Zwolnice są elementem podwójnej przekładni głównej podzielonej, tj. takiej, gdzie dwa zestawy kół zębatych zmieniających wartość przełożenia, oddalone są znacznie od siebie nie tworząc konstrukcji zwartej.

Zadaniem zwolnic jest dość znaczne zwiększenie przenoszonego momentu obrotowego, w sposób zapewniający obciążenie tym zwiększonym momentem możliwie małej liczby części układu napędowego, a ściślej mówiąc – mostu napędowego. Innym ważnym powodem stosowania zwolnic jest możliwość zmiany położenia środka ciężkości pojazdu, a także regulowanie prześwitu podwozia, co jest istotne szczególnie dla ciągników rolniczych i ich zastosowania w pracach agrotechnicznych. W rozwiązaniu tym w części środkowej mostu jest zastosowana pojedyncza przekładnia główna, a dodatkowy mechanizm zwalniający zwany zwolnicą jest umieszczony poza obudową części środkowej, a więc poza łbem mostu napędowego, najczęściej przy kołach jezdnych lub w piastach kół napędzanych. Można więc śmiało powiedzieć, że zwolnice są stale zazębionymi przekładniami bocznymi zawsze o przełożeniu zwalniającym. Mosty napędowe z przekładniami tego typu spotyka się niemal wyłącznie w dużych samochodach terenowych, autobusach i ciągnikach rolniczych. Stosowanie ich w samochodach osobowych jest niezasadne.



Rys. 1

Rys. 4 a,b,c

Rys. 7

Rys. 8

Z uwagi na charakter zabudowy zawsze występują jako dwie dodatkowe przekładnie w jednym moście napędowym. Zastosowanie zwolnic kół napędowych komplikuje wprawdzie konstrukcję mostu napędowego, lecz umożliwia uzyskanie bardzo dużego przełożenia mostu, ponieważ jest ono iloczynem przełożenia centralnie umieszczonej przekładni głównej i przełożenia zwolnicy. W skrajnych przypadkach, dla uzyskania bardzo dużych przełożeń zwalniających możliwe jest zastosowanie podwójnych zwolnic. Należy podkreślić, że zastosowanie przekładni bocznych wprawdzie zwiększa liczbę elementów mostu, lecz nie przyczynia się do zwiększenia jego ciężaru. Wynika to z okoliczności, że główne elementy mostu napędowego, tj. przekładnia główna, mechanizm różnicowy i półosie napędowe, przenoszą wówczas umiarkowane momenty obrotowe, wynikające ze znacznych ich prędkości obrotowych. Dopiero bowiem po przejściu momentu obrotowego przez przekładnie boczne o znacznym przełożeniu zwalniającym wzrasta jego wartość, która wymusza zastosowanie znacznie większych przekrojów i masywniejszej konstrukcji mechanizmu. Dzięki temu podstawowe części mostu napędowego mogą być znacznie lżejsze niż w przypadku zapewnienia identycznych momentów obrotowych na kołach napędzanych tylko dzięki pojedynczej lub zespolonej, podwójnej przekładni głównej.
Rozróżnia się następujące rodzaje mostów napędowych z podwójnymi, podzielonymi przekładniami głównymi:
Pojedyncza przekładnia stożkowa lub hipoidalna w części środkowej mostu w połączeniu ze zwolnicami walcowymi o uzębieniu zewnętrznym. Zwolnica taka umieszczona jest zwykle w oddzielnej obudowie przykręconej śrubami do kołnierza pochwy mostu napędowego (po każdej stronie pochwy mostu). Odpowiednie umocowanie korpusu zwolnicy do pochwy mostu pozwala uzyskać obniżenie centralnej części mostu napędowego (most portalowy), sprzyjające obniżeniu podłogi np. w konstrukcji autobusu, szczególnie niskopodłogowego lub piętrowego. Przykład takiej konstrukcji obrazuje rysunek 1 (most napędowy produkcji ZF).
Prosta przekładnia walcowa, umieszczona między łbem mostu a piastą kół jezdnych, napędzana jest przez mniejsze koło zębate umieszczone znacznie poniżej osi symetrii kół napędzanych. Półoś napędowa została podzielona na dwie części, z których pierwsza o znacznie większej prędkości obrotowej, posiada wyraźnie mniejszą średnicę. Przenosi bowiem znacznie mniejszy moment obrotowy. Warto zwrócić uwagę na fakt, że centralna przekładnia główna musi być tak skonfigurowana, aby wychodzące z niej półosie napędowe obracały się tak, jak do jazdy w tył. Kierunek ich obrotów zmienia bowiem walcowa zwolnica. Największą wartość prześwitu drogowego uzyskuje się w przypadku zastosowania zwolnicy, której koło zębate napędzające jest położone powyżej koła napędzanego.



Rys. 2

Przypadek taki obrazuje rysunek 2, a zastosowano takie rozwiązanie m. in. w samochodach specjalnych UNIMOG.
Pojedyncza przekładnia stożkowa lub hipoidalna w części środkowej mostu w połączeniu ze zwolnicami walcowymi o uzębieniu wewnętrznym. Rozwiązanie to umożliwia uzyskanie większej wartości przełożenia kinematycznego przekładni przy zachowaniu podobnych rozmiarów, jak w przypadku przekładni z kołami zewnętrznymi. Walcowa zwolnica wewnętrzna to przekładnia zębata, w której koło napędzane o uzębieniu wewnętrznym, związane z piastą koła jezdnego jest napędzane małym kołem zębatym o uzębieniu zewnętrznym, osadzonym na półosi napędowej. Rozwiązanie konstrukcyjne przedstawiono na rysunku 3.



Rys. 3

Z uwagi na trudności wykonania koła zębatego z wewnętrznym uzębieniem i problemy z ułożyskowaniem całości – zaniechano stosowania tego rozwiązania. Pojedyncza przekładnia stożkowa lub hipoidalna w części środkowej mostu w połączeniu z przekładniami obiegowymi umiejscowionymi w piastach kół.
Rozwiązanie to ma między innymi następujące własności:
- oś symetrii półosi napędowej pokrywa się z osią symetrii koła jezdnego;
- rozdzielenie przenoszonego momentu na kilka (zwykle 3 lub 5) zazębień;
- możliwość zastosowania umiarkowanego przełożenia przekładni głównej w części środkowej mostu;
- zwarta zabudowa.
Spotykane są różne rozwiązania przekładni obiegowej umieszczonej w piaście koła, oparte na różnych schematach kinematycznych, przedstawionych na rysunkach 4 a,b,c oraz 5, przy czym przy każdym z przedstawionych rozwiązań uzyskuje się inne przełożenie kinematyczne.



Rys. 5
W rozwiązaniu opartym na schemacie kinematycznym 4a jarzmo przekładni planetarnej jest sztywno związane z piastą koła jezdnego, więc przenosi na nią moment obrotowy. Koło pierścieniowe jest nieruchomo połączone z pochwą mostu napędowego. Moment obrotowy do przekładni poprzez półoś napędową wprowadza koło słoneczne. Przełożenie kinematyczne wynosi tutaj:
<1a.jpg>
Przykładem takiej konstrukcji jest most napędowy przedstawiony na rysunku 6, gdzie przełożenie zwolnicy ik = 3,66 (Ikarus 280, Scania).
W rozwiązaniu opartym na schemacie kinematycznym 4b jarzmo przekładni jest sztywno związane z piastą koła i przenosi na nią moment obrotowy. Półoś napędowa przenosi moment na koło pierścieniowe. Z obudową mostu nieruchomo połączone jest koło słoneczne. Konstrukcję przedstawia rysunek 7.
Przełożenie kinematyczne wynosi tutaj:
<2a.jpg>
Rozwiązanie oznacza się dużą zwartością. Pewną niedogodnością przedstawionego rozwiązania jest możliwość uzyskania umiarkowanych przełożeń ik=1,0 – 2,0, w praktyce 1,4 – 1,8.
W rozwiązaniu opartym na schemacie kinematycznym 4c jarzmo przekładni jest sztywno związane z pochwą mostu, a napędzające koło słoneczne poprzez obrót satelitów napędza koło pierścieniowe związane z piastą koła jezdnego. Mamy tu jednak do czynienia ze zmianą kierunku prędkości obrotowej. Przełożenie kinematyczne wynosi tutaj:
<3a.jpg>
Wielkość uzyskiwanych przełożeń wynosi około ik=2,5 – 2,8
Dostęp do przekładni obiegowej jest możliwy po zdjęciu bębna hamulcowego i odsunięciu elementów układu hamulcowego. Jest to rozwiązanie, które ze względu na szereg niedogodności wycofano z użytkowania.
Ostatnim omawianym rozwiązaniem jest oparte na schemacie kinematycznym z rysunku 5. Jest to przekładnia obiegowa oparta o działanie mechanizmu różnicowego, stąd taką zwolnicę nazywa się różnicową. Konstrukcję przedstawia rysunek 8.
Obudowa mechanizmu różnicowego połączona jest z piastą koła jezdnego i przenosi na nią moment obrotowy. Jedno z kół koronowych jest unieruchomione względem pochwy mostu napędowego, drugie poprzez półoś napędową doprowadza moment obrotowy do zwolnicy. Przełożenie kinematyczne wynosi tutaj:
<4a.jpg>
Wynika to z zasady działania mechanizmu różnicowego, gdzie suma prędkości obrotowych kół koronowych stanowi dwukrotność prędkości obrotowej obudowy mechanizmu różnicowego. Skoro więc jedno z kół koronowych jest unieruchomione, a drugie obraca się, to poprzez satelity obudowa mechanizmu różnicowego obraca się dwukrotnie wolniej od napędzającego ją koła koronowego.
Z przedstawionych rozwiązań przekładni bocznych dziś najczęściej można spotkać konstrukcje oparte na zwykłej przekładni walcowej (ciągniki rolnicze) oraz przekładnie planetarne wg schematu kinematycznego z rysunku 4a.

Opracowanie: mgr inż. Ireneusz Kulczyk