Árbol de levas

El árbol de levas es un eje que soporta de manera fija o móvil las levas que pueden ser de diferentes tamaños y formas, y están orientadas de modos diversos. Su función es transformar el movimiento circular en movimiento lineal.

Es un programador mecánico y sus usos son muy diversos como en molinos, telares, tornos automáticos, sistemas de distribución de agua o martillos hidráulicos. Aunque su aplicación más desarrollada es la relacionada con los motores de combustión interna de ciclos Otto y Diesel, donde se encarga de gobernar la apertura de las válvulas de admisión y escape (el cierre lo realizan los muelles de la válvula) . Sólo en el caso de distribución desmodrómica, patente Ducati, existe un árbol de levas que cierra las válvulas.

 

 

Al ser una pieza sometida a grandes esfuerzos, se fabrican siempre mediante un proceso de forja y son tratados por cementación o nitruración, con el fin de endurecer su superficie, resistir el rozamiento y dejar el núcleo blando para obtener flexibilidad.

 

Funcionamiento del árbol de levas

Antiguamente iba situado en un lateral del bloque motor por encima del cigüeñal, siendo actuadas las válvulas para empitjadors y balancines. Después se situó en culata, junto a las válvulas, actuando sobre estas mediante balancines. Hoy en día es encima de las válvulas (OHC overhead camshaft), en caso de dos válvulas por cilindro, o dos árboles en el caso de cuatro válvulas por cilindro (DOHC double o dual overhead camshaft), actuando sobre las válvulas por medio de los taques.

Como el árbol de levas gira a la mitad de las revoluciones del cigüeñal, la conexión entre el árbol de levas y el cigüeñal se puede realizar de varias maneras. Por orden de antigüedad: Cascada de engranajes, en la que una serie de engranajes salvaba la distancia entre el cigüeñal y el árbol de levas, sistema muy ruidoso. Cadena de distribución: en que la distancia entre elementos era salvada por una cadena de mallas paralelas. Árbol rey, mediante pares cónicos. Un eje unía los dos elementos (elemento utilizado para Hispano Suiza y Ducati). Hoy en día se utiliza una correa dentada de neopreno que tiene una duración de unos ocho años u ochenta mil kilómetros.

Para la puesta a punto del sistema de distribución, existen unas marcas de distribución en el cárter y un juego determinado, a regular en los balancines o manchas (aprox. 0,15 m / m admisión 0,2 m / m escape) con el motor frío.
En ingeniería mecánica, una leva es un mecanismo hecho de algún material (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial (ovoide). 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. Hay dos tipos de seguidores, de traslación y de rotación.

Las levas de un motor

En ingeniería mecánica, una leva es un mecanismo hecho de algún material (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial (ovoide). 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. Hay dos tipos de seguidores, de traslación y de rotación.

La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plan o unión de línea en caso del espacio. Si es necesario se pueden agregar dientes a la leva para aumentar el contacto.

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

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

La máquina que se usa para fabricar levas se 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 estas tres fases:

  • Subida (Rise). Durante esta fase el seguidor asciende.
  • Reposo (Dwell). Durante esta fase el seguidor se mantiene a una misma altura.
  • Retorno (Return). Durante esta fase el seguidor desciendeix a su posición inicial.

Dependiendo del comportamiento que se le quiera dar al movimiento del seguidor dentro de estas variables (espacio-velocidad-aceleración) es la forma en la que se construirá la leva.

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 requisitos, de la que se denomina 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 (Sobreacceleració 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 quita, lo que sería perjudicial para la estructura y el sistema en general.

Diagramas de levas

Son gráficas que muestran la posición, velocidad, aceleración y sobreacceleración del seguidor en un ciclo de rotación de la leva. Se utilizan para comprobar que el diseño propuesto cumple con la ley fundamental del diseño de levas.

Software para diseño de levas

Actualmente, hay un software desarrollado llamado Dynacam, que de acuerdo con los datos de subida, detenimiento y bajada permite seleccionar las ecuaciones de movimiento y hace el dibujo de la leva junto a sus diagramas de movimiento, además de calcular las fuerzas dinámicas que actúan sobre la leva.