Тороидальный вариатор

Одной из последних разработок японских инженеров при участии компании Nissan стал тороидальный (иногда называемый торовый) вариатор Extroid. Примечательно, что еще в 1939 году подобным механизмом оснащались английские автомобили Austin. Принцип его работы и конструкция значительно отличаются от ременного. Неизменно лишь то, что и здесь передаточное отношение меняется бесступенчато. Торовый вариатор основан на трении, а не на зацеплении вращающихся частей и способен передавать больший крутящий момент, нежели клиноременной или цепной.
Механизм вариатора состоит из двух конусовидных роликов — ведущего и ведомого. Они располагаются на одной оси остриями друг к другу. Боковые грани конусов не прямые, а представляют собой как бы одну четвертую части круга. Если мысленно соединить линии их поверхностей, то получатся два полукруга. Движение от одного конуса на другой передается через два ролика, по форме напоминающие бублик или спасательный круг. В геометрии такая фигура названа тором — отсюда и название вида вариатора. Ролики представляют собой хорды (отрезок, соединяющий любые две точки на окружности) вышеупомянутых полукругов. Следовательно, хорда одной длины может соединять самые разные пары точек окружности. Тороидальные ролики покоятся на поворачивающихся кронштейнах и могут касаться ведущего конуса в точке большего радиуса, чем ведомого, и наоборот. Прецизионный гидравлический механизм на доли миллиметра смещает их края вверх или вниз, и они самостоятельно соскальзывают на нужное положение. При этом передаточное отношение изменяется плавно. Своеобразно была решена проблема недостатка в сцеплении движущихся элементов конструкции. Так как все усилие сконцентрировано в одном пятне контакта тороидальных роликов и конусов, то по началу было неизбежно проскальзывание и нагрузки, которые не выдерживала самая прочная сталь сверхвысокой степени очистки от примесей с усиленной углеродом рабочей поверхностью. Более того, механизм не мог работать всухую, без смазки, которая еще более увеличивала опасность проскальзывания. Удивительно, но тут пригодилось специальное масло. При огромном давлении в пятне контакта конуса с роликом, которое может достигать десяти тонн, молекулы масла спрессовываются в пленку толщиной не более одного микрона и сцепляются друг с другом, помогая передавать сдвигающее усилие. При этом то же самое масло выполняет и обычные функции — работает в гидротрансформаторе, которым снабдили трансмиссию Extroid, смазывает шестерни заднего хода, используется в гидравлическом механизме поворота роликов.
В результате серийная трансмиссия для автомобилей Nissan — торовый вариатор Extroid — без проблем работает с V-образными двигателями мощностью более 240 л.с. Для дополнительной надежности в одной бесступенчатой коробке применяются одновременно два вариатора, тем самым крутящий момент делится надвое.