Caja de cambios de un F1

Las cajas de cambio actuales son completamente automatizadas, los pilotos cambian de marcha con levas situadas en la parte trasera del volante. Las marchas secuenciales son similares a las utilizadas en las motos, permiten que se cambie más rápido que con las de “estructura de H” (la de casi cualquier coche de calle). Pese al alto nivel de automatización, la transmisión automática esta prohibida, medida implantada para que se muestre la habilidad de cada conductor.

Las cajas de cambio de un F1 son más compactas y robustas y los dientes son algo diferentes para reducir al maximo la perdida de potencia. Suelen ser de magnesio y fibra de carbono. Se situan detrás del motor, junto con los pesos más importantes: deposito de gasolina, motor y la propia caja de cambios. Esto se debe tener en cuenta en el diseño de un F1 ya que cambia la dinamica del monoplaza.

Las relaciones entre marchas en un F1 son muy próximas ya que tienen 7 marchas, algo que beneficia el rendimiento en cada caso. Debido a que se accionan de forma electro-hidraulica esto consigue que el motor no baje más de 1500 rpm. Si rueda al máximo (15000), esto no supondra un problema ya que desde las 13000 rpm el motor ofrece el maximo par. Este mecanismo supone una mejora de entre 2 y 4 decimas (0.2-0.4 segundos) por vuelta, algo muy importante. Esta rapidez se consigue haciendo que cuando el piloto libera una marcha la siguiente esta ya engranada y solo tiene que empezar a girar, en vez de tener que desplazarse para ser engranada.

Las cajas de cambio "SeamLess", son capaces de desengranar una marcha al mismo tiempo que engranan la siguiente. Las ventajas son múltiples desde todos los puntos de vista: rapidez, fiabilidad del motor, potencia utilizable.

El cambio es instantáneo, mucho más rápido y además sin que el motor tenga un bajón en el número de revoluciones, lo que significa más potencia para acelerar rápidamente. Pero además, al tener menos rozamientos, absorbe menos potencia.

Estas cajas de cambio, significan que los esquipon pueden esperar menos roturas, ya que contribuirá a preservar los motores, debido a que el momento en el que el motor gira en vacío (aunque sean unas milésimas de segundo), es el instante de máximo peligro de roturas a causa de la sobrecarga al motor.

Los cambios se encuentran en la parte posterior del motor e incorporan un sistema de cálculo del diferencial que trabaja con los sistemas de tracción para asegurar que la potencia enviada al tren trasero es la adecuada. Después de muchos años de cajas de cambio de seis velocidades, actualmente la mayoría de la parrilla cuenta con cajas de siete velocidades.

En la Fórmula 1 actual se utiliza una caja de 8 marchas con engranajes convencionales pero aunque son similares el control y el funcionamiento no es común de ver, es lo más avanzado en el arte de la ingeniería; en la competicion solo se usan 7 ya que la 8va es para ir a baja velocidad como en el callejon de boxes.

Para definirla baste decir que es el conjunto de elementos capaces de transmitir la potencia máxima utilizable erogada por el motor. Acoplada al motor, el embrague y el diferencial forman el Conjunto de la Transmisión de un auto de carreras.

Además en los autos de la máxima categoría la carcasa forma parte estructural de toda la parte trasera y esta es una diferencia fundamental con respecto a otros autos, por lo que su función es múltiple y tiene una importancia que va más allá de su cometido básico.

Técnicamente hablando podemos agregar que como bien sabemos el motor produce cierta cantidad de torque o par del motor, que viene a ser la "polenta" del motor expresada en un movimiento circular pero ocurre que ese par no es suficiente para mover la masa del vehículo o si la mueve lo hace muy lentamente, es decir, el motor no hace la fuerza suficiente. Es ahí donde entra la caja de cambios que gracias a una serie de engranajes multiplica el par que entrega el motor, para transmitirle a las ruedas un par mucho mayor y así lograr acelerar al vehículo rápidamente.

Cuando oímos hablar de relaciones de caja no es otra cosa que de engranajes interrelacionados que permiten aplicar esa potencia a distintos regímenes de marcha. Muchas veces podemos encontrar, leer u oír algo parecido a esto:

1ª 3.25:1 ; 2ª 2.20:1........6ª 0.95:1

Estos números nos indican que en primera marcha para que eje de la rueda dé un giro el motor debe girar a 3,25 vueltas y así en sexta la relación es casi de uno a uno, es decir a pleno régimen de revoluciones del motor la caja entrega ese máximo de giros de las ruedas motrices.

Es sólo por poner un ejemplo ya que dependerán de cada circuito, motor, piloto y condiciones meteorológicas, pudiendo incluso tener 7 marchas para circuitos con rectas muy largas o en motores con rangos de par y de potencia muy estrechos, es decir, aquellos que tienen su rango de funcionamiento óptimo en un margen de revoluciones pequeño como por ejemplo entre las 14.000 y 15.000 rpm serán los puntos donde el motor entrega el torque máximo y la potencia máxima, respectivamente, esto quiere decir que las diferencias entre una marcha y la siguiente serán menores cuando más estrecha sea la banda de funcionamiento de un motor.

La configuración de las distintas relaciones de caja es para aprovechar el máximo rendimiento de un motor de acuerdo a las exigencias del circuito en el que se correrá, tanto para extraer la máxima aceleración como conseguir la velocidad punta más elevada con el desarrollo de toda la tropilla de caballos que pueda entregar.

Es crucial optimizar esas relaciones para llegar a buenos resultados, de ellas depende que en una vuelta se pueda girar lo más rápido en toda la gama de velocidades que exige ese circuito sin perder ni en lo lento ni en lo rápido.

Una de las grandes diferencias entre una caja de cambios convencional y una caja de un Fórmula 1 es la ausencia de sincronización en esta última. La sincronización es necesaria porque la velocidad del motor y la de los engranajes en la caja no es la misma por lo que engranar una marcha sería casi imposible si no se tuviera un dispositivo que actúa como un pequeño embrague y lo que hace es conseguir encajar el engranaje de la marcha que deseamos en el eje de salida o secundario. Son las horquillas selectoras que se marcan en el esquema de abajo:

En la cajas de un Fórmula 1 estas horquillas son accionadas por un cilindro hueco llamado "barrel" que se ve abajo junto a los engranajes de cada marcha, también se puede observar que los dientes de los mismos, a diferencia de los autos de calle, son rectos ya que son más eficaces pues tienen menos fricción si bien duran menos y son más ruidosos que los helicoidales en uso en los autos de serie.

Las cajas de cambio de los coches de la Fórmula 1 moderna están altamente automatizadas con los controladores electrónicos de selección de marchas accionados mediante levas montado detrás del volante . Las cajas de cambios "secuenciales" utilizadas son muy similares, en principio, a los de las motos, lo que permite cambios de marcha que se hacen mucho más rápido que con el tradicional selector en 'H', con los selectores de engranajes operados eléctricamente.

A pesar de niveles de tecnología tan elevados los sistemas de transmisión totalmente automáticos y cajas de cambios relacionadas con la magia, tales como el control de largada o el control integral de tracción, son ilegales, una medida destinada a mantener bajos los costos y poner más énfasis en la habilidad del piloto.

Teniendo en cuenta el enorme costo de estos sistemas de propulsión de ultra-alta tecnología, la FIA introdujo nuevas regulaciones en 2005 limitando a cada coche un motor para dos fines de semana de Gran Premio, con penas de retrogradar 10 puestos para los que infringen la norma.

A partir de 2008, una política similar se aplicó a cajas de cambios, cada una con una duración de cuatro fines de semana de carreras. En 2009 vio la introducción de reglas aún más estrictas limitando a ocho motores por piloto por temporada. Además de estas medidas, se impuso la congelación en el desarrollo de motores al final de la temporada 2006 para que los equipos no sean capaces de alterar los fundamentos en el diseño de sus motores.
En 2010 Ferrari obtuvo un permiso especial de la FIA para modificar el tren de válvulas neumáticas porque causaba grave fallos motrices.

A partir del 2014, se implanto que no se podia usar mas de 1 caja de cambios en 6 GPs consecutivos.