelovi spojka i njihov redoslijed pri spajaju i njihov rad kako je gore objašnjeno








Na ovoj slici je prikazana tanjur spojke (lamela) koja omogućuje prijenos snage i okretnog momenta pomoću zvjezdastog vratila na mjenjač

Sustav automatske spojke

Opisom najobičnije mehaničke tarne spojke prikazali smo važnost spojke kod automobila, ali takvu spojku je nemoguće primijeniti kod velikih brzina i okretnih momenata, brzih promjena kao što je primjer kod formule1. Kod formule su poluautomatski mjenjači i time imaju samo dvije papučice za gas i kočnicu, i vozač nema utjecaja i nadzora nad spojkom i tako koriste automatske spojke. Automatske spojke se aktiviraju u ovisnosti o praćenim parametrima.
Parametri na temelju kojih upravljački sklop aktiviraju spojku su:
- Prekidač paljenja (kontakt)
- Broj okretaja motora
- Prepoznavanje stupnja prijenosa
- Prepoznavanje namjere promjene stupnja prijenosa
- Položaj papučice gasa
- Brzina vozila
- ABS/ASR signali
- Brzina i hod potisnika

Dijelovi sustava automatske spojke
- Spojka – tarna spojka s tanjurastom oprugom i hidrauličkim središnjim potisnikom
- Senzori – koji prate parametre i šalju elektroničkom sklopu
- Upravljački sklop – obrađuje sve signale senzora i odlučuje o promjeni stupanja prijenosa
- Aktori – elektromotor s pužnim prijenosom, glavni i izvršnim prijenosom

Prepoznavanje namjere promjena stupnja prijenosa je omogućeno ugradnjom senzora na ručicu mjenjača.
Prepoznavanje stupnja prijenosa – obuhvaćeno je sa dva beskontaktna senzora zakreta ugrađenim u mjenjaču na prijenosnim polugama. Dopunski signali za prepoznavanje stupnja prijenosa i namjere promjene dobivaju se preko CAN sabirnice od upravljačkog sklopa motora i ABS/ASR.
Pokretanje vozila – upravljački sklop prima podatke i uspoređuje ih sa zapisanim u memoriji, te određuje optimalno klizanje spojke pri kretanju vozila.
Promjena stupnja prijenosa – senzori na ručici mjenjača javlja o namjeri vozača. Upravljački sklop preko elektromotora s pužnim prijenosom djeluje na glavni cilindar, zatim porast tlaka aktivira završni cilindar i spojka odvaja. Nakon uključivanja stupnja prijenosa, senzori javljaju o izabranom stupnju, pa upravljački sklop određuje klizanje spojke pri uključivanju.
Gas preko papučice nije potrebno oduzimati, jer upravljački sklop motora automatski reducira količinu goriva, a nakon uključivanja spojke, količinu goriva ponovo vraća na početnu vrijednost.
U normalnoj vožnji upravljački sklop izračunava razliku broja okretaja motora i vratila spojke, te održava klizanje spojke u dopuštenim granicama. Na taj način se prigušuje veće oscilacije broja okretaja motora.
Promjena opterećenja – pri naglom pritisku ili popuštanju papučice gasa, vozilo trza (tzv. Učinak Bonanza). Upravljački sklop kratkotrajno isključuje spojku i sprečava tu pojavu. Time je omogućeno i ubrzanje vozila bez trzaja.
Isključivanje na glatkoj podlozi – signal s pogonskih kotača koji naginju blokiranju dolazi u upravljački sklop: spojka se u samom početku blokiranja kotača isključuje, čime se kotači oslobađaju.

Obilježja sustava automatske spojke su:
- Nema papuče spojke
- Obloge se manje troše
- Motor se ne guši pri pokretanju ili kočenju vozila
- Torzijske vibracije su prigušene kontroliranjem proklizavanjem
- Nema štetnih trzaja

Spojke kod formule 1

Spojke je direktno spojena na motor, postavljen između motora i mjenjača. Dvije tvornice, AB Racing i Sach, proizvode proizvode ugljične spojke za formulu 1, koje moraju imati biti postojane na maksimalnim temperaturama, tj. radno područje mora biti i do 500 C, i nesmije izgubiti nimalo od svojih performansi. Spojka je elektro-hidraulična i mora težiti najmanje 1,5 kg.
Ona je konstruiran sa dvostrukim lamelama i moraju biti tako konstruirane da se dobro odvode toplinu koju dobivaju od motora, a zbog svoje male mase imaju male inercijske sile i time je omogućena brža promjena stupnja prijenosa. U bolidu samo dvije papučice, za gas i kočnicu, a nema za spojku jer je ona konstruirana kao automatska spojka, koju smo prije objasnili. Kada vozač želi promijeniti stupanj prijenosa onda samo povuče polugu kod upravljačkog mehanizma (volana) prema gore, ovisno da li žele povisiti ili sniziti stupanj prijenosa (prebaciti u višu ili nižu brzinu) povlače desnu (za višu) ili lijevu polugu (za nižu brzinu). Promjer spojke u formuli 1 kreće se oko 100 mm.
Mjenjači stupnja

Mjenjači stupnja prijenosa

Do sad smo opisali spojku, smještaj, dijelove i način rada, i naveli koji je ugrađen u formulu 1. Dalje nastavljamo sa opisivanjem prijenosa snaga, i dolazi mjenjač. Mjenjači se nalaze između spojke i diferencijala, a mijenja i prenosi okretni moment te broj okretaja motora. U formuli 1 su poluaotomatski mjenjači, ali da se njih opiše i objasni način rada potrebno je prije opisati rad običnih ručnih mjenjača, njihove zadatke, dijelove i princip rada koji se puno ne razlikuju. Mjenjače nije lako objasniti ali ću se potruditi što jasnije objasniti sa priloženim slikama.

Zadaci mjenjača

Osnovni zadaci mjenja su:
- Povećati i prenijeti okretni moment motora
- Promjenu broja okretaja
- Omogućiti rad motora uz zaustavljeno vozilo (prazni hod)
- Promijeniti smjer okretaja i omogućiti vožnju unazad

Motori s unutrašnjim izgaranjem rade u području između određenog najmanjeg i najvećeg broja okretaja i samo u njemu mogu dati potreban okretni moment za svladavanje otpora vožnje.
Kako bi konstrukcija vozila bila ekonomična, motor u odnosu na vozilo mora bit što manji i lakši. Takav motor nemože izravno dati zakretni moment, potreban za svladavanje otpora vožnje i velikih sila pri pokretanju vozila. Stoga se između motora i pogonske osovine kotača mora smjestiti reduktor kojim se povećava relativno mali okretni moment motora i reducira visoki broj okretaja motora na potreban niži broj okretaja kotača. Jednom jedinom, stalnom redukcijom broja okretaja vozilo bi bilo usko ograničeno u rasponu brzina i opterećenja. Da bi se puna snaga motora mogla iskoristiti u širem području, ugrađuju se reduktori s promjenljivim prijenosnim omjerom, mjenjači stupnja prijenosa.
Izlazna karakteristika mjenjača – za pokretanje i ubrzanje vozila, te svladavanje nagiba, traži se velika vučna sila, odnosno okretni moment motora. Stoga se mora prebaciti u niži prijenosa. Isto tako, jednom ubrzano vozilo za održavanje dostignute brzine ne zahtijeva maksimalnu vučnu silu koju motor može dati, pa se može prebaciti u više stupnjeve prijenosa.
Kako bi se promjenom stupnjeva prijenosa stvorili što manji gubici vučne sile, izlazne karakteristike mjenjača morale bi biti što bliže hiperboli vučne sile. To daje korisnost mjenjača.
Promjena okretnog momenta i broja okretaja – kod zupčastog para na većem zupčaniku (duža poluga, više zubaca) uvijek vlada veći okretni moment. Polužni omjer odgovara omjeru broja zuba gonjenog o pogonskog zupčanika. Taj omjer nazivamo prijenosnim omjerom i; ako je pogonski zupčanik manji od gonjenog, okretni moment se povećava, a broj okretaja za isti omjer se smanjuje.
To se može opisati formulo:
i=z2/z1=n1/n2=d2/d1

Gdje su indeksom 1 označene komponente pogonskog zupčanika, a sa 2 gonjenog zupčanika. Ako je i>1 onda imamo multiplikator okretaja, ako je i<1 onda je reduktor. Oznake z je za broj zubaca zupčanika, n je za broj okretaja zupčanika, a d je za promjer zupčanika.
Prazni hod – prekinuti tok snage u mjenjaču. Prazni hod se dobiva kada nisu dva zupčanika spojena, tj. nisu u zahvatu. Često takvo stanje mjenjača nazivamo ler.



Rad mjenjača

Za opis rada mjenjača koristit ću mjenjače sa ravnim zubima, koji su ulazili jedni u druge. Danas se oni više ne koriste osim za poljoprivredne strojeve. Koristili su početku auto industrije, ali su pokazali podosta mana, kad su ulazili u spoj previše su bili bučni, krčali su, kratki radni vijek i bilo je potrebno koristiti među gas. Danas mjenjači koriste sinkrone naprave koje smanjuju buku u zupčaniku i povećali su radni vijek samog mjenjača, ali što tiče načina rada nema velikih promjena od prvih mjenjača sa ravnim zubima.
U mjenjaču postoje tri osovine i jedna polu osovina sa zupčanikom za vožnju unatrag (z8 ). Jedna osovina ide u motor, druga ide prema diferencijalu i kotačima, treća služi kao pomoćno vratilo sa fiksno pričvršćenim zupčanicima.
Na pogonskom vratilu nalazi se prvi zupčanik (z1) koji je stalno, fiksno vezan sa zupčanikom (z2) na pomoćnom vratilu, koji pokreće ostale zupčanike na vratilu (z3, z5, z7).
Na izlaznom vratilu nalaze se pomični zupčanici (z4, z6).
Za prvu brzinu potrebno je spojiti zupčanike z3 i z4, snaga motora prelazi preko zupčanika z1, z2, z3, z4, prema diferencijalu i kotačima. U prvoj brzini postiže se veći okretni moment i manji broj okretaja.
U drugoj brzini koristimo zupčanike z1, z2, z5, z6. Snaga motora prelazi preko prvog para zupčanika (z1, z2) gdje se mijenja okretni moment, ide prema drugog para zupčanika (sada su zupčanici z5 i z6), te se do kraja mijenja okretni moment i broj okretaje motora. U drugoj brzini prijenosni omjer iznosi oko 2:1.
U trećoj brzini prijenos je pomoću klina, tj. ulazno i izlazno vratilo se doslovno spoje. Na izlazu je isti okretni moment kao i na ulazu, ništa se ne mijenja.
Za vožnju unatrag koristimo i polu osovinu sa zupčanikom z8. Zupčanici z7 i z8 su u stalnom zahvatu, a okretni moment se prenosi kada se spoji sa zupčanikom z4. Tada se smjer okretanja izlaznog vratila tri puta promjeni i dobije se negativan prijenosni omjer.
Ovdje sam objasnio rad mjenjača sa ravnim zubima, a kako se danas koriste mjenjači sa sikronom napravom pa ću u slijedećih par redova pojasniti njihov rad i njihove poboljšanje u radu mjenjača.

SINKRONI MJENJAČ

Da bi se smanjili udarci i krčenje u mjenjaču koristimo sinkronu napravu. Kod mjenjača sa sinkronom napravom možemo koristiti kose zube, pa se dobije veće preklapanje zupčanika. Samo za vožnju unatrag koriste se zupčanici sa ravnim zubima, jer kad mijenjamo brzinu, za vožnju unatrag, potrebno je prije stati te onda promijeniti brzinu.
U mjenjaču postoje dva vratila, jadno ulazno, a drugo izlazno vratilo. Na vratilu se nalaze četiri para kosih zupčanika koji su u stalnom zahvatu. Jedni su fiksno spojeni sa vratilom, a drugi su slobodni, koje sinkrona naprava stavlja u zahvat sa vratilom na kojem se slobodno okreću.

SINKRONA NAPRAVA

Sinkrona naprava sastoji se od : kanđastog prstena, tijela sinkrona, sinkrona sa unutarnjim stošcem, zupčanik sinkronog mjenjača sa kanđastim vijencem i vanjskim stošcem i osiguračima (sl.4.).
Tijelo sinkrona je u stalnom zahvatu sa vratilom, u njemu postoje osigurači (opruga sa kuglicama) za zakašnjelo izlaženje kanđastog prstena koji se nalazi na vanjskom ozubljenju tijela sinkrona . Sa bočnih strana se nalazi sinkron. Sinkroni imaju unutarnji stožac sa tarnim površinama koje služe za izjednačavanje brzine okretaja zupčanika sinkronog mjenjača i sinkrona.
Na zupčanicima nalazi se kanđasti vijenac koji služi za povezivanje zupčanika sa sinkronom napravom preko kanđastog prstena.

RAD SINKRONE NAPRAVA

Prije spajana sinkrone naprave sa zupčanikom sinkronog mjenjača, vrte se različitima brzinama i različitim brojem okretaja. Kada se približe stožaste tarne površine, počinju pomoću trenja izjednačavati broj okretaja i brzinu okretanja sinkrone naprave i zupčanika sinkronog mjenjača. Da nema tih tarnih površina, dogodilo bi se ulaženje zuba u zub, kod kanđastog prstena i kanđastog vijenca, a time nismo ništa postigli.
Kada se izjednače brzine sinkrone naprave i zupčanika sinkronog mjenjača, daljnim guranjem kanđastog vijenca se nadjača opruga osigurača (tlačni osigurač), koji se nalazi u tijelu sinkrona i spoji se sa kanđastim vijencem na zupčaniku sinkronog mjenjača. Kada se spoje sinkrona naprava i zupčanik sinkronog mjenjača, tada se povezalo ulazno i izlazno vratilo mjenjača i time dobivamo prijenos snage, prijenos okretnog momenta i prijenos broja okretaja.

Poluautomatski mjenjači

Do sad smo objasnili rad običnih manualnih mjenjača koji se toliko ne razlikuju od rada poluautomatskih mjenjača samo je razlika u tome što se kod poluautomatskih mjenjača koriste elektronika i hidraulika za mijenjanje prijenosnog omjera, a kod manualnih za to koristimo polugu.
Poluautomatski mjenjači nisu konstrukcijski zasebna kategorija, radi se zapravo o računalnom kontroliranju mjenjača. Pod poluautomatskim mjenjačem se smatra onaj kod kojeg vozač može i samostalno odabirati željeni prijenosni omjer, ali to prepustiti i automatici. Vozač, dakle rukuje samo s dvije papučice (gas, kočnica), ručicom i najčešće dodatnim tipkama.
Po osnovnom principu rada poluautomatski mjenjači mogu biti manualni, automatski ili CVT.
Prvi elektronski kontroliran manualni mjenjač napravio je Ferrari za model 355F1. Sistem je razvijen za bolid formule 1 1989. g. Mjenjač iz Ferrarija 355F1 temeljen je na standardnom šest brzinskom mjenjaču iz modela 355 kojem je dodana elektronska kontrola.
Kod ovakvih mjenjača računalo putem elektro-hidraulike vrši odvajanje i spajanje spojke i samu promjenu brzine, ono što inače obavlja vozač, fizički. Superiornost sustava je u preciznosti i brzini, zbog koje se promjena odvija u mili sekundama. Ovaj elektronski kontroliran mjenjač razvili su zajedničkim snagama Ferrari i Magneti – Marelli, a interno su ga nazvali Selspeed.
Selspeed je mjenjač koji se upotrebljava u Ferrarijevoj matičnoj kući Fiat za modele sportske marke Alfa Romeo. Sistem rada je isti no ovdje se radi o pet brzinskom mjenjaču koji radi sporije, ali uglađenije, a brzine se ne mijenjaju pomoću papučice kao kod Ferrarija već pomoću tipaka na volanu.
BMW – ov M Sequential je također računalom kontroliran manualni mjenjač koji pokreće hidraulika. Razlika je u tome što BMW koristi klasičnu ručicu mjenjača koji se pomiče naprijed – nazad.
U širokoj komercijalnoj upotrebi znatno su češći manualni mjenjači bez spojke: Renault Easy, Mercedes A klasa, MCC Smart, Saab Sensonic…
U svakom slučaju papučice su dvije, a vozač više ne mora brinuti o spojci. Računalo registrira pomicanje ručice mjenjača kada se želi promijeniti stupanj prijenosa i automatski odvaja spojku. Prednosti ovih mjenjača je tek nešto viša cijena od manualnih, ali rade sporije i grublje od Selespeed –a.
Druga kategorija poluautomatskih mjenjača su u osnovi automatski mjenjači čiji rad vozač po želji može izravno kontrolirati. Pravi primjer ovakvog mjenjača je Porsche, ZF i Bosch, a pojavio se 90-tih kao opcija 911 da bi se počeo ugrađivati u 968 Boxter i Audijeve modele.
U međuvremenu Honda je razvila vlastiti S-matic, BMW Steptronic, Chrysler AutoStick, Toyota E-shift, Mercedes One-Touch… Ova vrsta mjenjača je zasnovana na klasičnoj automatici s konverterom okretnog momenta. Dodatak je mogućnost da vozač pomicanjem ručice ili pritiskanjem tipki sam bira prijenosni omjer.
Ovakav način rada nije ništa brži od promjene koju vrši sama automatika i svrha je samo povećati užitak u vožnji. Bitno je reći da su danas automatski mjenjači koji vozaču nude izbor promjene brzine gotovo potpuno istisnuli klasične automatske mjenjače koji nemaju tu mogućnost.
Treća vrsta su elektronski kontrolirani kontinuirani varijabilni mjenjači koji unutar bezstupnog raspona prijenosnih omjera nude unaprijed programiranih (najčešće) šest omjera koji «glume» brzine poput onih klasičnog mjenjača. Ovdje vozač prebacivanjem u manualni režim rada bira unaprijed definiranih prijenosnih omjera. U praksi brzina promjene nije na razini Selespeeda, već radi slično kao Tiptronic. Ovakav mjenjač koriste Fiat Punto Speed Gear, Nissan Primera M6 Hyper-CVT, Subaru Pleo I-CVT, Rover MGF Steptronic.
Od samog početka CVT mjenjači su nudili prednost automatike uz znatno manje otpore, gubitke energije, masu i jednostavnu konstrukciju. Elektronskom kontrolom i uvođenjem unaprijed programiranih prijenosnih omjera CVT mjenjači su se načinom rada uvelike približili radu manualnih mjenjača, koji po svim mišljenjima pruža najviše užitaka u vožnji. Uz povećanje izdržljivosti, trajnosti i mogučnosti prenošenja većih okretni momenata, upravo se CVT mjenjači nameću kao idealno rješenje.
Najveća prednost poluautomatskih mjenjača je jednostavnost prilikom rukovanju, u čemu se izjednačavaju s automatskim mjenjačem, dok istovremeno pružaju užitak u vožnji i ručnom odabiruprijenosa poput manualnih. Također, po cijeni izrade su između manualnih i automatskih, a novije generacije pokazuju sve veće pomake u smanjenju otpora i gubitka energije.

Ulja za mjenjače

Kao i ulje za motor koje služi za podmazivaje i zaštitu pokretnih dijelova i odvođenje topline od motora (hlađenje), tako i ulja za mjenjače imaju svoju ulogu, makar nisu istog kemijskog sastava.
-Zaštita protiv trošenja bokova zubaca i kliznih površina ležaja. Kod hipoidnog ozubljenja osobito je izraženo istiskivanja uljnog filma, što je uzrok povećanom trošenju
-Različite karakteristike trenja – u sinkronim mjenjačima uljni film između tarne konusne plohe zupčanika i sinkronog prstena mora se izgubiti radi postizanja sinkronizacije
-Zaštita tijekom starenja tijekom čitavog vijeka eksploatacije
-Neagresivnost prema brtvama, elastomerima

Mjenjači kod formule 1

Kao što se ranije bilo rečeno, mjenjači formule 1 se ipak razlikuju od običnih mjenjača, koristi se poluautomatski mjenjači bez sinkrone naprave. Makar smo gore objasnili rad sinkrone naprave i njezinu svrhu kod mjenjača, bilo je potrebno da se bolje razumije rad mjenjača. Mjenjač kod F1 radi na sličan način kao i kod mjenjača za motocikle, pomoću kružnih barijera. Kako nema sinkrone naprave, za izjednačavanje brzine okretaja radilice motora i ulaznog vratila mjenjača služi elektronika u motoru koja izjednačava brzinu vrtnja radilice motora sa ulaznim vratilom mjenjača, i tek kad se brzina izjednači moguće je promijeniti brzinu.
Svaka momčad konstruira i proizvodi svoje mjenjače neovisne od drugih ili su u partnerstvu sa tvrtkama kao što je X-trac. Mjenjači moraju imati kada se konstruiraju najmanje 4 brzine, a maksimalno 7 brzina, koji se razlikuju od momčadi do momčadi. Kao i kod običnih cestovnih automobila i mjenjači formule 1 moraju imati omogućenu vožnju unatrag, tj. moraju imati rikverc. Većina bolida imaju mjenjače sa šest brzina, ali u zadnje vrijeme je sve više popularniji i sve se više koriste mjenjači sa sedam brzina. Mjenjači sa sedam brzina se koriste kod motora koji imaju malu snagu motora, i time imaju veći broj okretaja na izlazu iz mjenjača, i time se može iz motora dati maksimalnu snagu, radi u svojem idealnom području. Mjenjač se nalazi iza motora i direktno je spojen sa osovinama stražnjim kotačima i time se smanjuje gubitak okretnog momenta. Ali zato mjenjač mora dobro prigušivati vibracije koje se ostvaruje tokom rada motora, pa su Stewart i Arrovs 1998 godine počeli koristiti mjenjače koji su bili napravljeni od ugljičnih vlakana. Time se pomoglo smanjiti težinu samih mjenjača, no tome se prouzročilo mnogo problema koji su povezani sa toplinom i silama nametnutim od ovjesa. Minardi je prva momčad koja je proizvela mjenjače od titana 2000. god., imali su mogućnost smanjenja mase do 5 kg koja se uspoređuje sa zaboravljenim magnezijevim mjenjačima. Ferrari slijedi primjer, koristeći prednost titanovih dijelova u mjenjačima u svojem bolidu od 2001 god. Minardijev mjenjač iz 2000 god. proizvelo se pomoću CRP tehnologije.
Zupčanici u mjenjačima se koriste samo za jednu utrku i oni se zamjenjuju tokom vikenda da se onemoguće mogući kvarovi, jer su podloženi na vrlo visoka naprezanja. Prijenosni omjer zupčanika u mjenjaču je isto važan dio set-upa bolida za svaku pojedinačnu stazu. Momčadi prilagođavaju posljednu brzinu (šesta ili sedma brzina, ovisno o tome koliko brzina (prijenosnih omjera) ima mjenjač) tako da bude namještena što bliže krajnim limitu brojaka okretaja motora. Ali za utrke je potrebno namjesti mjenjač na malo manji broj okretaja motora od maksimalnog za lakše podizanje broja okretaja kad su bolidi jedan iza drugog i mogučnost preticanja. Nadalje, niže brzine (prva i pogotovo druga brzina) moraju biti namješteni tako da mogu dati najveću akceleraciju na izlazu iz zavoja na stazama. Ostale brzine moraju se podesiti tako da popune ovu prazninu od najniže i najviše brzine sa čim manjim gubicima snage motora i pogotovo okretnog momenta koji pokreće bolid.
Kao što je bilo ranije rečeno, i bolidi F1 imaju mogućnost vožnje unatrag, ali je tako konstruirana da zadovoljava propise nego od praktičnog korištenja. Većina momčadi proizvodi male i slabe zupčanike za vožnju unatrag izvan mjenjača za pomaganje održavanje mase i težišta, ukoliko se „rikverc“ rijetko koristi.
Svaki prijenos brzine se kontrolira sa kompjuterom, brzinom promjene između 20-40 milisekundi. Mjenjačka kutije je tako konstruirana i napravljena da onemogućuje mehaničku (ručnu) promjenu smjera gibanja vratila, ali to ovisi najviše o smjeru kretanja bolida. Prođe oko 40 min da se promijeni svih šest brzina tokom zadržavanja u boksu.

Diferencijal

Diferencijal se ugrađuje kako bi se omogućio prijenos okretnog momenta i pri različitim brzinama vrtnje pogonskih kotača. Razlika u kutnim brzinama javlja se:
- Pri pokretanju vozila u krivini
- Na neravnoj podlozi
- Pri različitim promjera kotača (statički – različiti promjeri pneumatika, dinamički – zbog različitog tlaka, istrošenosti ili opterećenja)

U takvim slučajevima razlika kutnih brzinama nastala zbog toga što kotači moraju u istom vremenu prijeći različite putove (odnosno, isti put, ali s različitim promjerom).
Diferencijal, odnosno diferencijalni prijenosnik, koristi se kod gotovo svih vozila s četiri i više kotača. Izuzetak su nova vozila - motocikli s četiri kotača (Quad), koji mogu, a ne moraju imati diferencijal. Osnovna funkcija je osiguravanje vožnje po zavoju, kad unutarnji kotač prelazi kraću putanju od vanjskog. Zbog toga je potrebno diferencirati (učiniti različitima) brzine pogonskih kotača, tako da se vanjski kotač vrti brže, a unutrašnji sporije. To se postiže planetarnim sklopom, a dva nasuprotno postavljena tanjurasta sunčana zupčanika, spojena s poluosovinama, i dva stožasta planetarna zupčanika, spregnuta (povezana) sa sunčanim zupčanicima.
Planetarni zupčanici se okreću na osovini koja je učvršćena u kućište diferencijala. Kućište diferencijala povezano je s osovinskim reduktorom, s omjerom redukcije od 3:1 do 6:1. Iako ga mnogi smatraju dijelom diferencijala, on je samo ugrađen u istom sklopu. Kod automobila sa stražnjim pogonom, kod kojeg se snaga na stražnje kotače prenosi pod pravim kutem (90°), kućište je učvršćeno na tanjurasti zupčanik, kojeg pokreće stožasti zupčanik, spojen s kardanskim vratilom. Ozubljenje je hipoidno (lučno), a os stožastog zupčanika niža je od osi tanjurastog zupčanika. Mana diferencijala je da snaga uvijek ide linijom manjeg otpora te ako jedan kotač počne proklizavati, drugi potpuno gubi pogonsku snagu. Zbog toga se ugrađuju blokade diferencijala, koje se mogu napraviti na dva načine: ugradnjom višestrukih samokočnih hipoidnih planetarnih zupčanika, između sunčanih, ili viskoznim spojkama-kočnicama, na svakoj poluosovini. U prvom se slučaju radi o mehaničkoj blokadi (sustav Torsen), a u drugom o elektronički upravljanoj blokadi diferencijala.







Diferencijal kod Formule 1

Za omogućenje vožnje pogonskih kotača istim brzinama kroz zavoje, bolidi Formule 1 koriste diferencijal koji je jako ostalim izvedbama koji se koriste u ostalim automobilima. Bolidi F1 koriste diferencijal koji omogućuje ograničenje klizanja koja služi kao pomoć pri dobivanju najveće trakcije kroz zavoj, usporedbi sa ostalim diferencijala koji koriste osobni automobili. Obični automobili teoretski raspodjeljuju okretni moment na oba kotača u svakom trenutku, a budući da naprava za ograničenje klizanja koristi trenje za promjenu okretnog momenta između pogonskih kotača. Elektro – hidraulički uređaj koji se koristi kod bolida F1 za ravnomjernu promjenu okretnog momenta na oba pogonska kotača u različitim stupnjevima kod prolaska zavoja. Takva povezanost okretnog momenta je različita od usmjerenja kroz sam zavoj ili sprečava proklizavanja unutarnjih kotača kod nagle promjene akceleracije kroz zavoj.
FIA dozvoljava korištenje ovakvog uređaja pod uvjetom da njezine postavke se nemijenjaju kroz samu utrku, tj. nema promjena na diferencijalu kada bolid izađe na stazu. Moog ventili reguliraju trenje koje se javlja između dva vratila diferencijala sa uvjetima na stazi tako da povećava učinkovitost samog bolida u skladu sa postavkama koje su uprogramirane u kompjuter bolida. Moog ventili otvaraju i zatvaraju u zavisnosti o onome što im kompjuter šalje, ali ventili moraju raditi na sličan način kako su preprogramirani za vrijeme stajanja bolida u boksu. To znači da vozač nemože mijenjati starije postavke diferencijala tokom vožnje i prilagođavanje uvjetima na stazi, od kada je su dopuštena različita elektronička pomagala, tj od 1993. godine.