Οι άξονες αποτελούν βασικό στοιχείο σχεδόν κάθε αυτοκινήτου, καθώς είναι το μέσο με το οποίο τοποθετούνται οι τροχοί.
Στην πιο απλή τους μορφή, οι άξονες είναι απλώς μεταλλικές ράβδοι με έναν τροχό σε κάθε άκρο. Αυτή η απλή ιδέα υπήρχε για χιλιάδες χρόνια σε κάρα και άμαξες.
Όμως, τα πράγματα άρχισαν να περιπλέκονται όταν οι τροχοί έπρεπε όχι μόνο να στρίβουν, αλλά και να δέχονται ισχύ από τον κινητήρα. Έτσι, αναπτύχθηκαν αρθρωτές διατάξεις, διαφορικά και κιβώτια μετάδοσης, που έκαναν τους άξονες πολύ πιο περίπλοκους.
Παρ’ όλα αυτά, οι άξονες όπως τους ξέρουμε σήμερα ίσως μια μέρα εξαφανιστούν από την αυτοκινητοβιομηχανία λόγω της εξάπλωσης των ηλεκτρικών κινητήρων, που μπορούν να καταργήσουν τα μειονεκτήματα των παραδοσιακών αξόνων.
Τι ακριβώς είναι ο άξονας και πώς λειτουργεί;
Βασικά στοιχεία και ορολογία
- Άξονας: Η μεταλλική ράβδος που στηρίζει τους τροχούς.
- Διαφορικό: Ένα σύστημα γραναζιών που επιτρέπει στους τροχούς να περιστρέφονται με διαφορετικές ταχύτητες.
- Ράβδος μετάδοσης : Ο σύνδεσμος μεταξύ κινητήρα και άξονα.
- Υποσύστημα διεύθυνσης: Ο βασικός μηχανισμός που επιτρέπει στους τροχούς να στρίβουν.
Η πιο απλή μορφή άξονα είναι ένας ενιαίος άξονας που συνδέει δύο τροχούς. Όταν αυτός ο άξονας είναι κινητήριος, πρέπει να συνδεθεί με ένα διαφορικό που κατανέμει την ισχύ του κινητήρα.
Πώς μεταδίδεται η ισχύς στον άξονα;
Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι μετάδοσης ισχύος από τον κινητήρα στους άξονες:
- Μέσω ενός άξονα μετάδοσης και διαφορικού
- Με απευθείας σύνδεση με το κιβώτιο ταχυτήτων μέσω διατάξεων όπως το transaxle
Το transaxle συνδυάζει το διαφορικό και το κιβώτιο ταχυτήτων σε μία μονάδα και χρησιμοποιείται κυρίως σε αυτοκίνητα με μπροστινή κίνηση. Σε πίσω-κινητήρια αυτοκίνητα , υπάρχει ξεχωριστός άξονας μετάδοσης που συνδέει τον κινητήρα με το διαφορικό στον πίσω άξονα.
Το διαφορικό μετατρέπει την περιστροφική κίνηση του άξονα κατά 90 μοίρες ώστε να μπορεί να κινήσει τους τροχούς, ενώ ρυθμίζει τις διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής των τροχών στις στροφές.
Διαφορετικοί τύποι αξόνων και ανάρτησης
1. Συμπαγής άξονας
Ένας ενιαίος άξονας που συνδέει δύο τροχούς. Ενδείκνυται για φορτηγά και SUV λόγω αντοχής, αλλά περιορίζει την ανεξάρτητη κίνηση των τροχών και μειώνει την άνεση.
2. Ανεξάρτητη ανάρτηση
Κάθε τροχός έχει το δικό του άξονα, οπότε μπορεί να κινείται ανεξάρτητα από τον άλλον. Προσφέρει καλύτερη οδική συμπεριφορά και άνεση, γι’ αυτό και χρησιμοποιείται στα περισσότερα σύγχρονα επιβατικά αυτοκίνητα.
3. Portal Axle (Υπερυψωμένος άξονας)
Χρησιμοποιείται σε off-road οχήματα όπως το Mercedes Unimog. Επιτρέπει στους τροχούς να βρίσκονται χαμηλότερα από τον άξονα, αυξάνοντας την απόσταση από το έδαφος.
Το πρόβλημα της απώλειας ισχύος
Κάθε σύστημα μετάδοσης της κίνησης έχει απώλειες ισχύος λόγω τριβών και μηχανικών αντιστάσεων. Όσο περισσότερα εξαρτήματα υπάρχουν μεταξύ κινητήρα και τροχών, τόσο περισσότερη ισχύς χάνεται.
Για παράδειγμα:
- Ένας κινητήρας 450 ίππων μπορεί να αποδίδει μόλις 288 ίππους στους τροχούς λόγω των απωλειών στο σύστημα μετάδοσης.
- Σε αυτοκίνητα με τετρακίνηση, οι απώλειες είναι ακόμα μεγαλύτερες λόγω των επιπλέον αξόνων και διαφορικών.
Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα λύνουν αυτό το πρόβλημα με την απευθείας μετάδοση της ισχύος στους τροχούς, καταργώντας πολλά μηχανικά εξαρτήματα.
Το μέλλον: Άξονες vs. ηλεκτρικά μοτέρ στους τροχούς
Οι παραδοσιακοί άξονες μπορεί κάποτε να εξαφανιστούν λόγω της τεχνολογίας των in-wheel motors (κινητήρες μέσα στους τροχούς).
Πλεονεκτήματα των in-wheel motors:
✔ Μηδενικές απώλειες ισχύος – Όλη η ισχύς πηγαίνει κατευθείαν στους τροχούς.
✔ Περισσότερος εσωτερικός χώρος – Δεν χρειάζεται διαφορικό, driveshaft ή συμβατικός άξονας.
✔ Ανεξάρτητος έλεγχος κάθε τροχού – Επιτρέπει εξελιγμένα συστήματα πρόσφυσης και ευστάθειας.
Γιατί δεν είναι ακόμα διαδεδομένοι;
Βαρύτεροι τροχοί – Τα in-wheel motors προσθέτουν βάρος στις αναρτήσεις.
Ευαισθησία στα χτυπήματα – Οι τροχοί δέχονται περισσότερες καταπονήσεις σε ανώμαλους δρόμους.
Κόστος – Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα στα πρώτα στάδια ανάπτυξης.
Συμπέρασμα: Θα αντικατασταθούν οι άξονες;
Οι παραδοσιακοί άξονες ήταν και παραμένουν θεμελιώδες στοιχείο των αυτοκινήτων, αλλά η εξέλιξη της ηλεκτροκίνησης ενδέχεται να τους καταστήσει ξεπερασμένους στο μέλλον.
Όμως, η μετάβαση δεν θα είναι άμεση:
- SUV και φορτηγά πιθανώς θα συνεχίσουν να χρησιμοποιούν αξονικές διατάξεις λόγω αντοχής.
- Αθλητικά και επιβατικά αυτοκίνητα μπορεί να στραφούν προς in-wheel motors ή άλλες υβριδικές λύσεις.
Αν και οι άξονες δεν θα εξαφανιστούν αμέσως, το μέλλον της αυτοκίνησης δείχνει να κινείται προς τη σταδιακή κατάργησή τους, καθώς τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και τα αυτόνομα οχήματα αναζητούν πιο αποδοτικές λύσεις κίνησης.