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  Mecanica Tecnica II - UNS 

Levas

Objetivo :Llegar a comprender el funcionamiento de una leva determinando las distintas variablesque la caracterizan, tales como, perfiles, excentricidad, periodos de subida, bajada,

detenimiento. Para así poder trazar el desarrollo de su perfil, utilizando el programaDYN!".

Introducción#na leva es un elemento mec$nico que sirve para impulsar a otro elemento llamadoseguidor, para que desarrolle un movimiento especificado, por contacto directo.Los sistemas de leva % seguidor se utilizan frecuentemente en muc&as clases dem$quinas. 'n comparaci(n con los eslabonamientos son m$s f$ciles de dise)ar paradesempe)ar una funci(n específica de salida pero resultan m$s difíciles % costosos de fabricar.'sta diferencia conceptual &ace que una leva*seguidor sea un flexible % +til generador de funciones. 's posible especificar cualquier funci(n de salida que se desee, % mu%

probablemente crear una superficie curva en la leva que genere esa funci(n en el movimientodel seguidor.

'l $rbol de levas, aunque permite la transformaci(n del movimiento, tiene el enormedefecto de impulsar la fuerza en un solo sentido. Pero posee un triunfo jugando sobre el lugar % el n+mero de levas, se le puede &acer ejecutar operaciones seg+n un orden extremadamentepreciso, se puede programar el movimiento de las palancas que acciona. -ambin &abíamuc&as levas en los aut(matas, antepasados de los computadores.  continuaci(n veremos un resumen sobre las distintas formas de clasificar las levas %los elementos, que en conjunto con estas realizan la transformaci(n del movimiento.

ClasificaciónLas levas se pueden clasificar seg+n sususos, formas, tipos de movimientos, etc.

Tipo de levaLa direcci(n del movimiento del seguidor respecto del ejede rotaci(n de la leva determina esta clasificaci(nradial, axial, tridimensional, de traslaci(n o de cu)a.

Tipo de cierre de juntaDetermina el medio por el cual se produce el cierre. Deforma /no necesita esfuerzos externos0 dos superficies decontacto, de fuerza /requiere de esfuerzos externos0generalmente, un resorte.

Tipo de seguidor 'lemento que &ace contacto con la levarodillo, &ongo, cara plana o puntual.

Movimiento del seguidor 

1e determina por su uso % por el tipo de movimiento que sedesea a la salida traslaci(n o rotaci(n.

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2ig 8 AIAL 2ig 9

2ig : DE YUGO 

 De fuerza /2ig. 30 De forma /2ig. 40

'l cierre de fuerza requiere la aplicaci(n de una fuerza externa a la junta, a fin demantener la leva % el seguidor físicamente en contacto. -al fuerza suele ser proporcionada por un resorte. 'ste tipo de juntas solo puede empujar % no ejercer tracci(n.

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'l cierre de forma cierra la junta sin necesidad de ninguna fuerza externa. ;a% dossuperficies de leva, una a cada lado del seguidor, que toman contacto con el seguidor cada unaa su turno cuando la leva gira

!omo ejemplo de estas levas podemos citar a las de ranura o canaleta % a las levasconjugadas o adjuntas.

Por el tipo de seguidor:'l seguidor es el elemento que &ace contacto con la leva % se llama tambin

!ontra leva, puede ser

!eguidor Puntual

'l seguidor de rodillo tiene la ventaja de tener menor fricci(n con la superficie de la levadebido al rodamiento. Las levas de ranura requieren este tipo de seguidores.

Los seguidores de &ongo % puntuales suelen estar dise)ados % fabricados paraaplicaciones especiales.

'l de cara plana forma un conjunto mas compacto con la leva % es menos costoso queel anterior. 'sta clase de seguidores son usados en los motores de autom(viles.

Por el tipo de movimiento del seguidor De rotaci(n /2ig. 60

De traslaci(n /2ig. 70La elecci(n entre estas dos formas suele ser decidida por el tipo de movimientodeseado en la salida.

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Por el tipo de restricciones al movimiento:De posici(n extrema crítica"ovimiento de tra%ectoria críticaLa restricci(n al movimiento de posici(n extrema crítica /!'P0 se refiere al caso en quelas especificaciones de dise)o definen las posiciones inicial % final del seguidor, pero nopresentan restricci(n alguna a la tra%ectoria que unir$ las mencionadas posiciones. 'ste casoes el m$s conveniente para el pro%ectista %a que tendr$ amplia libertad para seleccionar las

tra%ectorias entre los puntos extremos.La restricci(n de movimiento de tra%ectoria crítica /!P"0 es un problema m$srestringido. 'l pro%ectista debe generar con la leva una funci(n de tra%ectoria %a establecida.'n general s(lo puede ser posible crear una aproximaci(n de la funci(n especificadaconservando un comportamiento din$mico adecuado.

Por el tipo de programa de movimiento:1ubida < =ajada

1ubida < =ajada < Detenimiento

1ubida < Detenimiento < =ajada < Detenimiento

Los casos enunciados corresponden al tipo de restricci(n de movimiento, % definencuantas detenciones existen en el ciclo de leva.1e entiende por detenimiento a un movimiento nulo de salida durante un lapso demovimiento de entrada, es decir mantener inm(vil el seguidor mientras la leva rota en unintervalo de tiempo dado.

Dise"o de levas'l dise)o de la leva, como todos sabemos, depender$ de la posterior aplicaci(n de lamisma. Deben conocerse una serie de par$metros para comenzar con el dise)o del perfil.

Necesitamos saber el ciclo de movimiento, es decir cuanto subir$, como subir$,cuantas detenciones tendr$, etc. Por ejemplo, puede requerirse un seguidor que permanezcadetenido durante los primeros >?@ de giro a una altura conocida. Luego se desea que aqulsuba &asta una altura & en los siguientes >?@ % permanezca detenido durante otro períodosimilar. 2inalmente el seguidor debe bajar &asta la posici(n de partida en el segmento restante.

!on estos datos en mente, se deben armar los diagramas de leva /1, A, , B0.Los Diagramas !# $# A % &

La primera tarea para el dise)ador de levas consiste en seleccionar las funcionesmatem$ticas a utilizar para definir el movimiento del seguidor. 'l pro%ectista grafica en un planocartesiano la funci(n matem$tica que caracterizar$ el desplazamiento /10 del seguidor. 'steproceso equivale a Cdesenrollar el perfil de la leva % luego graficarlo en dependencia del $ngulo

/θ0 de rotaci(n de la leva. Las tres derivadas siguientes de dic&a expresi(n representar$n la

velocidad /A0, la aceleraci(n /0 % la rapidez de aceleraci(n o Csacudida /B0 respectivamente.  modo de ejemplo el pro%ectista podría seleccionar el siguiente diagrama /fig E0'ste dise)o resulta deficiente pues las derivadas de orden superior se &acen infinitas,es decir, que el seguidor se ver$ sometido a aceleraciones % sacudones excesivamentegrandes. 'l problema aquí &a sido no tener en cuenta la le% de dise)os de levas.

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Le% fundamental del dise"o de levas

'sta le% debe ser tenida en cuenta por todo aquel pro%ectista que an&ela dise)ar unaleva de funcionamiento eficiente, estableciendo para operaciones a velocidades elevadas obajas, las siguientes restricciones

La función de eva !S" debe ser continua a trav#s de a $ri%era & se'undaderivada de des$a(a%iento en todo e intervao !)*+," In%ediata%ente sur'e co%oconcusión .ue a función ra$ide( de aceeración !/" debe ser finita en todo e intervao

!ada vez que derivemos una funci(n polinomial bajamos en un grado su exponente,por lo tanto si no se selecciona un grado suficientemente alto, despus de un n+mero sucesivode derivaciones el polinomio se degrada obteniendo una funci(n constante, que es imposiblede ensamblar con la del segmento ad%acente. Por lo tanto la derivada siguiente seindeterminar$ en ese punto de uni(n.!on el fin de obedecer la le% fundamental del dise)o de levas, uno debe empezar conun polinomio de tercer grado, como mínimo, en la funci(n 1. 'sto garantiza que la funci(n Bsea finita, aunque no necesariamente continua.1e debe tener presente que las funciones arm(nicas son infinitamente derivables en

todo punto, por lo tanto, parecen a primera vista las m$s apropiadas para nuestro caso.'l mtodo m$s conveniente es el de comenzar considerando las derivadas superiores,en especial la aceleraci(n, % en menor grado su derivada /B0. 'n algunos casos,específicamente cuando la masa del seguidor es grande, o cuando &a% una restricci(n de

velocidad, esa funci(n debe ser cuidadosamente dise)ada.

'l procedimiento a&ora consistir$ en obtener las funciones 1 % A a partir de laintegraci(n de la aceleraci(n, obteniendo los valores de las constantes de integraci(nsucesivas a partir de las condiciones de frontera establecidas para el problema.

#n ejemplo de condici(n de frontera en nuestro problema sería A F ? cuando θ F ?.

Gndudablemente un dise)ador experto obtendr$ varias funciones que cumplan lascondiciones de funcionamiento de la leva solicitada. Para seleccionar la m$s convenientedeber$ tener en cuenta algunas consideraciones din$micas.!omo la fuerza din$mica es proporcional a la aceleraci(n % por lo general se desea

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minimizar dic&as fuerzas, entonces necesitamos minimizar la aceleraci(n. -ambin sabemosque la energía cintica es proporcional al cuadrado de la velocidad, % conviene reducirlacuando &a% trenes de seguidor de gran masa, entonces se debe tener en cuenta la magnitudde la velocidad.

1on de gran utilidad las funciones combinadas, pues nos permiten resaltar las ventajasde unas % otras. Por ejemplo, existe una funci(n denominada onda trapecial modificada, queresulta de combinar una senoidal con una constante.

'sta onda es usada como una funci(n aceleraci(n &om(nima % genera, para un segmento, undiagrama de leva como el que contin+a

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-iene la ventaja de una aceleraci(n pico relativamente baja % transicionesrelativamente alisadas en los extremos del intervalo.

-ambin existen otras funciones combinadas como la senoidal modificada que resultade la combinaci(n apropiada de dos funciones seno de distintas frecuencias.;a% una clase de funciones mu% vers$tiles que pueden ser utilizadas en el dise)o delevas, % que son las polinomiales. 1u forma general es1 F !? H !6 . x H !7 . x7 H !8 . x8 H !9 . x9 H !: . x: H . . . . . . H !n*6 . xn*6 H !n . xnLos coeficiente !n son las inc(gnitas por determinar en el desarrollo de la ecuaci(npolinomial particular que se adapte a las especificaciones de dise)o.Para obtenerlos se procede de la siguiente manera1e deciden cuantas condiciones de frontera se desean especificar en los diagramas delevas.'l n+mero de condiciones de frontera determina el grado del polinomio a utilizar. 1i

existen I condiciones de frontera el polinomio ser$ de grado I < 6.!omo cada condici(n de frontera es una ecuaci(n independiente, nos quedar$ un sistema linealde I ecuaciones con I inc(gnitas.

Movimiento de tra%ectoria cr'ticaLa aplicaci(n m$s com+n de las especificaciones del movimiento de tra%ectoria crítica, enmaquinarias de producci(n, es la de un movimiento a velocidad constante.

Dimensionado de la leva# (ngulo de presión# radio de curvatura.#na vez que &an sido definidas las funciones 1 A B, el siguiente paso es dimensionar la leva. ;a% dos factores principales que afectan su tama)o, el $ngulo de presi(n % el radio de

curvatura. mbos implican el radio del circulo base en la leva 5b cuando se usan seguidores decara plana, o bien el radio del circulo primario 5p cuando se usan seguidores de rodillo ocurvos.Los centros de los círculos base % primarios se &allan en el centro de rotaci(n de laleva. 'l círculo base se define como la menor circunferencia que puede trazarse tangente a lasuperficie física de la leva.'l círculo primario s(lo es aplicable a levas con seguidores de rodillos o de &ongo, % semide &asta el centro del seguidor. 'l círculo primario se define como la menor circunferenciaque puede trazarse tangente al lugar geomtrico de la línea central del seguidor. 'l lugar geomtrico de dic&a línea central del seguidor se llama curva de paso.

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Para la manufactura las levas con seguidores de rodillo % cabeza de &ongo est$ndefinidas respecto a la curva de paso, en cambio, las de seguidor de cara plana lo &acen

respecto a su superficie material, %a que no &a% curva de paso.'l proceso de crear la leva física a partir del diagrama 1, puede visualizarseconceptualmente al imaginar que tal diagrama se enrosca alrededor del círculo primario,determinando así el perfil deseado. 'n este caso el eje Cx representaría el perímetro del círculoprimario. 2inalmente el radio de este círculo se selecciona como par$metro de dise)o.

Angulo de presión ) !eguidores de rodillo.

Angulo de Presión * 'l $ngulo de presi(n φ es el $ngulo entre la direcci(n de

movimiento /o de la velocidad0 del seguidor, % la direcci(n del eje de transmisi(n. !uando φF?

toda la fuerza transmitida se aplica al movimiento del seguidor, % ninguna parte a la velocidadde deslizamiento. !uando φF>? no &abr$ movimiento del seguidor. 'n la pr$ctica conviene que

el $ngulo de presi(n est entre ?@ % unos 8?@ en el caso de seguidores traslatorios, a fin deevitar una carga lateral excesiva sobre el seguidor deslizante. 1i el seguidor oscila sobre un

trazo pivotado, un $ngulo de presi(n &asta unos 8:@ es aceptable. Aalores de φ ma%ores

aumentar$n el deslizamiento del seguidor o la fricci(n en el pivote, &asta niveles indeseables, %pueden tender a trabar un seguidor traslatorio en sus guías.

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*+centricidad * ;a% una excentricidad ε definida como la distancia perpendicular 

entre el eje de movimiento % el centro de la leva. La excentricidad puede ser nula, quecorresponde a un seguidor alineado.

Aplicación de la e+centricidad * 1i una leva adecuadamente peque)a no puedeobtenerse con un $ngulo de presi(n aceptable, entonces se introduce la excentricidad paracambiarlo. -enemos algunas limitaciones, por ejemplo un valor positivo de excentricidad &ar$disminuir el $ngulo de presi(n en la subida, pero lo aumentar$ en la bajada. La excentricidad

negativa &ace lo contrario /en la leva con cierre de forma no interesa porque el seguidor no esempujado en una u otra direcci(n0.'l valor ma%or de agregar excentricidad a un seguidor se tiene en los casos en que elprograma de la leva es asimtrico, % &a% diferencias significativas entre los $ngulos de presi(nm$ximos del ascenso % el descenso. 'quilibrando los $ngulos de presi(n obtendremos unaleva m$s suave % regular.

1i los ajustes a 5p o a ε no producen $ngulos de presi(n aceptables, el +nico recurso

es regresar a una etapa anterior del proceso de dise)o % replantear el problema.

Momento de volteo ) !eguidor de cara plana

 'n la figura se muestra un seguidor de cara plana traslatorio que funciona en contactocon una leva radial. 'l $ngulo de presi(n es cero para todas las posiciones de la leva % elseguidor. 'l punto de contacto se mueve a la izquierda % a la derec&a, el punto de aplicaci(nde la fuerza entre la leva % el seguidor se mueve con l. ;a% un momento de volteo sobre el

seguidor asociado a esta fuerza descentrada. !onvendría mantener la leva lo m$s peque)aposible, con el fin de minimizar el brazo de momento de la fuerza. La excentricidad afectar$ elvalor medio de tal momento.

Radio de curvatura ) !eguidor de cara plana

#n radio de curvatura/ρ0 negativo en la leva no puede corresponder a un seguidor de

cara plana, obviamente no funcionaría bien con una leva c(ncava.

Circulo ,ase * !omo ρ no puede ser negativo en el caso de un seguidor de cara

plana, puede formularse una relaci(n a partir de ρ F 5b H s H /que define el radio de

curvatura en funci(n del círculo base0. 'l +nico factor que puede ser negativo es la aceleraci(n

 . 'l peor caso para el rebaje ocurrir$ cuando se &alle en su ma%or valor negativo min.'ntonces podemos definir el radio mínimo del círculo base como

5bmin J ρmin < 1min < min /'l valor de 1 corresponde al de min.0

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Perfil o contorno de la leva * Para una leva con seguidor de cara plana, lascoordenadas de la superficie real de una leva deben ser proporcionadas al operario dem$quina*&erramienta. Dos vectores ortogonales, r % q definen las coordenadas cartesianas delpunto de contacto entre leva % seguidor con respecto a un sistema coordenado de eje rotatorioincrustado en la leva.La excentricidad es un factor en el dimensionado cuando se emplea un seguidor derodillo, por ese motivo no la encontramos en las ecuaciones.La tarea de dimensionar una leva es un excelente ejemplo de la necesidad % el valor de

aplicar la iteraci(n en el dise)o. 'l recalculado r$pido de las ecuaciones relevantes &aceposible llegar con rapidez % facilidad a una soluci(n aceptable, mientras se ponderan losfrecuentes requisitos conflictivos de restricciones de $ngulo de presi(n % radio de curvatura. 'nuna leva, las consideraciones de $ngulo de presi(n o radio de curvatura dictar$n el tama)omínimo de la leva. mbos factores deben ser verificados. La elecci(n del tipo de seguidor, %asea de rodillo o de cara plana, constitu%e una gran diferencia en la configuraci(n de la leva. Losprogramas para levas que generan radios de curvatura negativos son inapropiados para el tipo

de seguidor de cara plana, a menos que se usen círculos base mu% grandes para obligar a ρ a

ser positivo en todo lugar.

Consideraciones para la fa,ricación de levas

#na vez que el dise)o de una leva &a terminado, debe manejarse un nuevo conjuntode consideraciones que implica la manufactura de la leva. 1i su dise)o no pudo fabricarse conxito en metal, de modo que verdaderamente represente las funciones te(ricas elegidas, nopodr$n materializarse sus acciones % su utilidad.Las levas suelen &acerse a partir de materiales duros % fuertes, como los aceros demedio a alto carbono con templados o bien fundici(n gris.'s necesaria una fresadora razonablemente precisa para producir una leva. 'spreferible un centro de maquinado controlado por computadora.

-uncionamiento real de una leva comparado con el funcionamiento teóricoLas diferencias te(ricas entre las aceleraciones pico de distintas funciones de levassufrir$n alteraci(n por la presencia de Cruido vibratorio en las formas de onda de aceleraci(nreales. -al perturbaci(n se deber$ en parte a errores introducidos en el proceso demanufactura, como se describi( antes, pero tambin &abr$ diferencias in&erentes debidas algrado en que la funci(n de aceleramiento /jerI0 produce vibraciones en el tren leva*seguidor.-al efecto vibratorio resultar$ fuertemente influido por las características din$micasestructurales del propio mecanismo del seguidor.'l dise)ador de levas suele enfrentarse a muc&as decisiones confusas, especialmenteen una etapa temprana del proceso de dise)o.

*lección del tipo de seguidor 

;a% muc&os casos, especialmente en el inicio de un dise)o, en los que podría ser considerado como salida de una leva, un movimiento de traslaci(n o uno de rotaci(n. #nmovimiento aproximadamente rectilíneo suele ser adecuado, % puede obtenerse a partir deunseguidor de balancín de gran radio. 'l seguidor oscilante tiene una ventaja notable sobre el detraslaci(n, cuando se emplea un seguidor de rodillo. #no del tipo de traslaci(n gira alrededor del eje respectivo, % puede necesitar un dispositivo guía antirrotatorio /como uno de cu)a oclavija0 que impida la desalineaci(n del seguidor de rodillo respecto de la leva.5ecíprocamente, en el seguidor oscilante de rodillo se mantendr$ en el mismo plano dela leva, sin ning+n medio de guía, salvo el pivote. -ambin la fuerza de fricci(n en tal pivotetiene com+nmente un brazo de momento peque)o, comparado con el de la fuerza que ejerce laleva sobre el seguidor. La fuerza de fricci(n que act+a en un seguidor de traslaci(n tiene una

relaci(n geomtrica de uno a uno respecto de la fuerza de la leva. 'sto puede tener un ma%or efecto par$sito sobre el sistema.

Tipo de cierre

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La din$mica de las levas consiste en el estudio de los sistemas de leva % seguidor considerando las fuerzas % los torques desarrollados din$micamente.1upongamos que deseamos estudiar un sistema de leva seguidor con cierre de fuerza.!omo %a sabemos, en este tipo de sistemas el seguidor necesita de la acci(n de un resortepara mantenerse en contacto permanente con la leva. Para simplificar la tarea se crea unesquema donde aparecen las magnitudes relevantes del sistema caracterizados por tres clasesde elementos la masa, la elasticidad % el amortiguamiento. La primera representa toda la masaque se mueve con el tren de seguidor, es decir, la suma de las masas del v$stago del seguidor,

del rodillo, pivote del rodillo % de cualquier otro elemento fijado al conjunto en movimiento.'l segundo elemento se representa mediante un resorte de constante el$stica I, staes la total del sistema % es una combinaci(n de la del resorte &elicoidal m$s las constantes detodas las otras partes que son deformadas por fuerzas. Debemos tener en cuenta que el rodillo,su pivote % el seguidor est$n &ec&os de materiales el$sticos.!omo tercer par$metro tenemos un amortiguador que representa el efecto de fricci(ntotal. 's el par$metro m$s difícil de determinar %a que corresponde a la suma de todos losefectos de fricci(n entre elementos m(viles % est$ticos.-ratando al seguidor como un cuerpo aislado lo representamos como una masa devalor m antes mencionado % lo sometemos a tres fuerzas din$micas diferentes, una debida a lainteracci(n con el resorte, otra generada por el amortiguador, % la restante es la que le produce

la leva.'l dise)ador puede determinar con bastante precisi(n la constante el$stica del resorte%a que su valor es semejante a la del resorte real, puesto que la de los dem$s elementostienen una peque)a influencia.!uando se desee una fuerza residual en el seguidor se le agrega una precarga, a+ncuando la leva est en su desplazamiento m$s bajo. 'sta precarga consiste en mantener comprimido el resorte a partir de su longitud libre a una altura necesaria de tal manera queresulte la fuerza deseada. 'sto en general a%udar$ a mantener un buen contacto entre la leva %el seguidor durante todo el ciclo.'l valor de c /coeficiente de amortiguamiento0 del amortiguador puede estimarse paracada sistema pero es una tarea demasiado compleja debido a las variables que intervienen.

"ediante estudios realizados se determin( que, en general para los sistemas de leva*seguidor c es ?,?3cc donde cc es la constante de amortiguamiento crítico.'l sistema es caracterizado matem$ticamente por una ecuaci(n diferencial de segundo gradofunci(n del tiempo

2c /t0F m.x H c.x H I.x H P

Donde 2c /t0 es la fuerza a la que se encuentra sometido el seguidor. Los trminos x, x% x representan a la aceleraci(n, la velocidad % la distancia con que se mueve el centro demasa del tren seguidor. 'l trmino P representa la precarga anteriormente descripta.'s imprescindible mantener a 2c /t0 siempre positiva. !omo en general la aceleraci(nes numricamente ma%or que la velocidad, es sta la que causa que 2c /t0 sea negativa.!uando esto ocurre el seguidor no est$ interactuando con la leva copiando su contorno. 'n unsistema con cierre de fuerza la leva s(lo puede empujar sobre el seguidor, % no puede ejercer tracci(n. 'l resorte del seguidor proporciona la fuerza necesaria para mantener el contacto conla leva durante los intervalos de aceleraci(n negativa /del seguidor0. 1i el resorte no proveeuna fuerza suficiente al seguidor, la leva % ste se separar$n, lo que es una condici(n llamadasalto de seguidor . !uando se toquen de nuevo ser$ con fuerzas de impacto mu% intensas %potencialmente destructivas. 'l salto de seguidor probablemente ocurra cerca del punto dem$xima aceleraci(n negativa.

Para evitar sta situaci(n indeseable se debe seleccionar adecuadamente la constantedel resorte % la precarga para garantizar una fuerza positiva en todos los puntos del ciclo.'n el caso de las levas para las v$lvulas de un motor de autom(vil, el salto de seguidor se llama tambin flotación de v(lvula debido a que esta pieza /que es el seguidor0 se

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suspende o Cflota por encima de la leva, % peri(dicamente c&oca contra la superficie de su leva.'sto ocurrir$ si la velocidad angular /r.p.m.0 de la leva aumenta &asta el punto en que la ma%or aceleraci(n negativa &ace tambin negativa a la fuerza del seguidor. 'l valor crítico de lavelocidad de rotaci(n del motor, con frecuencia indicada con una línea roja en el cuentavueltas,se)ala la inminente flotaci(n de v$lvula, que da)ar$ los mecanismos estudiados.

Ane+o 4

*je de levas % tren de v(lvulas*+plicación so,re funcionamiento de motores de e+plosión de 5 tiempos.#no de los componentes m$s importantes en un motor % a la vez uno de los m$sdesconocidos es el eje de levas. 'l determina cuando, cuanto % como respira un motor.'ntonces es f$cil notar que sus características son cruciales en el funcionamiento de cualquier motor. De l depende, en gran parte, el car$cter de un motor. ntes de adentrarse en su mundo &a% que entender que pasa en el interior de un motor de 9 tiempos..'stas 9 etapas son explosi(n, escape, admisi(n % compresi(n. !on la c&ispa de labujía se inicia la explosi(n, en la cual el gas de mezcla aire*bencina se inflama % dilataviolentamente, provocando el movimiento del pist(n. 'ste movimiento dura 6E?@ del cige)al %

>?@ del eje de levas, %a que este gira exactamente a la mitad de la velocidad del cige)al. #npoco antes que el pist(n alcance el punto muerto inferior /P"G0 se comienza a abrir la v$lvulade escape. l subir el pist(n empuja por el m+ltiple de escape los gases quemados /etapa deescape0 % así da espacio a una preciada carga de aire*bencina fresca. medida que el pist(nsube la v$lvula de escape se abre completamente % se comienza a cerrar. 'l cige)al gira otros6E?@. ntes de llegar el pist(n al P"1 se comienza a abrir la v$lvula de admisi(n, cuando aunno se &a cerrado la de escape. quí empiezan los problemas. MPor que est$n las 7 v$lvulas abiertas al mismotiempoMNo se escapa bencina sin quemar por el escape 1i, de &ec&o, parte del combustiblesin quemar se escapa &acia el tubo de escape % esto genera contaminaci(n por &idrocarburos.'ste importante momento se llama traslape % se realiza porque los gases de escapeque est$n saliendo r$pidamente por el m+ltiple de escape &acen un efecto de Oc&up(nO %aceleran los gases de admisi(n que entran al cilindro, adem$s de asegurarse que &a%a salidotodo el combustible %a usado. bajas rpm basta con un peque)o traslape porque &a% tiemposuficiente para llenar el cilindro, en cambio, a altas rpm es necesario un ma%or tiempo detraslape porque los componentes mec$nicos se mueven mu% r$pidamente, pero los gases nolos siguen al mismo ritmo. Despus de pasar por el P"1, la v$lvula de escape se cierra.r$pidamente % la de admisi(n sigue abrindose &asta llegar a su m$xima abertura, usualmentea los 6?3@ contados desde el P"1. 'sta posici(n se puede variar al momento de instalar el ejede levas en el motor. 'sta tercera etapa es la de admisi(n. quí se lleva a cabo el llenado del

cilindro con el combustible % apenas se supera el P"G se cierra la v$lvula de admisi(n % a&oracon las 7 v$lvulas en sus asientos, se comienza a crear presi(n efectiva en el cilindro.'l eje de levas esta compuesto de l(bulos, cu%a forma da las características al eje delevas.

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'n los motores americanos &asta los a)os E? era uno solo, colocado en el bloque,entre las bancadas. 'n los autos modernos va sobre la culata 1;!/1ingle ver;ead!ams&aft0 o 7 sobre la culata D;! /Dual ver;ead !ams&aft0, donde uno maneja lasv$lvulas de admisi(n % otro las de escape.Los ejes de levas antiguos abren las v$lvulas mediante una serie de mecanismos queson l(bulos, taqus, empujadores % balancines. !ada uno de estos componentes agreganerrores, debilidades % esfuerzos extras al motor que llevaron al uso de los 1;!.La parte OlisaO del eje de levas se llama circulo base, cuando ella esta pasando por el

taqu, la v$lvula esta cerrada. !uando el l(bulo correspondiente comienza a pasar por eltaqu, el movimiento se transmite por el taqu al empujador, ste presiona el balancín colocadoen la parte alta de la culata, que a su vez separa la v$lvula que se mantenía en su asientogracias a un poderoso resorte. La alzada producida por el l(bulo se ve amplificada por elbalancín, generalmente entre 6.: % 6.4 veces. Por lo tanto, si el l(bulo tiene una alzada m$ximade .8??O, el balancín de 6.: separar$ la v$lvula ?.9:?O de su asiento. Los balancines puedenser de 7 tipos los tipo cazoleta % los roller. 'stos +ltimos de uso m$s moderno, que tienen unaespecie de buje en la punta. 'sto facilita enormemente el movimiento sobre la cola de lav$lvula % ofrecen una duraci(n muc&o ma%or. Pueden liberar &asta 8?&p producidos por roce.Los taqus /lifters0 pueden ser de tipo mec$nico o &idr$ulicos. Los primeros son s(lidos% se debe dejar un espacio entre los empujadores % los balancines para dar lugar a la dilataci(n

de los metales con el calor. Por esto producen un golpeteo característico % ste golpe desajustael tren de v$lvulas, así que necesitan de peri(dicos ajustes. Los &idr$ulicos se llenan de aceite% ste sirve para absorber la dilataci(n por el calor % no producen el golpeteo. La desventaja delos &idr$ulicos en comparaci(n con los mec$nicos es que por el acople de aceite que tienen seproduce el efecto de flotaci(n a altas rpm, en el cual la v$lvula permanece abierta % no sealcanza a cerrar por completo cuando debe /la v$lvula flota sobre su asiento0. -ambin existenversiones roller de ambos tipos de taqus. 'llos tienen una ruedecita que se apo%a en losl(bulos del eje de levas. 5educen el roce % permiten l(bulos m$s radicales, cosa que no sepuede &acer con taqus normales debido al r$pido desgaste del sistema. Por lo mismopermiten llevar el motor a revoluciones m$s altas. Los taqus normales deben girar en suslugares para producir un desgaste parejo, en cambio, los roller no deben girar % tienen un brazo

que los une para que no lo &agan.La duraci(n en la apertura de las v$lvulas est$ determinado por la forma de los l(bulosde las levas.#na duraci(n menor favorece el torque en bajas revoluciones % una apertura ma%or lo&ace en altas revoluciones. La banda de torque tiene unas 8???rpm con taques normales %8:?? o 9???rpm con roller lifters. Por ejemplo, con una duraci(n de 6>:@ el motor tiene unazona de funcionamiento optimo entre las 6??? % las 9??? rpm, con uno de 77?@ entre las 7???% :??? rpm. 'l primero funciona mu% bien en una camioneta % el segundo es mejor para unauto deportivo. 'sta duraci(n est$ medida a ?.?:?O de apertura % no desde el instante precisoen que comienza a abrirse la v$lvula. 's el mejor mtodo para comparar ejes de levas entredistintos fabricantes. 1e puede notar que a medida que se desplaza la banda de torque &aciaarriba, se est$ perdiendo torque en baja, esto se produce porque la ma%or duraci(n viene de lamano con un ma%or traslape en la abertura de las v$lvulas de admisi(n % escape, lo cual espoco eficiente a bajas rpm porque escapa muc&a mezcla, pero funciona adecuadamente enalta. Para solucionar esto se debe usar una relaci(n del diferencial de 8.:: o 8.48 % si la bandade torque esta m$s arriba, la relaci(n del diferencial debe ser superior a 8.>6, para dar unamejor salida al auto con el OpocoO torque, y por lo tanto no está en baja que dispone. -ambinse debe acompa)ar el cambio de diferencial con un cambio de convertidor de torque / autosautom$ticos0 por uno de ma%or velocidad de stall, por ejemplo 7??? rpm. 'sto permite situar almotor en su banda de torque (ptima.!on respecto a la alzada de la v$lvula, conviene que esta sea ma%or para permitir un

mejor llenado del cilindro, pero siempre que la v$lvula no va%a a c&ocar con el pist(n % que lopermita el resorte de v$lvula.La ma%or duraci(n de abertura debe venir acompa)ada de un aumento en lacompresi(n del motor.

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Por cada 6?@ que aumente la duraci(n debe aumentar 6 punto la compresi(n. Por ejemplo 7??@ con >6, 76?@ con 6?6. 'l aumento de compresi(n sirve para lograr una ma%or presi(n efectiva, perdida con el eje de levas, % así recuperar el torque en baja.'l característico sonido /rateo % ma%or intensidad0 de los ejes de levas asociados acarreras viene de la ma%or duraci(n que tiene la abertura de v$lvulas % del traslape, lo quepermite escuc&ar por el escape parte de la explosi(n del combustible.La separaci(n entre el punto de m$xima abertura de admisi(n % m$xima abertura deescape se conoce como Lobe 1eparation. 1i esta distancia es grande, digamos 667@, la curva

de torque es plana, el motor es m$s suave % m$s manejable en la calle. 1i es corta, 6?3@, lacurva de torque es m$s aguda, alcanza un peaI m$s alto % luego cae r$pidamente, el motor esm$s potente, pero con un ralentí inestable % m$s gastador. 'l punto donde se alcanza lam$xima abertura de admisi(n con respecto al P"1 es el Lobe !enterline, generalmente de6?3@. 'ste punto se puede cambiar al momento de instalar el eje de levas. 1e puede rotar el ejeadelant$ndolo o retras$ndolo. Por cada 9@ que se adelanta el eje de levas, la curva de torquese desplaza 7?? rpm &acia abajo. 1i se retrasa 9@, la curva se desplaza 7?? rpm &acia arriba.!omo en todo $mbito, &a% un compromiso entre potencia, economía de combustible,emisiones, suavidad de manejo, etc. Por eso, en los a)os >?Qs se desarroll( el sistema dedistribuci(n variable, en donde se puede disponer de 7 ejes de levas en uno. #no paraeconomía % otro para un manejo m$s deportivo. Por ejemplo, el sistema Atec cambia los ejes

de levas sobre las :??? rpm para usar un segundo grupo de l(bulos con características m$sdeportivas, que le permite llegar &asta las 4:?? rpm. #n sistema m$s moderno es elAalve-ronic de ="R, el cual funciona con un motor elctrico en cada v$lvula en vez deun eje con l(bulos. sí se puede tener infinitos patrones de funcionamiento, %a que uncomputador determina cuando % cuanto abrir cada v$lvula.

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