דבר נוסף המתקבל על ידי שילוב גלגלי שיניים – האפשרות לשנות את כיוון הסיבוב. למשל, אם גלגל שיניים אחד מסתובב עם כיוון השעון, גלגל השיניים שיוצמד אליו יסתובב נגד כיוון השעון.
כיוון תנועת גלגלי השיניים השתנה, אך המהירות הסופית נותרה זהה.
סוגי גלגלי שיניים.
קיימים שני סוגי גלגלי שיניים עיקריים בתיבת הילוכים:
מצמד (קלאצ').
המצמד נמצא בין המנוע לבין תיבת ההילוכים. המצמד מורכב משתי דסקיות המוצמדות בכוח זו לזו. באפשרות הנהג לגרום להפרדה בין שתי דסקיות אלו, מה שקוטע את התנועה הסיבובית מהמנוע אל הגלגלים דרך תיבת ההילוכים.
המצמד נועד כדי להפריד ולחבר את המנוע בצורה הדרגתית: בזמן התחלת הנסיעה, בעצירה, ועל מנת להחליף הילוכים. המנוע צריך להיות מופרד מהגלגלים כי יש הבדל בסל"ד של המנוע בהילוכים השונים. לדוגמה, בהילוך ראשון במהירות של 20 קמ"ש מנוע הרכב פועל ב־3,000 סל"ד ובהילוך שני, במהירות זו, המנוע פועל ב־2,000 סל"ד בלבד. לכן, צריך להפריד את המנוע מהגלגלים, לשלב להילוך הבא, לחכות שהסל"ד ירד, ואז בערך ב־2,000 סל"ד, לשלב שוב. (המנוע לא יכול להתגבר על הפער הזה של 1,000 סל"ד לכן צריך להפריד אותו, להגיע לסל"ד הנכון, ורק אז לשלב).
תיבת הילוכים ידנית.
תיבת הילוכים בסיסית.
בתיבת ההילוכים קיים גל קצר (Input Shaft) שיוצא מהמצמד וממשיך מעט לתוך תיבת ההילוכים, בקצהו מחובר גלגל שיניים. גם על הגל הנגדי (Layshaft) מחובר גלגל שיניים. לאורכו של הגל הנגדי ישנם עוד כ־5 גלגלי שיניים. לכל גלגל שיניים בגל הנגדי יש גלגל שיניים מקביל על גל שלישי (Output Shaft) שהוא המשכו של הגל הראשוני (אך אינו מחובר אליו). גלגל שיניים זה משולב אליו תמידית.
גלגלי השיניים על הגל השלישי אינם מחוברים לגל בצורה קשיחה. כלומר, הם יכולים לנוע אף אם הגל לא נע. וכן, לעצור אף אם הגל נע. כדי לחבר את גלגלי השיניים לגל (בכל פעם גלגל שיניים אחד בלבד), ישנם שיניים שנקראות Dog tooth, שיניים אלו מחוברות בצורה קשיחה אל הגל וכאשר הן ידחפו הן יתחברו אל גלגל השיניים מן הצד, מה שגורם לו להתחבר בצורה קשיחה אל הגל.
כעת הכוח עובר דרך ארבעה גלגלי שיניים מן הכניסה אל תיבת ההילוכים ועד היציאה: גלגל השיניים על הגל הראשוני, גלגל השיניים המקביל אליו, גלגל השיניים על הגל השני וגלגל השיניים המקביל, על הגל השלישי (גל היציאה).
במבנה תיבת הילוכים כזה, יש לשלב הילוכים בשיטת "גז ביניים" (Double-clutch):
הסבר הפעולות:
בצורה זאת ניתן להעביר הילוך ללא שימוש במצמד (גם בתיבות הילוכים רגילות), אך אין זה מומלץ, משום שביצוע גז הביניים אינו מושלם בדרך כלל (מבחינת דיוק סל"ד).
תיבת הילוכים עם סנכרון (Synchronism).
בתיבות ההילוכים החדשות יותר (כלומר, במכוניות של ימינו), ישנו סנכרון בנוסף לשיני הכלב, הסנכרון הוא כעין שרוול העשוי מתכת רכה (מבנהו המדויק של הסנכרון משתנה בין יצרני הרכב השונים). בצדו של גלגל השיניים (במקום שמורכבות השיניים שמשתלבות עם שיני הכלב) ישנה בליטה קצרה. כאשר משלבים הילוך, השרוול עולה על הבליטה, הם מתחברים (אך לא בצורה קשיחה), ואז גלגל השיניים מואץ למהירות של שיני הכלב. כעת שיני הכלב נמצאות במהירות של גלגל השיניים, ולכן הם משתלבים יחדיו (ללא שימוש בגז ביניים).
אולם, מכיוון שהסינכרונים עשויים ממתכת רכה, הם נשחקים לאחר זמן מה ושילוב ההילוך הופך קשה יותר, מה שמצריך את החלפת המצמדים הסינכרוניים, או שימוש בגז ביניים. אם משלבים להילוך לא נכון, הסנכרון יאלץ להאיץ יותר את גלגל השיניים מה שיגרום לבלאי מהיר יותר של הסנכרון, או במקרה הגרוע, אם הסנכרון לא הצליח להתאים את מהירות שיני הכלב למהירות גלגל השיניים, גלגל השיניים יפגוש את שיני הכלב במהירות, מה שישחק אותן (ישמע רעש של גריסה). כמו כן, עלול להיווצר מצב שאי אפשר לשלב את ידית ההילוכים להילוך הרצוי (לדוגמה, שילוב להילוך ראשון מחמישי בעת נסיעה מהירה לא יצליח).
העברה מהירה (Quick Shift).
התקן העברה מהירה הוא אביזר שיפור המאפשר החלפת הילוכים מהירה יותר. ההבדל בין תיבת הילוכים רגילה לתיבה עם העברה מהירה הוא בעיקר במבנה המוטות המקשרים, שם יש הבדל במנוף קטן שמחובר לידית. כאשר משנים את אורכו של המוט התנועה הופכת להיות מהירה יותר. מאידך, הקיצור מחייב הפעלת כוח רב יותר שעלול ליצור קשיים בהחלפת הילוך כאשר השמן התעשייתי בתיבת ההילוכים קר. הבדל נוסף הוא באיכות החומרים כדוגמת טבעות מתכת איכותיות יותר המונעות חופש בידית. בעיה אחרת היא חומרתו של שילוב שגוי להילוך לא מתאים, שעלול להרוס את המנוע. דרך נוספת להעברת הילוכים מהירה יותר, מושגת בעזרת קיצור ידית ההילוכים כך שהתנועה הנדרשת קצרה יותר. שיטה זו לא משנה את המבנה של המוטות המקשרים והשיפור בזמן ההחלפה פחות משמעותי.
הילוך אחורי.
ההילוך האחורי בדרך כלל אינו מסונכרן ואינו נטוי (הליקלי - helical) (אלא עשוי משן ישרה). הוא בנוי מגלגל שיניים על הגל הנגדי וגלגל שיניים מקביל לו על גל היציאה (אך הם אינם משולבים כמו שאר השיניים, אלא יש ביניהם מרחק), בשילוב ההילוך מוסט גלגל שיניים שלישי (על גל נוסף - Idler Shaft) שמתחבר ביניהם, מה שהופך את כיוון הסיבוב. הילוך זה בדרך כלל קצר יותר מההילוך הראשון – מה שנותן יותר כוח, אך פוגם במהירות הסופית שלו.
מכיוון שגלגלי השיניים של הילוך זה אינם עשויים משיניים חלזוניות – מטעמים כלכליים, הוא משמיע קול יבבה צורם בנסיעה מהירה לאחור.
מכיוון שהילוך זה אינו מסונכרן – והשילוב מתבצע על ידי הסטת גלגל שיניים, אם ישלבו להילוך אחורי תוך כדי נסיעה – ישמע רעש של גריסה מגלגלי השיניים. גם אם ישלבו להילוך אחורי בעצירה, אך מיד לאחר תנועה לפנים, עלול להיווצר קושי בשילוב, וזאת מפני שגלגלי השיניים שבתיבת ההילוכים ממשיכים לנוע מכוח האינרציה בזמן שהמנוע מנותק מהם (שדוושת המצמד לחוצה). לכן, מומלץ לשלב להילוך סרק לפני השילוב להילוך האחורי, לשחרר את המצמד, כך שגלגלי השיניים ינועו לאט יותר, ורק אז לשלב אליו. קיימים כלי רכב בהם ניתן (לרוב באופן תאורטי) לשלב יותר מיחס העברה אחד בנסיעה לאחור, אפשרות זאת מתקבלת בדרך כלל על ידי תיבה נפרדת המשנה את כיוון העברת הכוח, ושילוב יחסי העברה שונים (המשמשים גם בנסיעה קדימה) (במשאית יונימוג ובטנקים למשל).
מנגנון השילוב.
בתיבת ההילוכים, כל צמד מצמדים סינכרונים (או רק המצמדים – בתיבת הילוכים ללא סינכרון), מחוברים יחד במוט. למשל, המצמדים של הילוך ראשון ושני מחוברים יחד במוט, כך, שאם נזיז את המוט לאחור, המצמד של ההילוך הראשון ישתלב, והמצמד של ההילוך השני יצא משילוב. אם המוט יושאר באמצע, שני מצמדים אלו לא יהיו משולבים. כל פעם יכול להיבחר רק הילוך אחד שישולב. במצב הילוך סרק, ידית ההילוכים תהיה במרכז (אך לאו דווקא באמצע), כך שכל המצמדים יהיו רפויים. כדי להעביר את תנועתה של ידית ההילוכים אל תיבת ההילוכים, משתמשים בדרך כלל במוטות ("שטנגות") שתפקידם לקשר בין ידית ההילוכים לבין מוטות השילוב של תיבת ההילוכים. ידית ההילוכים אינה מורכבת תמיד מעל תיבת ההילוכים.
תיבת הילוכים סיקוונסיאלית (Sequential gearbox).
כדי להקל על הנהג למצוא את ההילוך הנכון, ישנן תיבות הילוכים, שמנגנון השילוב הפנימי שלהן שונה. מה שמאפשר, על ידי דחיפת ידית ההילוכים קדימה – העלאת הילוך, ועל ידי משיכת ידית ההילוכים אחורה – הורדת הילוך. מבנה תיבת הילוכים זו זהה למבנה תיבת ההילוכים הרגילה – למעט מנגנון השילוב. המנגנון בנוי מגלגלי שיניים המורכבים על מוטות קצרים מחורצים, על ידי הזזת ידית ההילוכים הם מסתובבים, ומוטות השילוב, שנעים בחריצים, עוברים להילוך הנכון. מנגנון שילוב דומה נמצא גם באופנועים.
יתרונות:
חסרונות:
חשוב להבדיל בין תיבת הילוכים סיקוונסיאלית לבין טיפטרוניק. לתיבת הילוכים סיקוונסיאלית יש מצמד רגיל, ומכלול פנימי של תיבת הילוכים ידנית. בעוד, שבתפעול טיפטרוניק, המכלול הפנימי הוא של תיבת הילוכים אוטומטית, לנהג אין שליטה על ה"מצמד האוטומטי" (ממיר המומנט), ומחשב הרכב הוא הקובע, בסופו של דבר, על העלאת הילוך בתיבות מסוימות (Over rolling), וכן על הורדת ההילוך. בנוסף, העברת ההילוך לוקחת יותר זמן.
תיבה עם שיני כלב (Dog transmission).
מבנה התיבה:
בתיבה זו מורכבים גלגלי שיניים בעלי שן ישרה הממלאים את מקומם של גלגלי השיניים החלזוניים והרגישים. תיבת הילוכים זו אינה מצוידת בסינכרונים, אלא בשיני כלב בלבד, ומכאן שמה. החלל שנוצר מהוצאת הסינכרונים מנוצל כמרחב נוסף לגלגלי השיניים ומאפשר את הרחבת השן ב־20% וכך תורם לחוזקה של תיבת ההילוכים. תיבות אלו מיוצרות בדרך כלל מחומרים איכותיים יותר, גלים חזקים יותר ומיסבים טובים יותר התורמים להפחתת החיכוך. כמו כן, המשקל עשוי להיות נמוך יותר ובכך לתרום לתגובות מצערת טובות יותר עקב משקל חלקים מסתובב קטן יותר.
החלפת הילוך:
בחלק מתיבות ההילוכים האלו צריך להעביר הילוך על ידי גז ביניים, בגלל המחסור בסינכרונים. עם זאת קיימות תיבות הילוכים שאינן מצוידות בסינכרונים ובכל זאת מאפשרות להעביר הילוך ללא שימוש בגז ביניים, וזאת בגלל חוזקן הרב של שיני הכלב, המאפשרות העברת הילוך מהירה מהרגיל כיוון שבתיבה מסונכרנת ידית ההילוכים נעה פעמיים (שילוב סינכרון ושילוב שיני הכלב) וכאן השילוב הוא רק באמצעות שיני הכלב.
חסרונות:
לתיבת הילוכים כזו יש מספר חסרונות:
הילוכים אוטומטיים.
תיבת הילוכים אוטומטית היא תיבה בה הנהג לא מעורב בתהליכים הכלולים בהעברת ההילוכים אלא הם מתבצעים באופן אוטומטי על ידי מערכת.