Diseño de caja de cambios epicicloidal de 6 velocidades

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado tiene como objetivo el diseño y dimensionado de una caja de cambios automática basada en el modelo Allison 1000, adaptada para su integración en un vehículo utilitario ligero. El proyecto parte del estudio de antecedentes y características del sistema original, proponiendo una reinterpretación completa que permite su implementación en un entorno con menores exigencias estructurales, menor espacio disponible y menores requerimientos de carga, sin comprometer la fiabilidad del conjunto. La arquitectura de la transmisión se compone de un convertidor de par hidráulico, tres trenes planetarios idénticos, cinco embragues de fricción, tres ejes principales, rodamientos de soporte, una unidad de control electrónica simplificada mediante puertas lógicas y un conjunto de carcasas de aluminio forjado que actúan como soporte estructural. Cada componente ha sido objeto de un análisis detallado, abordando tanto su funcionalidad como su dimensionado mecánico según normativas técnicas como AGMA para engranajes, DIN 743 para ejes e ISO 281 para rodamientos. El estudio incluye el cálculo analítico de resistencia, vida útil, esfuerzos combinados, acoplamientos por estriados y transmisión de par. Asimismo, se han desarrollado simulaciones mediante análisis por elementos finitos (FEM) para validar el comportamiento estructural de ejes y carcasas ante las cargas de servicio, evaluando desplazamientos y tensiones equivalentes. Desde el punto de vista económico, se ha elaborado un presupuesto técnico detallado dividido en componentes comerciales, elementos fabricados por mecanizado, estructuras por fundición y costes de ensamblaje. La solución propuesta se compara favorablemente frente a transmisiones comerciales en cuanto a coste, simplicidad de montaje y facilidad de mantenimiento. El resultado es una transmisión automática compacta, funcional y económicamente viable, capaz de adaptarse a aplicaciones urbanas o industriales ligeras, y susceptible de ser fabricada en series medianas con recursos estándar.

This Final Degree Project focuses on the design and sizing of an automatic transmission system based on the Allison 1000 model, adapted for integration into a light-duty utility vehicle. The project begins with a study of the original system's features and proposes a complete reinterpretation tailored to an environment with lower structural demands, limited available space, and reduced load requirements, without compromising system reliability. The transmission architecture includes a hydraulic torque converter, three identical planetary gear sets, five friction clutches, three main shafts, support bearings, a simplified electronic control unit based on logic gates, and a set of forged aluminum housings acting as the structural support of the system. Each component has been analyzed in detail, addressing both its function and mechanical sizing according to technical standards such as AGMA for gears, DIN 743 for shafts, and ISO 281 for bearings. The study includes analytical calculations for strength, fatigue life, combined loads, splined couplings, and torque transmission. In addition, finite element analysis (FEM) has been conducted to validate the structural behavior of shafts and housings under service loads, assessing displacements and equivalent stresses. From an economic standpoint, a detailed technical budget has been prepared, divided into commercial components, machined elements, structural cast parts, and assembly costs. The proposed solution compares favorably to commercial transmissions in terms of cost, ease of assembly, and maintenance. The result is a compact, functional, and economically viable automatic transmission system, suitable for use in urban or light industrial vehicles and capable of being manufactured in medium-scale production with standard industrial resources.