Как это работает: колесо и колесная гайка. Что нужно знать о болиде F1? Кому это может быть интересно

В формуле 1 нету мелких действий или дел. Когда дело пойдет к победе на трассе, команда выложит все возможные силы и вложит невероятное количество денег.

Этот год из-за последние 18, станет самым феноменальным, так как в этот год машины не будут дозаправляться топливом. То есть в бак будут заливать не как раньше, а ровно столько сколько машине понадобится что бы доехать до финиша.

В этом году единственным поводом что бы заехать к механикам будет не что иное как смена шин, так как шины в формуле 1 имеют очень быстрый износ. Когда гонщик заезжает к механикам он теряет время, так как его соперники не будут ждать пока он сменит шины. Поэтому механики работают на максимально возможной скорости.

Что такое замена колес на формуле 1

Где-то около 15 лет назад вся работа механиков занимала не больше 15 секунд. Из них 7-9 секунд было нужно что бы машины остановилась. Рекордным временем для механиков считалось 6 секунд. Если же пилот заходил на дозаправку, то механики могли особо не торопится, так как дозаправка длительный процесс.

В этом сезона зрителей формулы ждет действительно захватывающие остановки. Одной команде удалось сменить шины менее чем за 2 секунды. Это довольно-таки сложно! так как сильно изнуряет.

Что же понадобится что смены колес за 2 секунды?

Самое важное это изменить технологию крепления колес . В обычной жизни автомобильные колеса крепят к оси примерно с 4-6 гайками, что бы колесо крепче держалось. В то время как формула использует на 1 колесо – 1 гайку. Если вам в каком-либо сервисе скажут, что для крепления им необходимо использовать все 16 гаек, иначе колеса по отпадают, можете им смело рассказать формуле, где к каждому колесу крепится всего 1 гайка.

Для снятия этой единственной гайки используют гайковерт, а не как мы привыкли гаечным ключом. Но это далеко не все. Можем представить, что с технологической точки зрения все идеально, а как насчет людей?

Если бы один человек делал всю эту работу в формуле, то это бы занимало большое количество времени.

Даже если 1 человек на 1 колесо – это все равно не даст результата 2 секунд. НА самом деле на турнирах формулы возле каждого колеса стоит 3 человека и каждый из них отвечает за свое. Первый выкручивает гайку, второй забирает колесо, а третий в это время уже стоит и держит новое колесо.

Получается, что к технике нужно научить наших механиков все это делать за 2 секунды!

Нужно в первую очередь тренировать их командную игру, когда первый еще не успел открутить, второй уже должен тянутся за колесом, а третий в это время уже должен подносить новое колесо к машине. Нужно правильно поставить каждого что бы он не мешал другому. Это возле 1 колеса 3 человека, а колес то 4.

Сотрудники Red Bull Racing достигли своей высоты в олимпийском спортивном центре, который называется Bisham Abbey, на эту тренировку было потрачено около полумиллиона фунтов, но руководитель команды Кристиан Хорнер не пожалел о том, что потратил такую колоссальную сумму денег. Когда команда узнала, что дозаправки больше не будет, она отобрала лучших из лучших и тренировала их всю зиму, каждый день по невероятному количеству часов. Но данная тренировка не была напрасна они достигли своих 2 секунд. Когда механиков всегда отличалась бесстрастью остановки, но на этот раз команда решила использовать научный подход. Если постоянно наблюдать за тем как люди работают и переставлять их местами, то можно в конечном итоге добиться не малых результатов. Но как говорится, не каждая команда будет готова тратить такую сумму денег на подготовку команды. Да и как говорится не всем это надо.

Почему в Формуле 1 до сих пор используются колеса небольшого диаметра? Какие преимущества сулил бы переход на низкопрофильные шины? Из каких деталей состоит колесная втулка, и как удается закрепить колесо одной-единственной гайкой? На эти и другие вопросы в очередном номере британского F1 Racing ответил технический консультант Marussia F1 Пэт Симондс...

Пэт Симондс: "Тринадцатидюймовые колеса и шины с высоким профилем сегодня выглядят несколько старомодно, однако такой дизайн был закреплен еще в восьмидесятых годах прошлого века, когда команды начали экспериментировать с колесами большего диаметра, и в FIA решили ввести ограничения, сочтя подобные изыскания лишней тратой денег. Позже уже сами команды отказывались идти на какие-либо корректировки, поскольку это потребовало бы пересмотра едва ли не всей конструкции машины.

Небольшой диаметр колес с одной стороны осложняет работу над машиной, с другой - в ряде аспектов делает ее проще. При такой высокой боковине почти 50% эффекта амортизации приходится непосредственно на шины, что делает геометрию подвески не настолько важной, как было бы в случае с низкопрофильной резиной, для которой запредельная жесткость боковин требует четкой постановки шин на поверхность трассы и, следовательно, более изощренной конструкции рычагов подвески. Опять же, больший диаметр колес упростил бы задачу размещения тормозных механизмов, а у команд появилась бы возможность использовать тормоза увеличенного размера и с большим ресурсом – правда, в таком случае FIA пришлось бы сперва зафиксировать эту возможность в техническом регламенте.

Вы спросите, в чем преимущества перехода на колеса большего диаметра с низкопрофильными шинами? Колеса большего диаметра не только придали бы машинам более современный вид: с ними инженерам было бы намного проще разместить там колесные ступицы. Кроме того, это серьезным образом повлияло бы на принцип работы шин и эффективность их прогрева.

Гонщики часто говорят о необходимости вывести шины на необходимый температурный режим. Вы можете подумать, что речь идет о тепловой энергии, выделяемой в процессе трения шины о поверхность трассы. Отчасти это правда, однако в данном случае нагревается лишь внешняя поверхность шины. Впрочем, резина – достаточно хороший проводник тепла, и оно постепенно распространяется на каркас шины, который также должен быть прогрет до требуемой температуры.

Но прогрев самого каркаса в большей степени достигается за счет деформации шины. Игроки в сквош знают: чтобы сделать мячик более податливым, необходимо стукнуть по нему несколько раз, тем самым повысив его температуру. Аналогичным образом это работает с шинами: деформация возникает, во-первых, вследствие качения колеса по трассе, когда нижняя часть шины образует так называемое пятно контакта; а во-вторых, вследствие изгиба боковин шины при прохождении поворотов. Если бы шины были низкопрофильными, они деформировались бы намного меньше и меньше бы нагревались, что потребовало бы совершенно иной линейки составов смеси – впрочем, добиться этого не так уж и сложно.

Низкопрофильные шины менее требовательны к давлению. Это объясняется двумя факторами: во-первых, более жесткий каркас в меньшей степени нуждается в поддержке воздухом, а во-вторых, сам объем воздуха меньше, и с изменением температуры давление изменяется не столь значительно. Таким образом, низкопрофильные шины было бы проще использовать без какого-либо прогрева, нежели нынешние шины с высоким профилем.

От шин перейдем к колесным ступицам. Ступица состоит из оси и подшипников, вставленных в специальный корпус. Правилами предписано, чтобы корпус был выполнен из относительно распространенных сплавов алюминия, способных сохранять прочность и жесткость в условиях высоких температур.

В предыдущие годы в конструкции корпусов ступиц использовались сперва магниевые сплавы, которые, впрочем, обладали не лучшей жесткостью, затем сталь, а еще позднее – обработанный титан и более дорогие литиево-алюминиевые и другие изощренные сплавы. Нынешние ограничения на использование подобных материалов – одна из мер, направленных на предотвращение роста расходов в Формуле 1.

В связке "подшипники – ось" вращается сама ось, выполненная из титана или высокопрочной легированной стали. На оси закреплен шлицевый конус, к которому крепится карбоновый тормозной диск - через этот конус тормозное усилие передается на ось. На конце оси есть специальная резьба, на которую накручивается колесная гайка. Привод колес осуществляется через специальные штифты, которые могут быть либо прикреплены к оси и входить в специальные отверстия в колесе, либо наоборот – быть прикреплены к самому колесу и входить в отверстия в оси.

Система крепления колеса очень изощренная. Когда на пит-стоп отводится немногим более двух секунд, все должно работать безупречно, а конструкция - не позволять совершать даже малейших ошибок. Это означает, что колесо должно сразу садиться на ось, а колесная гайка должна закручиваться с первого раза. В числе последних тенденций – крепить гайку сразу к колесу, поскольку в таком случае больше вероятность правильной установки и меньше риск срыва резьбы.

Сама резьба имеет диаметр 75 мм и тщательно обработана для лучшего закрепления. Современные колесные гайки имеют не шестиугольную, а зубчатую форму: при закреплении эти зубцы вставляются в специальные пазы гайковерта.

Наконец, в системе крепления колеса предусмотрены специальные устройства, препятствующие соскальзыванию колеса с оси в случае потери гайки. Как мы уже убедились, они не всегда работают так, как требуется.

Можно ли сказать, что колесо - это единственная область машины, дизайн которой не определяется требованиями аэродинамики? Не совсем. Наряду с жесткостью, которая остается ключевым параметром конструкции, крайне важным остается вопрос управления воздушным потоком в этой области. Поперечные рычаги, тяги и толкатели расположены таким образом, чтобы у специалистов по аэродинамике была возможность разместить все те многочисленные открылки, которые мы часто видим на воздуховодах тормозов.

Поток внутри колеса тоже важен, поскольку от него зависит не только охлаждение механизмов, но и перераспределение тепла. Иногда требуется использовать горячий воздух, идущий от тормозов, для нагрева колесных дисков и, как следствие, шин. Ну а если резина, наоборот, перегревается, к дискам может быть подан поток холодного воздуха. В целом то, по какому пути движется поток через колесо, способно оказать значительный эффект на аэродинамическую эффективность всей этой зоны.

Несколько лет назад, до вступления в силу соответствующего запрета, все машины оснащались фиксированными колпаками на ступицы, что позволяло воздуху выходить из колеса в оптимальном месте. В наше время подобные технологии снова актуальны – в частности, Red Bull Racing и Williams потратили немало сил на оптимизацию потока в этой области.

Часто спрашивают, использует ли Формула 1 те же колесные подшипники, что дорожные машины. Отвечаю - нет. В дорожных машинах подшипники должны соответствовать параметрам массовых моделей осей и втулок. Также от них требуется без ремонта проходить до 160 тысяч километров, и притом их стоимость должна быть умеренной. Машины Формулы 1 используют подшипники большего диаметра с целью придания всей конструкции максимальной жесткости.

Трение при этом должно быть минимальным: для этих целей вместо стальных шариков в подшипнике используются керамические. Шарики разделены специальными проставками, установленными таким образом, чтобы подшипники имели достаточную предварительную нагрузку, но не демонстрировали люфт при высоких температурах. Каждый подшипник стоит 1300 фунтов стерлингов, притом на машине их восемь!

Наконец, из каких материалов делают колеса? Из магниевого сплава, обеспечивающего достаточную жесткость при высоких температурах. Команды предпочли бы использовать карбоновое волокно с целью снизить неподрессоренную массу, повысить жесткость и уменьшить инерцию, однако правила не позволяют им сделать это".

Yep 26-02-2010 20:27

Команда "Формулы-1" Ferrari спроектировала новую гайку крепления колеса для своего болида, которая позволит сократить длительность пит-стопов, сообщает испанская газета El Pais. После отмены дозаправок значимость скорости замены колес серьезно возросла.

В предыдущие годы время, которое механики тратили на смену резины, не имело большого значения, так как дозаправка машины продолжалась заметно дольше. Однако в сезоне 2010 года дозаправки будут запрещены, и продолжительность пит-стопа будет зависеть только от скорости замены колес.

До появления дозаправок длительность пит-стопов у разных команд колебалась от четырех до шести секунд, и нередко решали исход гонки. Одной из самых быстрых бригад по смене резины обладала команда McLaren, тогда как гонщики Williams не раз проигрывали из-за слишком медленных действий механиков.

Однако недавно Френк Вилльямс заявил, что во время зимних тренировок его механики сумели поменять колеса на болиде всего за три секунды. В команде Ferrari ответили на это новой разработкой - конусообразной гайкой крепления колеса, благодаря которой в Скудерии рассчитывают серьезно сократить длительность пит-стопа.

Форма гайки позволяет быстрее устанавливать на нее гайковерт. Кроме того, после закручивания она фиксируется автоматически, тогда как раньше это должен был делать механик. "Мы работали зимой над ускорением процесса смены шин, - сказал конструктор Ferrari Николас Томбазис. - До сих пор важность этого элемента была относительной, однако в этом году произошли изменения, и мы постарались сократить время пит-стопа".
http://news.infocar.com.ua/v_ferrari_razrabotali_novuyu_gayku_39236.html

Maksim V 26-02-2010 21:48

quote: Почему не делают как на формуле, одну?

Ключ получится минимум на 100 , и как таким гайку крутить?
А сервисы, должны будут закупать гайковёрты с чудовищными насадками.
А конструкция ступицы? А на ведущих колёсах? А на ступицу с регулируемыми подшипниками?
Короче - овчинка не стоит выделки.

теоретег 26-02-2010 22:13

В старые времена была такая штуковина на серийных машинах, называлась вроде бы "ступица Витворта".

Doktor77 26-02-2010 22:26

Незачем на обычной машине. Технологически - сложнее, а сокращение времени на замену - не принципиально.

mr.Anderson 27-02-2010 12:07

А что, на обычной машине пит стоп на время? Были и есть машины с таким креплением, корветы,шелби вроде тока зачем? 4-5 болтов надежней для долгой езды, а болид гонку откатал 50 кругов 2-3 комплекта резины и ступицу на свалку, оно надо?

Дмитрий Анатольевич 27-02-2010 01:11

quote: Originally posted by Yep:

Почему не делают как на формуле, одну?

на днях глядел передачку про F1, так эта гайка стоит около 10 килобаксов, "слесарь дядя Вова" за бутыль две такие из титана выточит , ни у кого нет выхода на отдел закупок F1?))))))

теоретег 27-02-2010 01:17

За бутылку точить дураков уже не осталось, но мысль интересная. Проскакивала информация, что некие эффективные менеджеры закупили на Ф1 китайские подшипники. С предсказуемым результатом.

Зануда 27-02-2010 04:05

Ситроен -Богиня ДС имел крепление 1 гайкой.

Yep 27-02-2010 05:12

и вообще колесо можно было бы крепить на какой-нибудь байонет

Безмен 27-02-2010 16:03

quote: Originally posted by Дмитрий Анатольевич:

на днях глядел передачку про F1, так эта гайка стоит около 10 килобаксов, "слесарь дядя Вова" за бутыль две такие из титана выточит, ни у кого нет выхода на отдел закупок F1?))))))

Гайку-не гайку, а ступицу для зубила титановую в руках держал как-то раз; цена хоть и не бутыль, но и не 10 килобаксов, ну и НТЦ Камаза - не "дядя Вова", да и заказчик - не F1. В общем, при желании - мечты сбываются.

Metanol 27-02-2010 23:19

ненадежно, гайки были или просто фрикционным фиксированием или стопором, недозатянешь первую, или стопор слетит и может открутится, там конические шлицы на ведущих, или гладких конус на рулевых

Много ли вам известно о болидах, которые участвуют в соревнованиях Формулы 1? Да, это быстрые и мощные средства передвижения. Но что именно находится под капотом такой машинки? И сколько понадобится времени и денег, чтобы создать хотя бы один поистине настоящий болид? Предлагаем вам ознакомиться с конкретными деталями.

Монокок:
По номеру монокока идентифицируют автомобиль Формулы 1, поскольку все остальные узлы и агрегаты на нем съемные и заменяемые. За сезон гонщик меняет в среднем три монокока стоимостью примерно 115 000$ каждый. Итого за сезон только на монококи для одного пилота команды должны закладывать примерно 350 000 $.
Средняя температура в кабине 50 °C

Двигатель :
Стоимость мотора - 163 148 $
Пробег не менее 1000 км. до переборки
Срок жизни мотора – 1600-2000 км
Каждую минуту мотор выделяет энергию в количестве 1750 кВт
Двигатель V8 объемом 2.4 литра
Развивает свыше 19 000 об/м. Средняя мощность около 850 л.с.
Стоимость двигателей на сезон - 2 000 000 $

Коробка передач :
В машинах Формулы 1 использование автоматических коробок запрещено
Используются полуавтоматические последовательные коробки передач
Имеется 7 передних и 1 задняя передача
Пилот переключает передачу за 1/100 секунды
Стоимость одной семискоростной полуавтоматической коробки передач свыше 130 000$. Рассчитана на пробег 6000 км. На сезон хватает 10 коробок, включая тесты. В комплект входит несколько комплектов шестеренок.
Стоимость коробок на сезон - 1 300 000 $

Материалы :
Стоимость материалов – 3 260 211 $
Болид состоит из 80 000 компонентов
Вес машины – 550 кг
Корпус сделан из карбона и сверх легких материалов

Топливный бак :
Изготавливается из прорезиненной ткани, подкрепленной кевларом
12 литровый бак наполняется за 1 секунду
Расход топлива – 75 л/100 км
Имеет объем свыше 200 литров.
20 000 $

Колеса:
Стоимость колес – 40 010 $
На сезон требуется 40 комплектов колесных дисков
Передние диски (без шин) весят около 4 кг, задние – 4,5 кг.

Колесная гайка :
Алюминиевая, Стоимость каждой 110$, на сезон требуется примерно 500 штук.
55 000 $

Дисковые тормоза :
Каждый узел включает в себя: суппорт, диски и колодки. Стоимость такого узла 6000$. В течение сезона требуется 180 таких узлов.
Температура на поверхности тормозных дисков достигает 1000 °C
При скорости в 100 км/час требуется 1.4 секунды и 17 метров, чтобы полностью остановить машину
1 050 000 $

Рычаги передней подвески :
Изготовлены из титана и углепластика. На сезон требуется 20 комплектов по 100 000$.
2 000 000 $

Сиденье пилота :
Выполняется по индивидуальным меркам гонщика из углеволокна. В случаи аварии может быть удалено из кокпита вместе с пилотом.
2000 $

Рулевое колесо :
За сезон используется до 8 штук, стоимостью 40 000$ каждое. На рулевом колесе расположены клавиши переключения передач, а также прочие необходимые пилоту системы управления и контроля, кнопки бортовой радиосвязи и другие.
Имеет 23 кнопки
Контролирует более 120 разных функций
Весит 1,3 кг
Требуется 100 часов сборки на один руль.
Руль вынимают при посадки и высадки пилота из болида
320 000 $

Встроенная видеокамера :
Камера вмонтирована в углепластиковый защитный корпус. Все расходы несет администрация Берни Эклстоуна, которой и принадлежит это оборудование.
140 000 $

Выхлопная система :
Каждый болид снабжается двумя стальными системами выхлопа по 13 000$ на ГП. Замена выхлопной системы разной конфигурации является элементом перенастройки болида. На сезон необходимо 54 комплекта.
700 000 $

Заднее антикрыло :
Изготавливается из углеволокна. За сезон расходуется около 15-ти таких узлов. Стоимость каждого 20 000$.
300 000 $

Носовой обтекатель :
Носовой обтекатель в сборе с передним антикрылом. Стоимость примерно 19 000$ каждый. За сезон обычно расходуется до 10 комплектов.
190 000 $

Шины :
Стоимость одной шины около 800$, на каждую гонку необходимо по 10 комплектов на машину, всего за сезон 760 штук.
Срок жизни шин от 90 до 200 км в зависимости от состава
Вместо воздуха, используется азот
Смена шин составляет 3 секунды
608 000 $

Зеркала заднего вида :
Зеркала изготавливаются из специального отражающего материала повышенной прочности Perspex, монтируются в корпус из углеволокна, поэтому их стоимость относительно мала, но на их аэродинамическую доводку тратятся тысячи долларов.
1200 $

Радиаторы :
По одному новому комплекту алюминиевых радиаторов устанавливается на каждую гонку. Стоимость каждого 11 000. Всего требуется около 20 комплектов.
220 000 $

Рычаги задней подвески :
Изготавливаются из титана и углепластика, каждый комплект стоит 120 000$. За сезон расходуется 20 таких комплектов.
2 400 000 $

Электроника и электрооборудование :
Электрический кабель, длиной 1 км соединяет 100 сенсоров и датчиков
Все электронные системы болида.
4 000 000 $

Днище :
Изготавливается из углеволокна, однако технический регламент также требует установки под днищем доски скольжения из прессованной древесины. На каждом ГП используется несколько днищ с разным размещением балласта в них.
30 000 $

Аэродинамика :
Болид Формулы 1 имеет прижимную силу в 2500 кг
Это в 4 раза больше, чем вес самой машины

Разгон до 100 км/час – Зависит от настройки самого болида, поверхности трассы и погодных условий. Но большинство болидов Формулы 1 способны разогнаться до 100 км/час за 1.9 сек!!! Это самый быстрый показатель для автомобилей на механической тяге. Чтобы достигнуть большего разгона, придется использовать реактивную тягу

Максимальная скорость составляет 340 км/час

Примерная стоимость всех затрат лишь на болиды составляет: 15 миллионов долларов .....

Картинка кликабельна

Гоночный автомобиль "Формулы-1" получил свое название по особому рецепту топлива, которое в нем используется. У такого автомобиля двигатель намного мощнее, чем у обычной легковушки. Рост мощности достигается за счет увеличения объема двигателя, то есть полного объема камер сгорания в его цилиндрах.

Двигатель средней мощности для легкового автомобиля имеет объем не более 61 кубического дюйма. "Формула-1" может иметь в три раза больший объем двигателя и развивать мощность в 500 лошадиных сил (л.с), что вчетверо и даже впятеро превосходит мощность обычного легкового автомобиля.

Чтобы полнее использовать огромную мощность двигателя, корпуса гоночных автомобилей имеют специальную аэродинамическую форму, призванную обеспечить минимальное сопротивление воздуха. Шины их колес делаются сверхширокими - для лучшего сцепления с дорогой и, следовательно, более безопасного движения. Особая подвеска обеспечивает устойчивость и противодействует заносу автомобиля даже тогда, когда он совершает крутые виражи на большой скорости.

Гоночный автомобиль "Формула-1"

Автогонщику достаточно одного взгляда на приборный щиток в кабине, чтобы знать, какой в автомобиле запас топлива, температура воды, давление масла и другие параметры.

Сверхмощные дисковые тормоза из углеродного волокна (ниже) должны выдерживать огромную тепловую нагрузку при работе на гоночных скоростях.

Кузов для быстрой езды

Низкие, широкие корпуса гоночных автомобилей отлиты из легкого, но прочного углеродного волокна. Форма их кузова такова, что помогает автомобилю использовать воздушный поток, который образуется при высоких скоростях. Скошенный передний край (ниже, слева) и задние обтекатели - спойлеры заставляют воздух давить на автомобиль вниз и не дают ему оторваться от земли.

Шины гоночного болида

Шины должны соответствовать дорожным условиям. Шины гоночных автомобилей шире обычных и могут быть почти гладкими - для сухих треков. Или иметь специальный протектор на случай дождя.

Двигатель гоночного болида

Чтобы двигатель был одновременно мощным и экономичным, в гоночных машинах на него устанавливают (рисунок ниже) компьютерную систему впрыска топлива и электронные регуляторы частоты вращения двигателя, температуры воды и масла и других важных параметров.

Десять цилиндров придают мощность этому специальному двигателю, предназначенному для гоночных автомобилей.

Гоночный автомобиль "Формулы-1" (на верхнем рисунке) мчится намного живее легкового автомобиля и выделяет куда больше тепла. Чтобы снять избыточное тепло, радиатор автомобиля охлаждается воздушным потоком (рисунок ниже), когда гоночная машина с ревом мчится по треку со скоростью, близкой к 180 миль в час.