C’est un peu compliqué en effet. L’essentiel est bien de lever les équivoques et de donner un sens clair à la phrase.
Par exemple, ils ont vu leur mère (une mère car ils sont frères). Ils ont mis leurs chaussures car ils en ont forcément deux (deux pieds), c’est comme leurs yeux. 
Ils rangent leur ballon (après un match) leurs ballons (après des jeux libres)…
Après, c’est le règne du feeling, les deux sont supposés autorisés.
Les étudiants rejoignent leur famille : c’est chacun sa famille (je dirais d’ailleurs : nous aimons notre famille).
ou
Les étudiants rejoignent leurs familles, si vous craignez que l’on pense qu’ils sont de la même famille, 

« Ainsi, on n’a peut-être qu’une famille, mais on a deux yeux. Donc, si j’écris « leurs familles » et qu’un peu plus loin j’écris « leurs yeux », est-ce que ça ne pose pas un problème de cohérence. » Non, absolument pas. « 

a) Lorsque chacun des possesseurs ne possède qu’un seul objet, on emploie :
– le singulier leur si dans l’ensemble des possesseurs, on envisage chacun des possesseurs : Mes compagnons ôtant leur chapeau goudronné…
b) le pluriel leurs si on envisage l’ensemble des choses ou des être possédés : Ils prirent leurs chapeaux

NB : On rencontre le singulier et le pluriel, dans des phrases du type : Ils sortent avec leur femme ; ils sortent avec leurs femmes. Ils aimaient leurs femmes ; ils aimaient leur femme.  
Des hommes brillants venus à Balbec sans leur femme. Sur cinq hommes mariés, trois avaient déjà trouvé leur femme.
Il y a quelque temps, j’ai fait un topo ; tu ferais bien de le  chercher. 

Pour les contributeurs réguliers du site : c’est pathétique de voir des gens s’escrimer, depuis des années sur ce site,  à  vouloir résoudre un problème à trois inconnues avec deux équations !
Pas plus en français que dans les autres langues, il n’est possible de rendre graphiquement par une simple marque de pluriel les rapports entre nombre de possédants, de choses possédées et les rapports individuels de l’un à l’autre. C’est comme ça, il faut l’accepter et cesser de tripatouiller des réponses ineptes.
D’ailleurs, comment faites-vous à l’oral où on n’entend souvent même pas cette marque du pluriel ? Il n’y a en général pas de souci car le sujet n’a pas d’intérêt : que des gens enlèvent leur chapeau ou leurs chapeaux revient au même, Et si cela a de l’importance, on rédige sa phrase comme il se doit, en  ajoutant ou adaptant les mots : les malfrats remontèrent dans leur(s) voiture(s) évacue la question d’une seule ou plusieurs voitures, les malfrats remontèrent dans leurs voitures respectives (ou chacun dans sa voiture) rend la scène précise.
J’espère que chacun ici se souviendra que l’écrit n’est qu’une mise à plat de la pensée et pas l’inverse. Orthographe et grammaire ne sont que d’humbles valets de ce que l’on pense et penser juste est prioritaire…

Vous écrivez : Ainsi, je dirais « tout à leur joie », et je me vois mal écrire « tout à leurs joies ».
Eh bien et pourquoi pas, s’ils ont plusieurs joies ?
On dit bien les joies de la maternité, de la famille.

Rien de compliqué non.
Il suffit de bien voir clairement :
– que le « leur » dont vous parlez n’est pas un pronom mais un déterminant possessif (appelé aussi adjectif possessif)
– qu’en tant que tel il s’accorde avec le nom qu’il détermine
– que le déterminant possessif a la particularité de varier, et avec le possédé (: leurs yeux – leur œil) et avec le possesseur : mes yeux/tes yeux/ ses yeux/nos yeux/ etc. // mon œil/ton œil/son œil/ notre œil/etc/

—
Ensuite, c’est le sens qui commande (voir le message de Prince).

Note :
Il existe un pronom personnel : « leur » qui est toujours pluriel et qui alterne avec me/te/lui/nous/vous
Marie leur parle – me parle – te parle – lui parle – nous parle – vous parle
Ce n’est  pas le même mot