levas presentar

IME OSCAR MARTINEZ ANTONIO INGENIERIA ELECTROMECANICA

INDICE

Introducción

Objetivo

Resumen

CAPITULO I: Marco Teórico

1.1. Definición de levas

1.2. Clasificación de levas

1.2.1. Levas de disco

1.2.2. Levas cilíndricas

1.2.3. Levas de traslación

1.2.4. Levas de rodillo

1.2.5. Levas de ranura

1.2.6. Levas de globicas

1.2.7. Levas de tambor

1.3. Características de las levas

1.4. Definición de seguidores

1.5. Clasificación de seguidores

1.6.1. Seguidores planos

1.6.2. Seguidores de rodillos

1.6.3. Seguidores de punto

1.6. Árbol de levas

1.7.1. Descripción del árbol de levas

CAPITULO II: Diseño y Fabricación

2.1 Diseño cinemática de la leva

2.2 Ley fundamental del diseño de levas

2.3 Diagramas estandarizados SVAJ

2.4Software para diseño de levas

CAPITULO III: APLICACIONES INDUSTRIALES

http://es.wikipedia.org/wiki/Leva_(mec%C3%A1nica)#Dise.C3.B1o_cinem.C3.A1tico_de_la_leva

http://es.wikipedia.org/wiki/Leva_(mec%C3%A1nica)#Software_para_dise.C3.B1o_de_levas

http://es.wikipedia.org/wiki/Leva_(mec%C3%A1nica)#Ley_fundamental_del_dise.C3.B1o_de_levas


3.1 APLICACIONES CONVENCIONALES DE LEVAS

3.1.1. Disco de levas3.1.2. La tarea de accionamiento: Disco de levas3.1.3. Otras Aplicaciones Mecánicas Tradicionales

3.2 INNOVACIONES TECNOLÓGICAS DE LEVAS

3.2 1. Aplicaciones De Árbol De Levas De Motor De Combustión

Interna

3.2.1.1. Sistema de distribución

3.2.1.2. Árbol de levas del motor de combustión interna

3.2.2. Aplicaciones en bombas de inyección

3.2.2.1 Sistema de distribución


3.2.3. Generación de presión de las bombas de inyección rotativas

Conclusiones

Bibliografía


INTRODUCCIÓN

El proceso de trabajo de muchas máquinas conduce a la necesidad de tener

entre sus componentes mecanismos en los cuales el movimiento de sus

eslabones finales deba ser ejecutado rigurosamente por una ley dada y

coordinadamente con el movimiento de otros mecanismos. Para cumplir esta

tarea los mecanismos más sencillos, seguros y compactos resultan los de

levas, el cual es el mecanismo que será nuestro objeto de estudio.

El presente informe tiene como finalidad brindar un panorama más

enfocado a las aplicaciones y a las nuevas tendencias de dispositivos de levas

que se encuentran hoy en día en el mercado de maquinaria, automotriz y otros.

Para ello el informe se dividirá en cuatro partes. En la primera se

presentará un marco conceptual del sistema de movimiento de levas con el fin

de conocer la importancia que tienen estos dispositivos dentro de un sistema

de movimiento mecánico. En la segunda parte se presentará una sección

destinada a la fabricación y diseño de las levas, esto es en relación con el

capítulo primero. En la tercera parte se tratarán aspectos convencionales de

levas, así mismo sus innovaciones y tendencias en los sistemas de movimiento

giratorio. Finalmente la cuarta parte se reservara para las conclusiones a las

que se llegó luego de un exhaustivo análisis de la información obtenida.

OBJETIVO

Nuestro objetivo principal radica en brindar al lector un panorama

completo acerca de las levas, sus características, su diseño, fabricación,

además, y centrando más el trabajo hacia, las aplicaciones y las nuevas

tendencias de los dispositivos de levas que se encuentran hoy en día en el

mercado de maquinaria, automotriz y otros.


RESUMEN

Es uno de los mecanismos más antiguos conocidos ya por Heron de Alejandría

(siglo I a.C.) y constituye uno de los dispositivos básicos de la mecánica.

Transforma un movimiento lineal alternativo o giratorio en otro lineal o giratorio,

ambos alternativos.

El movimiento motriz, normalmente giratorio, lo efectúa la leva, que posee un

determinado perfil, y el seguidor, en contacto permanente con ésta, reproduce

linealmente el contorno de la leva.

Aprovechando estas características de las levas se ha estudiado y diseñado,

posteriormente fabricado diversas aplicaciones industriales. Tal estudio y

surgimiento de nuevas aplicaciones de levas no cesa, actualmente se pueden

observar su aplicación en los frenos de levas entre otros con control

automatizado.


CAPITULO I: MARCO TEÓRICO

1.1.Definición de levas

Dispositivo para transformar un tipo de movimiento a otro.

Una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera, metal,

plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De

este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva,

empuje o conecte una pieza conocida como seguidor.

El movimiento de la leva (normalmente rotación) se

transforma en oscilación, traslación o ambas del seguidor.

Aún cuando una leva se puede diseñar para generación de

movimiento, trayectoria o de función, la mayoría de las

aplicaciones utilizan la leva y el seguidor para generación de

función.

1.2. Clasificación de levas

1.2.1. Levas de disco

En este tipo de leva, el perfil está tallado en un disco montado sobre un eje

giratorio (árbol de levas). El pulsador puede ser un vástago que se desplaza

verticalmente en línea recta y que termina en un disco que está en contacto


con la leva. El pulsador suele estar comprimido por un muelle para

mantener el contacto con la leva .

1.2.2. Levas cilíndricas

Se trata de un cilindro que gira alrededor de un eje y

en el que la varilla se apoya en una de las caras no

planas. El punto P se ve así obligado a seguir la

trayectoria condicionado por la distinta longitud de las

generatrices.

1.2.3. Levas de traslación

El contorno o forma de la leva de traslación se determina por el

movimiento especifico del seguidor. Este tipo de leva es la forma

básica, puesto que todas las superficies uniformes o, más

frecuentemente, con inclinaciones variables. La desventaja de estas

levas, es que se obtiene el mismo movimiento en el orden inverso

durante el movimiento de retorno; esto se puede evitar si envolvemos

la cuña alrededor del círculo para formas una leva de disco.

1.2.4. Levas de rodillo

En ésta, la leva roza contra un rodillo, que gira disminuyendo

el rozamiento contra la leva


1.2.5. Levas de ranura

El perfil (o ranura) que define el movimiento está tallado en un

disco giratorio. El pulsador o elemento guiado termina en un

rodillo que se mueve de arriba hacia abajo siguiendo el perfil de

la ranura practicada en el disco. En las figuras se observa que el

movimiento del pulsador se puede modificar con facilidad para

obtener una secuencia deseada cambiando la forma del perfil de la

leva

1.2.6. Levas de glóbicas

Aquellas que, con una forma teórica, giran alrededor de

un eje y sobre cuya superficie se han practicado unas

ranuras que sirven de guías al otro miembro. El contacto

entre la leva y la varilla ( puede asegurarse mediante

cierres de forma o de fuerza.

1.2.7. Levas de tambor

La leva cilíndrica o de tambor en la que el palpador es un

rodillo que se desplaza a lo largo de una ranura

tallada en un cilindro concéntrico con el eje de la leva

cilíndrica.

1.3. Características de las levas

a) Círculo base: Círculo más pequeño tangente a la superficie de la leva.

b) Punto trazador: Centro del seguidor que genera la curva de paso o “pitch

curve”.

c) Punto de paso: Localización del máximo ángulo de presión en la curva.

d) Círculo de paso: tiene un radio desde el centro del eje de la leva al punto

de paso.


e) Círculo primo: Círculo más pequeño desde el centro del eje de la leva

tangente a la curva de paso (trayectoria generada por el punto trazador

relativa a la leva).

f) Ángulo de presión: El ángulo en cualquier punto entre la normal a la

curva de paso y la dirección instantánea del movimiento del seguidor.

Representa la inclinación de la leva.

1.4. Definición de seguidores

Un seguidor de levas, es un rodamiento compacto con alta rigidez que tiene

leva y se congregan los rodillos y la jaula en un anillo exterior espeso.

Un caso a resaltar es que todos los seguidores de levas de JNS tienen una

serie de tipos de acero inoxidable. TIPO:CF, CF..M, CF..V, CF..VM, CF..A,

CF..B, CF..MA, CF..MB, CFH, CFH..M, CFT, CFT..M, CFS.. A, CFS..VA, CFS..

MA, CFS.. VMA

1.5. Clasificación de seguidores

1.5.1. Seguidores planos


1.5.2. Seguidores de rodillos

1.5.3. Seguidores de punto

1.6. Árbol de levas

Recordando que una leva es un elemento mecánico hecho de algún material

que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial, de tal forma que

el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o

conecte una pieza conocida como seguidor.

En consecuencia, un árbol de levas es un mecanismo formado por un

eje en el que se colocan distintas levas, que pueden tener distintas formas y

tamaños y estar orientadas de diferente manera, siendo un programador

mecánico. Los usos de los árboles de levas son muy variados, ya antes

http://es.wikipedia.org/wiki/Leva_(mec%C3%A1nica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Eje

http://es.wikipedia.org/wiki/Material


presentados, aunque su aplicación más desarrollada es la relacionada con los

motores de combustión interna.

Por lo general se fabrican siempre mediante un proceso de forja, y luego

suelen someterse a acabados superficiales como cementados, para endurecer

la superficie del árbol, pero no su núcleo.

1.7.1. Descripción del árbol de levas:

Consiste en una barra cilíndrica que recorre la longitud del flanco de los

cilindros con una serie de levas sobresaliendo de él, una por cada válvula de

motor. Las levas fuerzan a las válvulas a abrirse por una presión ejercida por la

leva mientras el árbol rota. Este giro es producido porque el árbol de levas está

conectado con el cigüeñal, que es el eje motriz que sale del motor. La conexión

entre cigüeñal y árbol de levas se puede realizar directamente mediante un

mecanismo de engranajes o indirectamente mediante una correa o cadena,

conocida como correa de distribución.

Vista frontal de un árbol de levas.

CAPITULO II: DISEÑO Y FABRICACIÓN

2.1 Diseño cinemática de la leva

La leva y el seguidor realizan un movimiento cíclico (360 grados). Durante

un ciclo de movimiento el seguidor se encuentra en una de tres fases:

Subida (Rise). Durante esta fase el seguidor asciende.

Reposo (Dwell). Durante esta fase el seguidor se mantiene a una misma

altura.

http://es.wikipedia.org/wiki/Leva_(mec%C3%A1nica)#Dise.C3.B1o_cinem.C3.A1tico_de_la_leva

http://es.wikipedia.org/wiki/Correa_de_distribuci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Engranaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Cig%C3%BCe%C3%B1al

http://es.wikipedia.org/wiki/Forja

http://es.wikipedia.org/wiki/Motores_de_combusti%C3%B3n_interna

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Nockenwelle_2005.jpg


Regreso (Return). Durante esta fase el seguidor desciende a su posición

inicial.

Dependiendo del comportamiento que se le quiera dar al movimiento del

seguidor dentro de estas fases (duración, velocidad, aceleración), es la

forma en la que se construirá la leva. y proporcionar un movimiento lineal.

2.2 Ley fundamental del diseño de levas

Las ecuaciones que definen el contorno de la leva y por lo tanto el

movimiento del seguidor deben cumplir los siguientes requisitos, lo que es

llamado la ley fundamental del diseño de levas:

La ecuación de posición del seguidor debe ser continua durante todo

el ciclo.

La primera y segunda derivadas de la ecuación de posición

(velocidad y aceleración) deben ser continuas.

La tercera derivada de la ecuación (sobreaceleración o jerk) no

necesariamente debe ser continua, pero sus discontinuidades deben

ser finitas.

Las condiciones anteriores deben cumplirse para evitar choques o

agitaciones innecesarias del seguidor y la leva, lo cual sería perjudicial para

la estructura y el sistema en general.

2.3 Diagrama de desplazamiento

La representación matemática de la función que relaciona el desplazamiento

del seguidor con la posición angular de la leva, se denomina diagrama cine

mático, y la función recibe el nombre de función de desplazamiento. Por otra

parte, el desplazamiento del seguidor, como se comentó con anterioridad,

puede ser tanto lineal como angular.

Durante un ciclo completo de la leva se distinguen cuatro diferentes fases:

http://es.wikipedia.org/wiki/Leva_(mec%C3%A1nica)#Ley_fundamental_del_dise.C3.B1o_de_levas

http://es.wikipedia.org/wiki/Aceleraci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad


Accionamiento: El desplazamiento del seguidor varía desde cero a un valor

máximo.

Reposo: Periodo en el que es mantenido el máximo desplazamiento.

Retorno: El desplazamiento del seguidor disminuye del máximo valor

alcanzado durante el accionamiento (y mantenido en reposo) a cero.

Reposo: Es un segundo reposo en el que el valor del desplazamiento se

mantiene nulo

Expresándolo de forma matemática:

Pueden darse casos, como el mostrado en la figura, en los que el reposo es

nulo, haciendo coincidir los puntos A1 y A2.


Tanto la función de accionamiento, como la de retorno, representan el

movimiento físico del seguidor, por lo tanto deben ser continuas y derivables;

además para lograr una transición continua a los reposos adyacentes sus

derivadas deben ser cero al final de sus respectivos intervalos.

Si denotamos por H(A) la posición del seguidor:

La velocidad del seguidor se obtendrá derivando respecto al tiempo:

Derivando de nuevo se obtendrá la aceleración:

Diagrama de desplazamiento

Como puede apreciarse del estudio de la ecuación (3), valores grandes de f ′′

(A) supondrán grandes valores de la aceleración del seguidor. Por otra parte, si

la función f′′(A) es discontinua, también lo será , lo que supondrá que la

fuerza de contacto entre la leva y el seguidor será discontinua, ocasionándose

una situación de impacto (lo que puede provocar daño en las superficies de la

leva y el seguidor así como vibraciones que excitan al sistema mecánico). Por


lo tanto para la elección de la función de desplazamiento es necesario tener en

cuenta tanto la función en sí como sus derivadas primera y segunda.

Construcción de una función de accionamiento.

En resumen, se puede decir que la función desplazamiento especifica por

completo el movimiento requerido para el seguidor y proporciona toda la

información cinemática requerida para diseñar una leva; además, como se verá

a continuación, se utiliza directamente en técnicas del diseño gráfico de levas.

Diseño de Levas

Sólo se hará una breve introducción al diseño gráfico de levas, pues es un

método que está quedando en desuso pero, por otra parte, es muy intuitivo y

sirve para ver de forma clara la relación existente entre la función de

desplazamiento y el perfil de leva.

Antes de acometer el diseño de levas utilizando técnicas gráficas se definirán

una serie de conceptos que serán de uso común en el mismo


Perfil de leva: Es la parte de la superficie de la leva que hace contacto con el

seguidor

Círculo base: Es el círculo más pequeño que, estando centrado en el eje de

rotación de la leva, es tangente al perfil de la misma.

Curva primitiva: Es la curva cerrada descrita por el punto de trazo. Dicho

punto se considerará el eje de rotación del rodillo si el seguidor es de rodillo.

Círculo primitivo: Es el círculo más pequeño que estando centrado en el eje

de rotación de la leva es tangente a la curva primitiva.

Leva con seguidor de traslación de cara plana.

Como se comentó anteriormente el diagrama de desplazamiento, y su

representación gráfica, es la base para el diseño de levas con métodos

gráficos.


Para acometer el diseño de la leva se divide, en el diagrama de

desplazamiento, el ciclo de la leva en tantos intervalos como sea posible

(cuantos más intervalos, más precisión se logrará al generar el perfil de la

leva). A continuación, con centro en el eje de rotación de la leva, se dibujan

radios con el mismo incremento angular que el utilizado en la división del ciclo

de la leva.

Se supondrá a priori conocido el radio del círculo base, por tanto la mínima

distancia desde la cara del seguidor al perfil de la leva será dicho radio, que se

corresponderá con el reposo en el punto muerto inferior. Para las demás

posiciones, el seguidor se habrá desplazado una longitud adicional que puede

ser extraída del diagrama cinemático y llevada a cada uno de los radios

correspondientes trazados por el centro de giro de la leva. Si se supone que la

leva no gira, pero si lo hace el seguidor alrededor de la misma, el movimiento

relativo entre la leva y el seguidor no habrá variado (método de inversión

cinemática), por lo tanto si por el extremo de las distancias marcadas sobre los

radios se trazan perpendiculares a los mismos, estos representarán las

diferentes posiciones de la cara del seguidor en su rotación alrededor de la leva

y por este motivo la curva tangente a las diferentes posiciones de la cara del

seguidor será el perfil de leva buscado.

2.4. DISEÑO ANALITICO DE LEVAS:

Cuando se habla de diseño analítico de levas, se hace referencia a un proceso

analítico por medio del cual se determinará el perfil de una leva suponiendo

conocida su función de desplazamiento. Este apartado tratará el diseño de

levas con varios tipos de seguidores utilizando métodos analíticos.

Diseño de levas con seguidor de traslación de cara plana.

Se supondrá una leva como la mostrada en la siguiente figura; el eje de

rotación de la misma es el punto O, y el ángulo de rotación de la leva A medido

desde una línea que permanece estacionaria (y paralela a la dirección de


traslación del seguidor) a la línea OM. La línea OM se denomina línea de

referencia del cuerpo (la leva en el presente caso) y se mueve con la leva.

El desplazamiento del seguidor vendrá dado por la expresión

f(A): es la función de desplazamiento elegida.

Ro: es el radio del círculo base.

Teniendo en cuenta que C y A difieren en una constante (dC/dA=1 ):

Sustituyendo en la segunda ecuación planteada de posición:

La ecuación anterior proporciona una expresión para evaluar el radio de

curvatura en cualquier punto del perfil, una vez conocido el radio base.


Podemos seguir relacionando en forma análoga las ecuaciones con los cuales

obtenemos:

Radio de curvatura.

La ecuación (10) proporciona una expresión para evaluar el radio de curvatura

en cualquier

punto del perfil, una vez conocido el radio base

Radio del círculo base

La ecuación (10) puede ser utilizada para calcular el radio base Ro una vez

determinado el radio de curvatura, para ello se utilizará la ecuación de las

tensiones de contacto. Una vez determinado ρ, se calculará el radio base

mínimo mediante

Diseño de levas con seguidor de traslación de rodillo

Para mantener la respuesta del seguidor del apartado anterior, pero reducir el

rozamiento y el desgaste, pueden utilizarse levas con seguidor de rodillo en vez

de seguidor de cara plana.


Angulo de presión

el valor del ángulo de presión en función del ángulo girado por la leva es

El ángulo de presión es una medida de la componente lateral de la fuerza que

ejerce la leva sobre el seguidor, dicha fuerza tenderá a acuñar y flexionar al

seguidor haciendo que aumente el rozamiento y el desgaste. La práctica indica

que, para un rendimiento satisfactorio, el ángulo de presión no debe exceder

los π/6 radianes. Atendiendo a la ecuación (13) es evidente que un aumento

del radio de la circunferencia primitiva se traduce en una disminución del

ángulo de presión.

Perfil de leva


A medida que el ángulo A varía de 0 a 2π, por medio de las expresiones (15) y (16) se

van calculando los puntos del perfil de la leva.

Radio de curvatura

El valor del radio de curvatura de la curva primitiva se calculará por medio de la

expresión (18), mientras que para calcular el radio de curvatura del perfil de la

leva se utilizará (19).

Radio del círculo primitivo


Una de las decisiones iniciales de diseño es la elección del radio del círculo

primitivo. Este valor controla el tamaño de la leva, y por lo tanto, es razonable

elegirlo pequeño para ahorrar material y reducir el espacio requerido por la

leva. Pero, por otra parte, un valor demasiado pequeño de Rpo puede tener

dos efectos negativos:

1.- El ángulo de presión puede ser muy grande.

2.- Las tensiones de contacto pueden alcanzar valores inadmisibles, ya que el

estado de tensiones depende del radio del rodillo del seguidor y del radio de

curvatura del perfil de la leva, y este último depende del radio de curvatura de

la curva primitiva y del rodillo.

Radio del rodillo del seguidor

Hay dos consideraciones que restringen el radio del rodillo.

1.- Su efecto sobre las tensiones de contacto.

2.- La respuesta cinemática en el punto del perfil de la leva de mínimo radio de

curvatura.

La primera consideración hace deseable incrementar el radio para así disminuir

los valores de las tensiones de Hertz. La segunda consideración limita el valor

máximo en relación al mínimo radio de curvatura del perfil de la leva.

Una vez elegido un valor para el radio del círculo primitivo y conocida la función

de desplazamiento, la curva primitiva está completamente definida (se deja su

demostración como ejercicio para el alumno). El perfil de leva puede definirse

entonces como la curva interna a la curva primitiva sobre la que desliza el

rodillo con su centro (el punto de trazo) moviéndose a lo largo de la curva

primitiva, tal y como se muestra en la figura siguiente en la que se han

representado tres diferentes valores para el radio del rodillo del seguidor.


El menor valor de Rs (Rs<ρpmín.) es aceptable ya que el perfil obtenido es

suave y, aparentemente, cinemáticamente aceptable. Considerando ahora el

mayor radio, para soportar el rodillo del seguidor a medida que el punto de

trazo se aproxima al punto D (centro de curvatura del mínimo radio de

curvatura) es necesaria la superficie AB. Una vez que este punto ha sido

pasado, el rodillo debe apoyarse en la superficie CA. Esto supone una

contradicción, ya que físicamente no puede obtenerse una leva con este tipo de

perfil. El valor límite del radio del rodillo del seguidor está representado también

en la figura17, en la que se ve que existe un valor de este radio (Rs = ρpmín.)

para el cual es posible construir el perfil de leva pero obteniendo un punto

anguloso.

De la discusión anterior se deduce que para que el perfil de leva sea continuo y

derivable (continuidad en la tangente) el radio del rodillo del seguidor debe ser

siempre menor que el radio de curvatura mínimo de la curva primitiva:


CAPITULO III: APLICACIONES INDUSTRIALES

3.1 Aplicaciones convencionales de levas

3.1.1 Disco de levas

La tarea de accionamiento: Disco de levas

Hasta ahora, cuando era preciso coordinar los distintos procesos dinámicos

complejos que tienen lugar en las máquinas de funcionamiento cíclico se

utilizaban los discos de levas mecánicos.

El funcionamiento sincronizado de todos los discos de levas se garantizaba

mediante un eje accionado de forma centralizada denominado eje principal.

Mediante la velocidad de este eje principal es posible ajustar la velocidad de

producción de la máquina. No obstante, esta solución mecánica ofrece pocos

grados de libertad y no satisface los requerimientos de las modernas

instalaciones de producción y transformación.

Ésta es la razón por la que en la construcción de instalaciones máquinas, los

discos de levas mecánicos se sustituyen cada vez más a menudo por

accionamientos con regulación electrónica denominados discos de levas

electrónicos. Pueden encontrarse aplicaciones para el disco de levas en los

siguientes sectores:

Industria del embalaje

Industria maderera

Técnica de transporte

Tecnología de manipulación

Tecnología de máquinas impresoras

La figura muestra un ejemplo típico de aplicación para el disco de levas

electrónico. En ésta se muestra la transferencia de tarros de yogur recién

rellenados desde el final de una cinta transportadora hasta la cinta


transportadora situada al lado para su procesamiento posterior. Durante este

proceso, un elemento captador se introduce entre los tarros de yogur, los

levanta y los transporta. El disco de levas electrónico permite realizar una

secuencia de movimiento que garantice una elevación de los tarros sin

sacudidas.

En la industria existen numerosas aplicaciones que requieren vincular dos ejes

en Movimiento en forma rígida.

A una posición angular de un eje principal (master) corresponde una posición

mecánica definida de un segundo elemento (slave).

Otras Aplicaciones Mecánicas Tradicionales

-Cardanes,-cardanes y reductor,-ejes vinculados por poleas-correas

-Ejes vinculados por cadenas/piñones

-Levas mecánicas


Imposibilidad de modificar rápidamente los perfiles de movimiento master

slave, que en muchos casos solo puede realizarse mediante

Cambio de piezas mecánicas con altos tiempos de detención de procesos

Limitaciones para su utilización:

-Espacios físicos necesarios para implementar la solución

-Integración a redes electrónicas de control o al resto de maquinas

-Desgaste

Las aplicaciones de las levas en la industria son muy variadas, desde las

cerraduras de levas hasta máquinas más complejas como lo son los motores

de combustión en cuyo accionamiento intervienen los árboles de levas. Así

mismo, tiene gran aplicación en el diseño de máquinas herramienta como

tornos, prensas, entre otras. A continuación se detallan algunas de las

principales aplicaciones de las levas:


3.2 Innovaciones tecnológicas de levas

3.2.1. Aplicaciones De Árbol De Levas De Motor De Combustión Interna

En un motor de explosión o motor de combustión interna, la energía se obtiene

por la expansión de una mezcla de aire y gasolina debido a una explosión. Tras

ser introducida la mezcla en el cilindro, la combustión es prácticamente

instantánea (comenzando por una chispa de alta tensión que provoca el

sistema de encendido). A continuación presentamos la imagen de un árbol de

levas de este tipo:

Árbol de levas de motor de combustión interna

Un motor de explosión desarrolla un ciclo de cuatro tiempos, estos son:

- Primer tiempo: Admisión. Donde el pistón baja, la válvula de admisión se

abre cuando el pistón se encuentra en el Punto muerto superior (PMS) y

se cierra cuando llega al Punto muerto inferior (PMI). El cilindro se llena

de carga a través de la válvula de admisión.

- Segundo tiempo: Compresión. El pistón sube, las válvulas de admisión y

escape están cerradas y la mezcla es comprimida en la cámara de

compresión. En motores de gasolina la relación de compresión es,

aproximadamente, de 10 y en los motores diesel es aproximadamente

de 25.


- Tercer tiempo: Explosivo y Expansión. El pistón baja debido a la fuerza

expansiva producida por la combustión de la mezcla. La onda de

expansión empuja al pistón y éste mueve el cigüeñal. Ambas válvulas se

encuentran cerradas. LA fuerza de un motor se obtiene en la carrera de

expansión.

- Cuarto tiempo. Escape. El pistón sube y la válvula de escape se abre

cuando el pistón está en el PMI y se cierra al alcanzar el PMS. A través

de la válvula de escape se eliminan los gases quemados empujados por

el pistón.

Fases del ciclo de cuatro tiempos

Sin embargo, las válvulas de admisión y escape no se abren y cierran justo

en el PMI y PMS. Existen avances (adelanto) y retraso en sus acciones. La

notación más empleada para ello es:

- A.A.A.: Avance a la apertura de la admisión (la válvula de admisión

se abre antes de que el pistón haya llegado al PMI)

- R.C.A.: Retraso al cierre de la admisión (la válvula de admisión se

cierra un poco después de que el pistón haya llegado al PMI)

- A.A.E.: Avance a la apertura del escape (la válvula de escape se

abre antes de que el pistón haya llegado al PMI)

- R.C.E.: Retraso al cierre del escape (la válvula de escape se cierra

un poco después de que el pistón pase al PMS en el cuarto tiempo)

Por lo tanto, la válvula de admisión se abre antes y la de escape se cierra

después del PMS, por lo que, ambas válvulas se encuentran abiertas a la vez


durante un cierto tiempo. El período en el que las válvulas de admisión y

escape están simultáneamente abiertas se denomina solape o cruce de

válvulas. El adelanto y retraso depende del motor y, en algunos motores, es

variable con el régimen de giro.

El cruce de las válvulas beneficia notablemente el rendimiento del motor, ya

que se eliminan mejor los residuos de gases quemados y hace que la mezcla

contenida en el cilindro para realizar el nuevo ciclo sea lo más pura posible, con

lo cual el aprovechamiento de la cilindrada y energía del combustible es mayor.

Durante el solape, debido a la velocidad de los gases de escape, se crea una

succión que facilita la entrada de la nueva mezcla y el vaciado de los gases

residuales quemados. Cuando los gases frescos llegan a la válvula de escape

ésta ya está cerrada sin que se pierdan en la atmósfera.

2.3.1.1 Sistema de distribución

Es el encargado de regular la entrada y salida de gases en el cilindro. Para ello,

actúa abriendo y cerrando las válvulas de entrada (válvulas de admisión) y de

salida de gases (válvulas de escape) en los tiempos de admisión y escape de

forma sincronizada con el giro del cigüeñal.

Esquema básico de la distribución

El desplazamiento que realizan las válvulas desde su posición de cierre hasta

la de máxima apertura se denomina alzada, la cual se logra gracias a la leva

que es accionada por su árbol, el cual recibe el movimiento desde el cigüeñal.


Finalmente, la leva transmite el movimiento alterno a la válvula casi siempre

por medio un empujador.


Es el encargado de producir la apertura y cierre de las válvulas de admisión y

escape. Dicho árbol recibe el giro del cigüeñal y lo transmite (por medio del

perfil de sus levas) a las válvulas. En los motores de cuatro tiempos el árbol de

levas da una vuelta completa por cada dos del cigüeñal.

Fig. Esquema de un árbol de levas con algunas partes que puede presentar.

Un árbol de levas está constituido por:

- Piñón de mando del árbol de levas. Recibe el movimiento del

cigüeñal.

- Por cada cilindro, tantas levas como válvulas de admisión y de

escape haya.

- Leva excéntrica, que da movimiento a la bomba de alimentación de

combustible.

- Un piñón que da movimiento a la bomba de aceite y el distribuidor de

encendido.

- Diversos apoyos para evitar la flexión y vibración de árbol.


La apertura de las válvulas puede hacerse por un solo árbol de levas, o por

dos, uno para válvulas de admisión y otro para las de escape, situados uno a

cada lado de la cámara de combustión.

A partir de un árbol de levas, se podrá conocer cuál es la válvula de admisión y

de escape de las dos que tiene cada cilindro. Para ello, giramos el árbol

comenzando en una posición en la que las dos válvulas estarían cerradas

(según el perfil de las levas), y la leva en la que en primer lugar aparezca el

perfil que abriría una válvula será la de escape. Si seguimos girando el árbol, a

medida que la leva de escape produce el cierre de la válvula de escape,

comenzará a abrirse la de admisión (debido al perfil de la leva de admisión).

La válvula comienza a abrirse en el punto de tangencia entre círculo base y

flanco, se va abriendo a lo largo de todo el flanco y permanece abierta durante

toda la cresta. Empieza a cerrarse durante el segundo flanco y se cierra en el

punto de tangencia de éste con el círculo base.

Fig. Detalle del perfil de una leva de admisión o escape.

3.2.2. Aplicación de árbol de levas en bombas de inyección

En un motor Diesel, la energía se obtiene por la combustión de un combustible

(gasóleo) en el aire comprimido y calentado en el interior del cilindro. Por lo

tanto, la combustión ocurre debido a la fuerte compresión del aire, lo que eleva

enormemente su temperatura y provoca la inflamación del combustible

espontáneamente, según va penetrando en el cilindro.


Fig. Árbol de levas de bomba de inyección.

3.2.2.1. Sistema de distribución

El árbol de levas de la bomba de inyección (que se encuentra en la zona

inferior de la carcasa de la bomba) presenta tantas levas como cilindros el

motor. Se produce una inyección de combustible en cada cilindro por cada dos

vueltas del cigueñal.

El árbol de levas de la bomba de inyección presenta:

- Tantas levas iguales como cilindros.

- Una leva de perfil distinto a las anteriores, cuya funcion es dar

movimiento a la bomba de alimentación.

3.2.2.2. Descripción de las Bombas de Inyección

Este tipo de bombas se viene usando desde hace bastante tiempo en los

motores diesel, su constitución básica no ha cambiado, las únicas variaciones

han venido dadas por la aplicación de la gestión electrónica en los motores

diesel. En la figura siguiente se pueden ver las "partes comunes" de una

bomba de inyección:


Donde se tiene:

1- Válvula reductora de presión2- Bomba de alimentación3- Plato porta-rodillos4- Plato de levas5- Muelle de retroceso6- Pistón distribuidor7- Corredera de regulación8- Cabeza hidráulica9- Rodillo10- Eje de arrastre de la bomba11- Variador de avance de inyección12- Válvula de respiración13- Cámara de combustible a presión14- Electroválvula de STOP

El pistón distribuidor es solidario a un plato de levas que dispone de tantas

levas como cilindros alimentar tiene el motor. El plato de levas es movido en

rotación por el eje de arrastre y se mantiene en apoyo sobre el plato porta-

rodillos mediante unos muelles de retroceso. La mayor o menor presión de

inyección viene determinada por la forma de la leva del disco de levas. Además

de influir sobre la presión de inyección también lo hace sobre la duración de la

misma.

Las bombas de inyección rotativas aparte de inyectar combustible en los

cilindros también tienen la función de aspirar gas-oil del depósito de

combustible. Para ello disponen en su interior, una bomba de alimentación que

aspira combustible del depósito a través de un filtro. Cuando el régimen del

motor (RPM) aumenta: la presión en el interior de la bomba asciende hasta un


punto en el que actúa la válvula reductora de presión, que abre y conduce una

parte del combustible a la entrada de la bomba de alimentación. Con ello se

consigue mantener una presión constante en el interior de la bomba.

En la figura inferior se ve el circuito de combustible exterior a la bomba de

inyección así como el circuito interno de alimentación de la bomba.

1- Inyecto2- Filtro de combustible3- Deposito de combustible4- Válvula reductora de presión5- Conexión de retorno6- Bomba de alimentación

En la parte más alta de la bomba de inyección hay una conexión de retorno con

una estrangulación acoplada al conducto de retorno para combustible. Su

función es la de, en caso necesario, evacuar el aire del combustible y mandarlo

de regreso al depósito.

3.2.3. Generación de presión de las bombas de inyección rotativas:

La alta presión se genera por medio de un dispositivo de bombeo que además

1- Cilindro

2- Pistón

3- Cámara de expulsión

4- Entrada de combustible

5- Salida de gas-oil a alta presión

hacia el inyector.

6- Corredera de regulación


dosifica y distribuye el combustible a los cilindros.

Funcionamiento del dispositivo: Cuando el pistón se desplaza hacia el PMI, se llena

la cámara de expulsión de gas-oíl, procedente del interior de la bomba de inyección.

Cuando el pistón inicia el movimiento axial hacia el PMS, lo primero que hace es cerrar

la lumbrera de alimentación, y empieza a comprimir el combustible que esta en la

cámara de expulsión, aumentando la presión hasta que el pistón en su movimiento

rotativo encuentre una lumbrera de salida. Dirigiendo el combustible a alta presión

hacia uno de los inyectores, antes tendrá que haber vencido la fuerza del muelle que

empuja la válvula de reaspiración. El pistón sigue mandando combustible al inyector,

por lo que aumenta notablemente la presión en el inyector, hasta que esta presión sea tan

fuerte que venza la resistencia del muelle del inyector. Se produce la inyección en el

cilindro y esta durara hasta que el pistón en su carrera hacia el PMS no vea liberado el

orificio de fin de inyección por parte de la corredera de regulación.

Cuando llega el fin de inyección hay una caída brusca de presión en la cámara de

expulsión, lo que provoca el cierre de la válvula de reaspiración empujada por un

muelle. El cierre de esta válvula realiza una reaspiración de un determinado volumen

dentro de la canalización que alimenta al inyector, lo que da lugar a una expansión

rápida del combustible provocando en consecuencia el cierre brusco del inyector para

que no gotee.

El pistón se desplaza hacia el PMS comprimiendo el gas-oil de la cámara de expulsión y lo distribuye a uno de los inyectores.


En la figura se produce el final de la inyección, debido a que la corredera de regulación libera la canalización interna del pistón a través de la lumbrera de fin de inyección.

La corredera de regulación cuanto mas a la derecha este posicionada, mayor

será el caudal de inyección.

Importante: Es importante resaltar que la relación entre la rotación del árbol de

levas y la rotación del cigüeñal es de crítica importancia. Al ser las válvulas las

que controlan el flujo de admisión de combustible y de gases que se expulsan

en el motor, deben abrirse y cerrarse en el momento oportuno durante recorrido

del pistón. En algunos casos el árbol de levas también controla la distribución

de aceite y la bomba del combustible.

En los motores de dos tiempos que usan árbol de levas, cada válvula es abierta

una vez por cada giro del cigüeñal; en este tipo de motores, el árbol de levas

gira el mismo número de veces que el cigüeñal, es decir, la proporción de giro

entre el árbol de levas y el cigüeñal es 1. En los motores de cuatro tiempos, las

válvulas se abren una vez por cada dos giros del cigüeñal, la proporción de giro

entre el árbol de levas y el cigüeñal es 1/2.

Dependiendo de la colocación del árbol de levas y la distribución de estas,

accionarán directamente las válvulas o lo harán mediante un sistema de taqués

y balancines. La primera forma requiere un simple mecanismo que suele tener

menos fallos que el segundo sistema, pero requiere que el árbol de levas este

colocado encima de los cilindros. En el pasado, cuando los motores no eran tan

http://es.wikipedia.org/wiki/Balanc%C3%ADn

http://es.wikipedia.org/wiki/Taqu%C3%A9

http://es.wikipedia.org/wiki/Distribuci%C3%B3n_de_v%C3%A1lvulas

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_cuatro_tiempos

http://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n


fiables como hoy, esto resultaba problemático, pero en los modernos motores

de gasolina el sistema de levas "elevado", donde el árbol de levas está encima

de los cilindros, es lo común. Algunos motores usan un árbol de levas por cada

válvula de entrada-salida; esto es conocido como double o dual overhead

camshaft (DOHC). Así, los motores en V pueden tener 4 árboles de levas.

3.3. Aplicaciones en Cerraduras de Levas fundida a Presión:

Figura. Cerradura de levas fundida a presión

Esta cerradura ofrece 5.000 combinaciones de llave para brindar una seguridad

superior a la normal para taquillas, buzones de correos, armarios para

medicamentos, cajas de seguridad para documentos, armarios para el

almacenaje de químicos, cajas de herramientas y numerosas otras

aplicaciones. Las resistentes llaves han sido diseñadas para aguantar en

condiciones de uso intenso y son fáciles de insertar debido a su diseño de

doble lateral reversible, el uso de pestillos de latón y modernas técnicas de

acuñado de llaves. Se ofrece una selección de dos movimientos de llave: 1)

giro a 90° con la llave libre en la posición bloqueada solamente, ó 2) giro a 180°

con la llave libre en la posición bloqueada y desbloqueada.

La cerradura incorpora un movimiento de bloqueo / desbloqueo indexado con

clic positivo que impide que la leva de cierre retroceda bajo su propio peso si

las llaves se dejan en la cerradura.

La cerradura de la Serie 31 tiene 20mm de longitud y se ofrece en una

selección de métodos de fijación — una tuerca de cuerpo de latón o un clip en

forma de herradura, y encaja en un agujero perforado estándar doble ‘D’ de

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_gasolina

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_gasolina


19mm x 16mm.

Estas cerraduras se pueden ofrecer a un precio sumamente competitivo porque

se fabrican con aleación fundida a presión, lo cual hace que sean un producto

muy atractivo para los fabricantes de equipos originales y los usuarios finales

de grandes volúmenes. El reluciente acabado al cromo aporta un atractivo y

duradero aspecto. Existe una amplia gama de levas de acero chapado al cinc

estándar.

Figura. Esquema de la cerradura de levas.

3.3.1. Tipos de levas empleadas:

La leva es la placa de metal, a veces llamada trinquete, acoplada a la “cola” de una cerradura de levas la cual constituye la pieza que efectivamente realiza el bloqueo. Hay muchos tipos de leva disponibles, ya sea los de serie para uso general o bien los diseñados especialmente para aplicaciones determinadas. En su forma más sencilla, con la cerradura instalada en una puerta, las levas giran detrás de la jamba o marco de la puerta y se bloquean en su sitio al retirar la llave para mantener cerrada la puerta.

a. Levas planas

Las levas planas son las más comúnmente utilizadas y son instaladas cuando la longitud del cuerpo de la cerradura, según es enviada, resulta ideal para la aplicación intencionada. La única decisión que debe tomarse es calcular la longitud óptima de la leva requerida para sujetar


el armario, la cual se mide desde el centro del agujero de sujeción hasta la punta de la leva.

b. Levas acodadas

Las levas acodadas en general tienen una forma de “cuello de cisne”. Estas levas se usan para incrementar o disminuir la longitud “efectiva” de la cerradura, donde no es posible efectuar un bloqueo seguro mediante el uso de una leva plana. Las levas acodadas pueden ofrecer numerosas permutaciones de longitud efectiva de bloqueo de 0 a más de 50mm, dependiendo del tipo de cerradura.

La ilustración siguiente muestra la gama de levas estándar:

c. Levas doblemente perforadas / perforadas en cruz

Estas levas pueden ser instaladas en posiciones que no sean las 12 del reloj / 6 del reloj determinadas por la forma de agujero “vertical” estándar usadas para las cerraduras tipo pestillo de pasadores cilíndricos. Una leva perforada en cruz tiene un agujero de fijación “horizontal” único y puede ser instalada en las posiciones de las 3 ó 9 del reloj. Las levas doblemente perforadas se suministran con perforado tanto estándar como en cruz, para que puedan ser instaladas en las cuatro posiciones de “cuartos de hora”. En términos generales, las levas doblemente perforadas solamente se suministran en forma plana, mientras que las versiones perforadas en cruz pueden ser acodadas o planas.


d. Levas con ganchos / dientes

Las levas con ganchos o dientes incorporados se usan para cierres tales como tapas, donde el gancho engrana en una chaveta o varilla, para prevenir que la tapa pueda ser alzada. Estas levas pueden ser planas o acodadas y, en el caso de cerraduras de pestillo de pasadores cilíndricos, estándar o perforadas en cruz. Las dimensiones críticas son aquellas medidas desde el centro del agujero de montaje hasta el gancho y también hasta la punta de la leva, para asegurar que el gancho ofrezca la resistencia suficiente pero que su posición no impida la rotación.

3.4. Aplicación en el Pedal del Bombo:

El funcionamiento consiste en que al dejar caer el pie en peso muerto sobre la

plancha del pedal, se produce el movimiento que origina el golpe en el bombo.

La plancha entonces gira con respecto a ese eje tirando de una cadena. Esa

cadena abraza una leva. Se considera solamente que el primer punto de

contacto de la cadena con la leva es la que aplica la fuerza y no toda la

cadena. Este primer punto de contacto se da entre el primer eslabón de la

cadena que se encuentra en contacto con la leva. En la siguiente imagen se

aprecia el punto de contacto en la posición inicial de equilibrio.


Figura. Punto de contacto en la posición de equilibrio.

Figura. Punto de contacto en la posición final.

Así mismo, el primer ángulo (ángulo 0) de la leva es el que se produce en la

posición inicial cuando el pedal esta en reposo, mientras que el segundo

ángulo queda limitado por la maza cuando esta alcanza el bombo (la maza está

a 90 grados). La diferencia entre un ángulo y otro es 63 grados. En este caso

se trata de una leva concéntrica con un arco de 63 grados.

Entonces cuando la cadena tira de la leva circular y la hace girar, siempre lo

hace en un radio fijo y con una fuerza fija, lo que implica que la leva gira por

acción de un momento constante.

En el siguiente diagrama se observa la gráfica que define la variación de la

resistencia con respecto al recorrido del pedal:


Esta gráfica nos indicaría que la camara redonda negra tiene un "feel" lineal

constante. Esto quiere decir que en todo el recorrido de la maza el pie siente la

misma resistencia. (el momento que aplica el resorte no es constante, el

momento generado por la fuerza del resorte aumenta en cada momento.)

Finalmente, al soltar el pedal, el resorte hace que el eje del pedal gire hacia

atrás, debido a la aplicación de un momento contrario al que se le aplicó al eje

para que gire hacia el bombo.

3.5. Aplicación en los Frenos de Leva en S:


Figura. Los dispositivos de freno

Se usan dispositivos de freno en cada rueda. El tipo más común es el freno de

tambor con leva en S. Las distintas partes del freno se tratan a continuación:

Los tambores, las zapatas, y revestimiento de las zapatas de frenos. Los

tambores de freno se localizan en cada extremo de los ejes del vehículo. Las

ruedas están aseguradas a los tambores. El mecanismo de freno está dentro

del tambor. Al frenar, las zapatas y el revestimiento de las zapatas son

empujados contra la parte interior del tambor. Esto causa la fricción que frena

al vehículo (y produce calor). El calor que un tambor puede tolerar sin sufrir

daños depende de cuánta fuerza y cuánto tiempo se usan los frenos. El calor

excesivo puede hacer que los frenos dejen de funcionar.

Los frenos de leva en S. Cuando se pisa el pedal del freno, el aire comprimido

penetra en cada cámara de freno. La presión de aire empuja la varilla hacia

fuera, moviendo así el ajustador de tensión, haciendo girar el árbol de leva del

freno. Esto hace girar la leva en S (así llamada porque su forma es como la de

la letra "S"). La leva en S fuerza las zapatas hacia fuera y las aprieta contra el

interior del tambor del freno. Cuando usted suelta el pedal del freno, la leva en

S gira hacia atrás y un resorte aleja las zapatas del tambor, permitiendo a las

ruedas rodar libremente de nuevo.

3.6. Aplicación en Prensas:


La prensa es una máquina herramienta que tiene como finalidad lograr la

deformación permanente o incluso cortar un determinado material, mediante la

aplicación de una carga.

las prensas de acuerdo al mecanismo de conducción, se pueden clasificar en

mecánicas o hidráulicas, pudiendo ser las primeras operadas manualmente, en

el caso más elemental, y con motor en la mayoría de los casos. El

funcionamiento de las prensas operadas con motor está basado en el siguiente

principio:

El motor hace girar un volante de la prensa que está unido al cigüeñal de

la misma directamente o por medio de engranes o bandas, operándose con

auxilio de un embrague de fricción; Este embrague es accionado por medio de

un pedal o una estación de botones. El embrague se desconecta

automáticamente después de cada revolución, a no ser que el operador

mantenga oprimido el pedal, en cuyo caso la prensa repite el trabajo. Después

de que el embrague desconecta al volante, un freno detiene el movimiento del

propio cigüeñal. Una biela transmite el movimiento del cigüeñal a una parte

móvil de la prensa o ariete, deslizándose éste en unas guías.


Dentro de esta clasificación se aprecian:

Las prensas manejadas con el pie generalmente son llamadas prensas de

pedal, son usadas solo para trabajos livianos.

Las prensas de manivela, son el tipo más común por su simplicidad. Son

usadas para la mayoría las operaciones de perforado, recorte y de estirado

simple. Las prensas de doble manivela están provistas de un método para

mover los soportes de discos o las matrices de acción múltiple.

Las prensas de conducción excéntrica se usan sólo donde se necesita un solo

martinete de golpe corto.

Las prensas de acción de leva están provistas de un reposo, en la parte

inferior del golpe, por esta razón a veces se usan para accionar los anillos de

sostén del disco en las prensas de estampado.

Las prensas de conducción por charnela son usadas donde se requieren

grandes adelantos mecánicos junto a una acción rápida, como puede ser en el

acuñado, cortado o en el modelado Guerin.

Las prensas de mecanismo de palanca acodillada son usados principalmente

en las prensas de estirado para accionar el soporte de discos.


CONCLUSIONES

La leva es un dispositivo muy importante y su conocimiento se remonta desde

la antigüedad.

Es uno de los mecanismos más antiguos conocidos ya por Heron de Alejandría

(siglo I a.C.) y constituye uno de los dispositivos básicos de la mecánica.

Transforma un movimiento lineal alternativo o giratorio en otro lineal o giratorio,

ambos alternativos.

El movimiento motriz, normalmente giratorio, lo efectúa la leva, que posee un

determinado perfil, y el seguidor, en contacto permanente con ésta, reproduce

linealmente el contorno de la leva.

Aprovechando estas características de las levas se ha estudiado y diseñado,

posteriormente fabricado diversas aplicaciones industriales. Tal estudio y

surgimiento de nuevas aplicaciones de levas no cesa, actualmente se pueden

observar su aplicación en los frenos de levas entre otros con control

automatizado.

BIBLIOGRAFÍA

Norton, Robert L., Diseño de maquinaria, McGraw-Hill, México, 2005.

http://www.geocities.com/re_mecanicos/ingenierama/disenos.htm

Páginas de internet variadas.

levas presentar

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