Сцепление в машинах Формулы 1
Сцепление в машине Формулы 1 играет ту же роль, что и в обычной дорожной машине – это соединение двигателя, трансмиссии и, в конце концов, колес автомобиля. Сцепление в автомобиле – это фрикционное устройство, которое соединяет двигатель и трансмиссию: оно способно проскальзывать, так что существует бесконечное множество комбинаций работы силовой установки и трансмиссии. Например, двигатель работает, а входной вал коробки передач в то же время неподвижен, когда сцепление разомкнуто, или наоборот, когда сцепление в работе на 100%, а вал коробки передач вращается с той же скоростью, что и вал двигателя.
Такая способность сцепления позволяет водителю дозировать передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач, постепенно подключая сцепление. Разница между дорожной и гоночной машиной в работе сцепления видна даже не во время старта, а в процессе переключения передач. В дорожной машине, чтобы переключить передачу, сцепление полностью размыкается, позволяя коробке передач синхронизировать валы при переключении. В машине Ф1 это необязательно, ведь сложная электроника сама следит за тем, чтобы во время переключения все уже было готово и синхронизировано. Это называется «бесшовное переключение». Таким образом обеспечиваются минимальные потери крутящего момента при переключении. В целом, это супербыстрый электронный аналог синхронизатора в обычной дорожной машине.
Гонщик может управлять сцеплением на старте и при движении задним ходом с помощью подрулевых лепестков
Строение сцепления в дорожной машине и в машине Формулы 1 похоже, но есть значительные различия. Сцепление дорожной машины состоит из нескольких основных частей: нажимной диск, который прижимается диафрагменной пружиной к маховику; ведомый диск расположен между маховиком и нажимным диском, его ступица надета на первичный вал коробки передач. Диск имеет сборную конструкцию: его основу составляет металлический диск, на котором с двух сторон находятся фрикционные накладки. Пружины постоянно прижимают нажимной диск и к ведомому диску, за счет чего и производится передача крутящего момента от двигателя коробке передач. Чтобы разомкнуть сцепление, водитель нажимает педаль, дальше происходит следующее: пружина сжимается (с помощью привода сцепления, нажимной вилки, муфты и выжимного подшипника), ее пластины, закрепленные в «корзине», действуют как рычаги, и отводят нажимной диск от ведомого диска. В этот момент передача крутящего момента от двигателя коробке прекращается и можно переключить передачу. После включения нужной передачи педаль сцепления отпускается, пружина возвращается в исходное положение, прижимая нажимной диск к ведущему диску и к маховику — передача крутящего момента возобновляется.
Корпус сцепления делается из прессованной стали, а диски из материала, из которого делаются тормозные колодки. У семейной машины средних размеров диск будет иметь диаметр 240 мм и весить более 5 кг, а максимальный крутящий момент будет около 450 Нм.
Сцепление в обычной дорожной машине необходимо для плавной передачи крутящего момента
Сцепление в машине Формулы 1 является более совершенной версией, в нем механизм размыкания тянет штифты диафрагменной пружины, а не толкает их, что позволяет уменьшить размеры и обеспечить лучшее охлаждение. Диаметр дисков составляет 100-100 мм, их масса составляет 1,5 кг, что достигается благодаря корпусу из титана и дискам из карбона. Их количество будет равняться четырем или пяти против одного в дорожной машине. Несмотря на малый размер, сцепление машины Ф1 способно «переварить» 2000 Нм крутящего момента. Малый диаметр позволяет закрепить двигатель довольно близко к днищу, все это способствует низкой инерции вращения и плавному разгону. Сцепление в Ф1 имеет значение инерции около 0.0066 кг/м2, что составляет 1/10 от такового значения в дорожной машине. При разгоне машины Ф1 инерция вращения «добавляет» примерно 8,5 кг к массе машины, а в средней дорожной машине – 85 кг. Так что легко увидеть, насколько важнее снизить инерцию вращения, чем даже просто вес.
Уменьшение размеров сцепления происходит благодаря развитию углеродного волокна и деталей из него. Это происходит вместе с развитием карбоновых тормозов, там используются похожие материалы. До этого для сцепления использовались медь, железо, бронза и диоксид кремния. Они отчасти превосходят органические материалы, но при температурах около 1000 градусов теряют свои свойства. Углеродные материалы могут легко справиться с такой температурой.
Впервые карбоновое сцепление стали использовать в команде Williams в 1983 году, а уже через несколько лет это стало стандартом. Tilton, ZF и AP были пионерами в этой области, но сейчас AP снабжает 8 команд из 10, и они отпраздновали свою 865-ю победу в Формуле 1 в прошлом году в Абу-Даби.
Это перевод статьи Пэта Симондса из журнала GP Racing UK за октябрь 2023.
Фото: MotorSportImages.com
Этот блог в соцсетях:
