Resumen capitulo I: Marco Teórico




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ÍNDICE
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. Levas de traslación

      2. Levas de rodillo

      3. Levas de ranura

      4. Levas de globicas

      5. 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

    1. Software para diseño de levas

CAPITULO III: APLICACIONES INDUSTRIALES

3.1 APLICACIONES CONVENCIONALES DE LEVAS

3.1.1. Disco de levas

3.1.2. La tarea de accionamiento: Disco de levas

3.1.3. 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

3.2.2.2. Árbol de levas del motor de combustión interna
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. 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


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

  2. Punto trazador: Centro del seguidor que genera la curva de paso o “pitch curve”.

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

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

  5. 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).

  6. 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 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.

  • 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:
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.
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