Sala Stampa F1

“I COWBOY MODERNI”- Gearbox e gli elementi che gestiscono la moltitudine di cavalli erogati dalla Power Unit.

La trasmissione, come sappiamo, permette il trasferimento di potenza alle ruote con la possibilità di gestire coppia e velocità del motore. A seconda del layout del propulsore del veicolo, l’insieme del cambio può essere posizionato nella parte anteriore o posteriore dell’auto. Può anche adottare molte forme e dimensioni, in base al numero di ingranaggi che risiedono all’interno dell’alloggiamento del cambio e al tipo di cambio stesso (manuale, automatico, ecc).

Uno degli elementi chiave, sia in ambito commerciale che nelle vetture da competizione, è il “Gearbox” , alloggiamento del cambio.

L’alloggiamento del cambio è un componente strutturale che forma il cosiddetto assieme del sistema che permette di scalare le marce. Circonda i componenti meccanici del cambio (alberi, ingranaggi, ecc.), fornendo loro supporto meccanico e protezione dal mondo esterno (contro detriti, elementi) oltre ad offrire un’adeguata lubrificazione con un sistema che trattiene il lubrificante e al contempo bagna quei componenti meccanici per cui è richiesta un elevato film ingrassante per lavorare al meglio.

Figura: Tipico esempio di trasmissione di autovettura commerciale.

Convenzionalmente, il Gearbox è realizzato in ghisa o alluminio fuso con processo di stampo.

Nelle applicazioni da corsa invece, esso è spesso realizzato con leghe più leggere come con magnesio, o anche materiali compositi come la fibra di carbonio.

Figura: Gearbox

Gli sviluppi su questo componente sono strettamente legati a quello delle sospensioni posteriori e quindi possiamo ben capire la sua importanza. Nel corso degli anni tante scuderie hanno portato innovazioni in questo ambito, dalla Ferrari che sperimentò i fogli di titanio saldati a TIG con cui Barnard creò un innovativo e leggerissimo Gearbox, punto di forza delle rosse di Maranello.

In questa area particolare si concentra lo sviluppo per migliorare la guidabilità della vettura al posteriore e scaricare al meglio i cavalli della Power Unit; spesso i tecnici devono affrontare problemi strutturali al fine di ricavare una rigidezza torsionale ideale al fine di migliorare la dinamica.

A differenza delle vetture stradali, nelle quali il motore viene montato su una struttura che ha lo scopo di sorreggerlo e di smorzarne le forze vibrazionali create, il motore di una monoposto di Formula 1 viene installato direttamente dietro l’abitacolo del pilota, cioè nel telaio. La zona del Gearbox supporta come abbiamo accennato precedentemente, il fissaggio del sistema sospensivo posteriore con gli attacchi dei Wishbones, e possiamo capire come le forze scambiate in questa zona hanno un ruolo chiave sia dal punto di vista strutturale che prestazionale.

Fig: Credit Peter Windsor

Figura: Attacchi wishbones con gear housing.

L’efficienza di collegamenti meccanici adeguati tra gli elementi del sistema veicolo è un tema sempre vivo nella ricerca in ambito meccanico.

 

Figuraig: Esempio di concentrazione delle tensioni in collegamento.

Esso abbraccia varie tematiche, come la concentrazione di stress, degli effetti d’intaglio, l’analisi degli effetti delle tensioni medie e tensioni residue. Un incessante lavoro dietro le quinte anno dopo anno, porta i team ed i partner che con essi collaborano al progetto vettura, a sviluppare  collegamenti sempre più ottimali tra telaio e sospensioni e tra telaio e motore – trasmissione.

Proprio dall’interazione tra sospensioni, veicolo e sistema trasmissione nasce la difficoltà di un’analisi statica e dinamica quanto più precisa possibile. Diventa oltremodo essenziale conoscere la direzione e le intensità di forze e momenti che si scambiano le zone di fissaggio.

Le metodologie di indagine per il Design di questa area vettura sono svariate; sia con metodi lineari che non lineari, lo studio viene sviluppato in parallelo a prove empiriche,  sollecitando il sistema Gearbox a carichi di flesso torsione, per poi studiarne i risultati al fine di arrivare ad una convergenza tale da poter valutare la scelta migliore in fase di progetto.

Come abbiamo detto, il motore svolge anche un ruolo portante, ossia consente e subisce il trasferimento dei carichi dall’avantreno al retrotreno; l’indagine sperimentale prodotta nei laboratori per testare il componente a carichi flessionali, è senz’altro paragonabile alla fisica laterale del veicolo evidenziabile nella fase di curvatura della vettura, dove le forze principali sono quelle trasversali generate dalla deriva del pneumatico che consente alla macchina di sterzare.

Figura: Esempio di Gearbox usato in vetture da competizione monoposto.

La comprensione dei dati in uscita dal calcolatore oltre che dai test in laboratorio, è di fondamentale importanza in quanto consentono di scegliere tra una soluzione più o meno efficace; l’ausilio dei simulatori, non restituisce una risposta a tutte le problematiche in fase di progetto ma è (speriamo per lungo tempo) dipendente sempre dall’ultima parola data dal fattore umano.  Dall’occhio clinico del progettista in cui risiede l’esperienza e la misura necessaria per arrivare a convergenza tra esperimenti, simulazioni e dati teorici, per poi adottare le giuste scelte che a volte possono anche essere non del tutto convergenti con i dati di un simulatore.

Ing. Daniele Musco

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