W procesie technicznej edukacji ucznia szkoły samochodowej bardzo istotne jest kompleksowe przedstawienie konstrukcji wybranego - omawianego podzespołu. W artykule pt. "Podstawy skrzyni biegów" przedstawiłem wstępną wiedzę niezbędną do zrozumienia działania skrzynki przekładniowej i zbudowania takiej skrzynki dla dwóch biegów do jazdy w przód. Rzeczywista skrzynka biegów posiada więcej przełożeń - co najmniej cztery, które realizuje się poprzez dołożenie kolejnych par kół zębatych. Przełożenia poszczególnych biegów obliczane są jako iloczyn przełożenia stałego z₂/z₁ i wybranej pary kół, za wyjątkiem przełożenia bezpośredniego realizowanego poprzez połączenie wałków - sprzęgłowego i głównego. Rysunek 1 przedstawia omawianą skrzynkę przekładniową o czterech przełożeniach z biegiem bezpośrednim.

rysunek 1

W celu uzyskania biegu wstecznego stosuje się zmianę kierunku obrotów wałka wyjściowego przekładni poprzez dostawienie dodatkowego koła zębatego z_R w dodatkowym zespole kół zębatych z₉ i z₁₀. Oś obrotu koła zębatego z_R leży poza płaszczyzną wyznaczoną przez wałek pośredni B i wałek główny C. Daje to swobodę w usytuowaniu koła zębatego z_R, o czym będzie mowa w dalszej części artykułu.
Na rysunku 2 umieszczono zespół kół zębatych biegu wstecznego.
Zazwyczaj wałek koła zębatego z_R jest osadzony nieruchomo w korpusie skrzyni biegów, natomiast samo koło zębate obraca się na nim swobodnie - ślizgowo i wykonuje ruch wzdłuż tego wałka.

rysunek 2

Należy zwrócić uwagę, że uruchomienie biegu wstecznego realizowane jest przez poosiowe przesunięcie koła zębatego z_R tak, aby zazębiło się ono z kołami zębatymi z₉ i z₁₀. Całe przełożenie realizowane jest teraz przez zespół kół zębatych z₁, z₂, z₉,z_R i z₁₀. Aby mogło to nastąpić, koła zębate z₉, z_R i z₁₀ muszą mieć zęby walcowe proste, ponieważ zęby skośne mogą być tylko zazębione na stałe. Ich rozzębienie jest możliwe tylko poprzez odsunięcie od siebie wałków, na których te koła są osadzone.
Stosowanie zębów walcowych prostych, pomimo bardzo prostej konstrukcji przekładni, okupione jest szeregiem wad, wśród których najważniejsze to ograniczona możliwość przeniesienia momentu obrotowego, konieczność całkowitego zatrzymania pojazdu dla włączenia biegu - w przeciwnym wypadku usłyszymy nieprzyjemny zgrzyt zębów, stosunkowo mała trwałość oraz hałaśliwość takiej przekładni, szczególnie przy szybszej jeździe na wstecznym biegu. Koła zębate biegu wstecznego wydłużają znacznie całą skrzynię przekładniową, co w przypadku niektórych konstrukcji ma niebagatelne znaczenie. Skrzynie biegów w zademonstrowanym przykładzie - oczywiście odpowiednio do potrzeb rozbudowane - są powszechnie stosowane w klasycznych układach napędowych samochodów ciężarowych i dostawczych.
W wielu nowoczesnych skrzyniach przekładniowych stosuje się inną budowę przełożenia do jazdy w tył. Konstrukcja opiera się o wykorzystanie w dalszym ciągu zespołu kół zębatych walcowych o zębach prostych, lecz w inny sposób.
Można bowiem wyjść z założenia, że tuleja sprzęgająca synchronizatora D₁ jest poprzez osadzenie jej na piaście synchronizatora stale złączona z wałkiem głównym, podobnie, jak wcześniej omawiane koło zębate z₁₀. Jeśli wałek główny się obraca - tuleja sprzęgająca też się obraca, jeśli pojazd jest w stanie spoczynku, to wałek główny skrzyni nie obraca się, więc tuleja sprzęgająca również się nie obraca. Wobec tego można zlikwidować koło zębate z₁₀ i przenieść je na tuleję sprzęgającą D₁, która od tej chwili będzie pełnić dwie funkcje: elementu synchronizatora dla biegów I i II oraz koła zębatego napędzanego przekładni biegu wstecznego. Koło zębate z₉ na wałku pośrednim B zostaje z konieczności przeniesione pomiędzy koła z₅ i z₇ tak, aby było możliwe jego zazębienie z kołem zębatym z₁₀ osadzonym na tulei sprzęgającej D₁, ale tylko wtedy, gdy przyjmie ona położenie neutralne (czyli luz). Wałek koła zębatego z_R zostanie odpowiednio wydłużony tak, aby możliwe było przesunięcie koła z_R w pozycję współpracy z kołami z₉ i z₁₀ na tulei sprzęgającej D₁. Opisane zmiany przedstawia rysunek 3, na którym zaznaczono w odmienny sposób wałek koła zębatego z_R, aby pokazać, że nie leży on w płaszczyźnie wałków B i C oraz omija koło zębate z₈. Ta cecha konstrukcji zespołów kół zębatych biegu wstecznego widoczna jest również na rys. 4.

Jakie korzyści wynikają z takiej konstrukcji?
Przede wszystkim została skrócona sama skrzynia przekładniowa, co w ciasnej zabudowie pojazdu może mieć istotne znaczenie, zmniejszyła się masa przekładni o część masy koła zębatego z₁₀ oraz wałków głównego ipośredniego, krótszy wałek pośredni jest narażony na mniejsze naprężenia skręcające od przekładni stałej z₂/z₁, mechanizm wewnętrzny zmiany biegów ma bardziej zwartą budowę. Przedstawione rozwiązanie można spotkać często w konstrukcjach przede wszystkim skrzyń biegów samochodów osobowych.
Skrzynia biegów z rysunku 3 pozbawiona jest korpusu zamykającego ją w zwartą całość. Na rysunku 5 możemy ją zobaczyć z korpusem, który obejmuje również osłonę sprzęgła i umożliwia jej przykręcenie do bloku silnika. Nazwano również wałki A, B i C.

Istotną wadą przedstawionych rozwiązań konstrukcyjnych włączania biegu wstecznego jest fakt, iż włączanie do pracy kół zębatych walcowych o zębach prostych odbywa się bez synchronizacji, tzn. że w przypadku nawet niewielkiego ruchu pojazdu do przodu włączeniu biegu wstecznego będzie towarzyszył zgrzyt przekładni.
W samochodach osobowych wyższego segmentu w omawianym temacie stosowane są niekiedy rozwiązania konstrukcyjne podwyższające zdecydowanie komfort użytkowania. Włączanie biegu wstecznego można wydatnie usprawnić poprzez zastosowanie rozwiązania podobnego do mechanizmu włączania biegu do przodu. Mowa tu oczywiście o zastosowaniu zazębionych na stałe kół zębatych walcowych o zębach skośnych. Ponieważ rozwiązanie to stosuje się głównie z zblokowanych skrzyniach biegów, musimy zmienić nazewnictwo wałków, na których osadzone są koła zębate.
Na rysunku 4 koło zębate z₁ osadzone jest na stałe na wałku wejściowym E, otrzymującym napęd od wałka sprzęgłowego A, zaś koło zębate z₂ ślizgowo na wałku wyjściowym F. Koło zębate z_R, jak zwykle zmienia kierunek obrotów.

rysunek 4

Wszystkie trzy koła zębate są ze sobą stale zazębione. Włączenie biegu wstecznego odbywa się poprzez załączenie tulei sprzęgającej synchronizatora D_R, co powoduje połączenie koła zębatego z₂ z wałkiem wyjściowym F przy zachowaniu warunków synchronizacji, czyli wyrównania prędkości obrotowych załączanych elementów.
Po tak rozwiniętym zagadnieniu przebiegu momentu obrotowego przez skrzynkę przekładniową, można przystąpić do analizy działania zblokowanej skrzynki biegów umieszczonej w pojeździe wzdłużnie lub poprzecznie oraz zapoznać uczniów z zasadami wyprowadzenia napędu na dwie osie napędowe (4x4). Odrębnym zagadnieniem - omawianym również z uczniami - jest dostawianie do czterobiegowej skrzynki przekładniowej jednego, lub dwóch multiplikatorów, dzięki czemu można z takiego zespołu uzyskać 16 biegów do przodu i cztery biegi wsteczne.