Многоступенчатые коробки с тремя степенями свободы образуются на базе 4-, 5- или 6-ступенчатой коробки, имеющей соосную трехвальную схему, путем установки к последней впереди или сзади дополнительного редуктора. Чаще всего дополнительный редуктор выполняется двухступенчатым и имеет одну ступень прямую и одну редукторную — понижающую или повышающую. Применяя с ним базовую 4-ступенчатую коробку, получают восемь передач, а 5-ступенчатую — десять и т. д.
Применение 3-ступенчатого дополнительного редуктора позволяет утроить число передач по отношению к числу передач базовой коробки. Для получения определенной передачи в коробке с тремя степенями свободы включаются одна зубчатая муфта в базовой коробке и одна в дополнительном редукторе.
Передний дополнительный редуктор конструктивно является рациональным в том случае, если он выполняется в виде пары зубчатых колес, дающей редукторную (непрямую) ступень. Прямая ступень получается непосредственным соединением входного вала редуктора с входным валом базовой коробки. Такой редуктор принято называть делителем. Он незначительно расширяет диапазон передаточных чисел, поэтому базовая коробка должна иметь достаточно большой собственный их диапазон.
Положительные особенности коробки передач с делителем: увеличение числа передач вдвое достигается наиболее просто; обеспечивается высокая степень унификации — базовая коробка может использоваться отдельно без делителя, так как ее собственный диапазон передаточных чисел во многих случаях является достаточным; при включении непрямой ступени редуктора КПД многоступенчатой коробки сохраняется на том же уровне, который имеет базовая коробка. Основной недостаток многоступенчатой коробки с делителем — необходимость иметь относительно большое межосевое расстояние, так как на выходе базовой коробки на низших передачах действует большой крутящий момент.
Задний 2-ступенчатый дополнительный редуктор выполняется вальным с двумя парами зубчатых колес или планетарным. Задний редуктор имеет одну ступень прямую и одну редукторную понижающую. Использование его в качестве делителя нерационально. Как правило, он выполняется с большим диапазоном передаточных чисел, чем у базовой коробки.
Базовая коробка при этом выполняется с относительно небольшим собственным диапазоном. Положительными особенностями многоступенчатой коробки передач с задним дополнительным редуктором являются: относительно небольшое межосевое расстояние базовой коробки, так как передаточное число на первой передаче и, соответственно, крутящий момент на вторичном валу существенно ограничены; возможность получить большой общий.
Меньшая напряженность синхронизаторов базовой коробки, обусловленная малыми перепадами угловых скоростей соседних ее передач и позволяющая применять синхронизаторы на низших передачах даже при установке двухдискового сцепления.
Недостатки многоступенчатой коробки передач с задним редуктором: нельзя использовать базовую коробку отдельно без редуктора вследствие небольшого собственного ее диапазона передаточных чисел; несколько повышенные потери мощности на низших передачах, когда включена понижающая ступень редуктора и мощность передается через четыре зубчатых зацепления; необходимость применения в заднем редукторе синхронизатора большой энергоемкости.
В многоступенчатых коробках передач с четырьмя степенями свободы используется базовая коробка и два дополнительных редуктора — передний и задний. Для получения определенной передачи в таких коробках необходимо включить три зубчатые муфты: по одной — в переднем редукторе, базовой коробке и заднем редукторе.
Построение ряда передаточных чисел многоступенчатой коробки в пределах их общего диапазона не может быть произвольным, так как закономерность ряда, принятая для базовой коробки, неизбежно повторяется на каждой ступени дополнительного редуктора. Построение общего ряда при этом определяется закономерностью ряда передаточных чисел базовой коробки и соотношением между их диапазонами базовой коробки и дополнительного редуктора.
Применяемые варианты построения ряда передаточных чисел многоступенчатых коробок передач поясняются лучевыми диаграммами.
