LEVAS

Leva

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. Existen dos tipos de seguidores, de traslación y de rotación.

La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plano o unión de línea en caso del espacio. De ser necesario pueden agregarse dientes a la leva para aumentar el contacto.

El diseño de una leva depende del tipo de movimiento que se desea imprimir en el seguidor. Como ejemplos se tienen el árbol de levas del motor de combustión interna, el programador de lavadoras, etc.

También se puede realizar una clasificación de las levas en cuanto a su naturaleza. Así, las hay de revolución, de translación, desmodrómicas (éstas son aquellas que realizan una acción de doble efecto), etc.

La máquina que se usa para fabricar levas se le conoce como generadora.

Diseño cinemático 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. Cada fase dispone de otros cuatro sinusoidales que en el coseno de "fi" se admiten como levas espectatrizes. Los chicos de mantenimiento, comunmente son especialmente hábiles en este campo de prueba e hiperconmutacion.

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.




Árboles de levas y Taquetes


El árbol de levas y los taquetes tienen la importante función de sincronizar la apertura y cierre de las válvulas de admisión y de escape, y hacer girar tanto a la bomba de aceite como al eje del distribuidor del sistema de ignición. Adicionalmente, acciona la bomba de gasolina mecánica.

El árbol de levas está constituido por aleaciones de hierro fundido a presión, pudiendo estar alojado en el bloque ó en las cámaras, como en los motores más recientes. Los más modernos motores pueden tener hasta dos árboles de levas, utilizando uno de ellos para las válvulas de admisión y el otro para las de escape. De esta forma, los manuales y los catálogos utilizan las abreviaturas SOHC que significa árbol de levas sencillo y DOHC que denota al doble árbol de levas en la cámara.

El árbol de levas gira sobre cojinetes (bocinas) de diferentes aleaciones con el objetivo de disminuir la fricción. Federal Mogul fabrica juegos de cojinetes para los puntos de apoyo (bancadas) de los arboles de levas bajo las especificaciones del fabricante original del motor.

La función principal del árbol de levas es la de convertir el movimiento rotatorio en movimiento lineal de los taquetes y las válvulas. En algunos motores el movimiento lineal se transmite mediante la varilla de empuje y, en otros, directamente al taquete ó a la válvula. Todo ello depende del diseño del motor. Otro aspecto importante a tomar en cuenta es que durante su trabajo debe girar a altas revoluciones y someterse a grandes cargas de fuerza, las cuales originan desgastes en sus lóbulos y en los taquetes por efecto de la fricción entre sus cuerpos. Estos desgastes varían la sincronización de los tiempos de apertura de las válvulas de admisión y escape, produciendo de esta forma combustiones imperfectas que afectan directamente la potencia del motor, y generan contaminación ambiental.

Los Taquetes pueden ser de varios tipos tales como los mecánicos de una pieza sólida, los hidráulicos que trabajan con presión de aceite y los hidráulicos con rodillos que tienen este último componente para ayudar a disminuir la fricción. Todos ellos tienen la única función de transmitir el movimiento del árbol de levas hacia las válvulas.

Por lo antes expuesto, al reparar un motor se debe observar la presencia de desgastes en los lóbulos y en caso que lo haya, proceder a verificar las medidas de los mismos, los puntos de apoyos y los cojinetes (bocinas) del árbol de levas así como también el desgaste que pueden haber sufrido los taquetes, las varillas de empuje y los balancines. Hay que cambiar todas las partes que sean necesarias, pero se debe tener presente que al reemplazar el árbol de levas también deben montarse los taquetes y los cojinetes (bocinas) nuevos, para garantizar la vida útil de éste componente.

Otras recomendaciones importantes son las que siguen. Al colocar los cojinetes en los puntos de apoyo del árbol de levas, el orificio de lubricación del cojinete debe quedar alineado con el orificio del punto de apoyo del árbol de levas para asegurar la lubricación necesaria y evitar que éste último sufra algún daño. Adopte como norma el uso de aceite en los puntos de apoyo, cojinetes y lóbulos. Al instalar el árbol de levas debe hacerlo con sumo cuidado, girándolo para evitar producir daños en los lóbulos y en los cojinetes. Finalmente, debe verificarse que el mismo gire sin dificultad.

En cualquier tipo de reparación lo recomendables es utilizar autopartes y piezas de la mejor calidad. Entre los mecánicos, uno de las más reconocidas es Sealed Power.


Problemas de despegues en las levas

Uno de los problemas principales de algunos mecanismos leva- seguidor es el problema de despegue del seguidor debido a los efectos dinámicos del movimiento. En muchos casos, el contacto entre la leva y el seguidor se consigue mediante un resorte (o muelle) que presiona el seguidor contra la leva, tal como muestra la figura siguiente. Durante el ascenso el seguidor sufre una primera fase de aceleración y luego otra de deceleración. Debido a su inercia el seguidor tendrá a seguir subiendo al final de la subida (despegándose de la leva) y es el muelle el encargado de oponerse a esta tendencia, asegurando el contacto con la leva. Así, pues, el problema tiene tres variables fundamentales.

•Masa del seguidor: cuanto más pesado sea el seguidor, mayor será su inercia y, por tanto, mayor será la tendencia de éste a despegarse al final de la subida.

•Rigidez del muelle: cuanto mayor sea la rigidez del muelle, más fuerza ejerce éste sobre el seguidor para que no se separe de la leva, por lo que la tendencia al despegue será menor.

•Velocidad de la leva: cuanto mayor sea la velocidad de la leva, la aceleración y deceleración del seguidor durante la subida será también mayor (el seguidor sube en menos tiempo) y, por tanto, la inercia del mismo será mayor, por lo que la tendencia a despegarse también será mayor.

En conclusión, para que no haya despegue, cuanto mayor sea la velocidad de operación de la leva, menos masa deberá tener el seguidor y mayor deberá ser la rigidez del muelle. El problema es que, aligerar el seguidor puede tener un efecto negativo en su resistencia, y aumentar la rigidez del muelle implica aumentar mucho la fuerza de contacto, por lo que el movimiento de la leva sufrirá una irregularidad mayor ya que durante la subida la gran fuerza de contacto se opone al movimiento, pero lo favorece a la bajada.

El efecto de estas tras variables fundamentales puede experimentarse en la siguiente animación, que constituye un modelo cinetoestático del problema (la velocidad de la leva es constante, es decir, supone que la fuerza de contacto no afecta al movimiento de la leva).


CLASIFICACIÓN DE LAS LEVAS Y LOS SEGUIDORES

La versatilidad y flexibilidad en el diseño de los sistemas de levas se encuentran entre sus características más atractivas. Con todo, esto da origen también a una gran variedad de perfiles y formas y a la necesidad de usar cierta terminología para distinguir unas de otras.

En general, las levas se clasifican según sus formas básicas:



Leva de placa, llamada también de disco o radial:

El cuerpo de estas tienen la forma de un disco con el contorno de la leva formando sobre la circunferencia, en estas levas por lo general la línea de acción del seguidor es perpendicular al eje de la leva y hace contacto con la leva con ayuda de un resorte




Leva de cuña.




Leva cilíndrica o de tambor:

En las levas de tambor la pista de la leva generalmente se labra alrededor del tambor Normalmente la línea de acción del seguidor es estas levas es paralela al eje de la leva.



Leva lateral o de cara:

En las pistas de la leva se labra en la parte frontal el disco.

También se clasifican según sus formas básicas del seguidor

Seguidor de cuña.


Seguidor de cara plana.



Seguidor de rodillo o carretilla.



Seguidor de cara esférica o zapata curva



Nomenclatura de las levas

El desplazamiento del seguidor:

en general se define como la posición del mecanismo seguidor a partir de un punto especifico denominado cero o reposo, en relación con el tiempo o con alguna fracción del ciclo de la maquinaria (desplazamiento de la leva) medida en forma angular.

El desplazamiento de la leva;

medido en grados o milímetros, es el movimiento de la leva medido desde un punto específico, ce o reposo, en relación con el mecanismo seguidor definido antes.

El perfil de la leva:

es el contorno de la superficie de trabajo de la leva.

Punto trazador:

es la línea de centro del rodillo o su equivalente. Cuando se utiliza un seguidor plano.

Curva primitiva:

es el lugar geométrico de la sucesión de puntos descritos por el punto trazador, cuando la leva se desplaza.
El circulo de la base:

Es el menor círculo inscrito en el perfil de la leva.


Circulo primario:

Es el menor círculo inscrito de la curva primitiva y con centro en el centro de la leva. Es concéntrico con el círculo de base y separado de este a un radio del rodillo seguidor.

Ángulo de presión:

Es el ángulo entre la normal a la curva primitiva y la dirección instantánea del movimiento del seguidor.

Punto primitivo:

es el punto de la curva primitiva donde tiene su máximo valor el ángulo de presión.

Circulo primitivo:

Es él círculo que pasa por el punto primitivo.

Punto de transición:

Es el punto de máxima velocidad donde la aceleración cambia de signo (cambia la dirección de la fuerza en el seguidor). En las levas cerradas, este punto se denomina con frecuencia punto de cruce, donde, debido al cambio de dirección de la aceleración, el seguidor deja un perfil de la leva para entrar en contacto con el perfil opuesto (o conjugado).