Ступенчатые механические коробки передач с зубчатыми механизмами наиболее распространены в настоящее время. Количество изменяемых передаточных чисел (передач) в таких коробках передач обычно равно трем — пяти, а иногда десяти для переднего хода и одному для заднего хода. Чем больше количество передач, тем лучше используется мощность двигателя и выше топливная экономичность, однако это значительно усложняет коробку передач и затрудняет выбор передачи, оптимальной для данных условий движения.
Зубчатые механизмы автомобильных коробок передач состоят обычно из цилиндрических шестерен и выполняются или с неподвижными геометрическими осями шестерен, или планетарными (геометрические оси некоторых шестерен могут вращаться вокруг общей оси механизма).
Рассмотрим схему (рис. 90) трехвальной соосной ступенчатой коробки передач. Первичный (ведущий) 1, вторичный (ведомый) 8 И промежуточный 15 валы установлены в картере 16 на подшипниках, причем первичный и вторичный валы соосны. На первичном валу жестко закреплена шестерня 2, находящаяся в зацеплении с шестерней 14 промежуточного вала. Другие шестерни 9, 12 и 13 также жестко
закреплены на промежуточном валу. Шестерня 6 вторичного вала соединена с валом шлицами так, что ее можно смещать вдоль вала. Также возможно перемещение вдоль вала зубчатой муфты 3, установленной на вторичном валу. Шестерня 5 установлена на этом валу свободно.
Для включения первой передачи шестерню 6 смещают вилкой 7 вдоль вала и вводят в зацепление с шестерней 12. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный последовательно через шестерни 2, 14, 12, 6. Если обозначить число зубьев шестерен через г, то передаточное число этой передачи будет

Рис. 90. Схема трехступенчатой коробки передач

Вторую передачу включают перемещением зубчатой муфты 3 вилкой 4 вправо до соединения зубьев муфты с зубчатым венцом, выполненным как одно целое с шестерней 5. При этом шестерня 5 жестко соединяется с вторичным валом, крутящий момент на который последовательно передается от первичного вала через шестерни 2, 14, 13, 5. Передаточное число на второй передаче
получается меньше, чем на первой передаче.
, Третью передачу включают перемещением зубчатой муфты 3 влево для соединения ее зубьев с зубчатым венцом шестерни 2. Крутящий момент с первичного вала передается непосредственно на вторичный. В этом случае крутящий момент в коробке передач не изменяется. Такая передача называется прямой. Ее передаточное число равно /. Наличие прямой передачи является характерной особенностью коробки передач, выполненной по трехвальной схеме. Движение автомобиля происходит в основном на прямой передаче. Низшие передачи служат для разгона автомобиля или движения в тяжелых дорожных условиях, требующих преодоления больших сил сопротивления движению.
Передача заднего хода включается перемещением в крайнее правое положение шестерни 6, зубья которой входят в зацепление с зубьями шестерни 11, установленной на оси 10. Момент от первичного вала на вторичный передается последовательно через шестерни 2, 14,9,-11, 6. Вторичный вал вращается в противоположном направлении по отношению к первичному валу.

Рис. 91. Схемы планетарных передач:
а — с одинарными сателлитами; б —■ с двойными сателлитами; в — с коническими сателлитами

Таким образом, в коробке передач происходит преобразование крутящего момента, в результате которого крутящий момент на вторичном валу. М2 больше, чем на первичном Мг. Картер коробки передач воспринимает реактивный момент М8, равный разности моментов М2 и Мъ т. е. М1 +"Мг + М3 = 0.
Планетарные (с подвижными осями шестерен) коробки передач применяют часто в гидромеханических (комбинированных) коробках передач (автомобили ЗИЛ-114, ГАЗ-13 и др.). Планетарные зубчатые механизмы используют также в дифференциалах и в колесных редукторах главных передач.
Шестерня, называемая"солнечной (рис. 91, а) трехвального планетарного механизма, состоящего из цилиндрических шестерен, установлена на валу /. С ней входят в зацепление несколько шестерен 5, называемых сателлитами, оси которых соединены водилом 4, установленным на валу 3. Сателлиты входят также в зацепление с шестерней 6, имеющей внутренние зубья и называемой коронной. Она закреплена на валу 2.
Если один вал (любой из трех) будет ведущим, другой — ведомым, а третий неподвижным, воспринимающим реактивный момент, тогда. планетарный механизм превращается в планетарный редуктор с определенным передаточным числом. Если соединены между собой любые два вала планетарного механизма, то он оказывается заблокированным: все валы будут вращаться как одно целое (прямая передача). Один трехвальный планетарный механизм может дать семь различных передаточных чисел, обычно два заднего хода и пять переднего (два понижающих, два повышающих и одно, равное единице).
На рис. 91, б показан трехвальный планетарный механизм со сдвоенными сателлитами, имеющий только внешнее зубчатое зацепление цилиндрических шестерен. В этом механизме шестерню 7 (больших размеров) условно называют коронной, а соосную шестерню меньших размеров — солнечной. Первая установлена на валу 2, а вторая —
на валу 1. На валу 3 закреплено водило. Сателлиты представляют собой блок шестерен 8 я 9.
На рис. 91, в дана схема трехвального планетарного механизма с коническими шестернями 4, 7, 6. Шестерня 5 — сателлит, ее ось закреплена на водиле 4.
Крутящие моменты на валах /, 2, 3 планетарных механизмов (без учета, потерь) находятся в соотношении
М1:М2:М3=1 :а:-(1+а),
где а — передаточное число планетарного механизма при остановленном водиле а =^-= 1,4-*-5 (см. рис. 91, а); а = = - (1 8)
(см. рис.-91, б);
М1 + М2 + М3 = 0. Угловые скорости валов связаны зависимостью
Достоинствами планетарных коробок передач по сравнению с коробками, имеющими неподвижные оси шестерен, являются возможность получения больших передаточных чисел при небольшом числе зубчатых колес, а также меньшие вес и размеры. Однако планетарные коробки передач имеют более высокую стоимость.