Analisis Y Sintesis De Mecanismos

Análisis y Síntesis de Mecanismos

Unidad 3. Levas

Levas, es uno de los mecanismos más antiguos conocidos ya por Herón de Alejandría (siglo 1 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 esta, reproduce linealmente al entorno 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 frenos de levas entre otros con control automatizado.

Definición, 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 de 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.

Aun 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.

3.1 Nomenclatura, clasificación y aplicaciones de los diferentes tipos de levas.

Clasificación:

Levas de disco: En este tipo de leva, el perfil esta 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 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 esta comprimido por un muelle para mantener el contacto con la leva.

Levas cilíndricas: Se trata de un cilindro alrededor de un eje 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.

Levas de rodillo: En esta, la leva roza contra un rodillo, que gira disminuyendo el rozamiento contra la leva.

Levas de traslación: El contorno o forma de la leva de traslación se determina por el movimiento específico 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 formar una leva de disco.

Levas de ranura: El perfil (o ranura) que define el movimiento esta 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 practicad en el disco. En las figuras se observa que el movimiento del pulsador se puede modificar con facilidad para obtener una secuencia deseada combinando la forma de perfil de la leva.

Levas de globinas: 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.

Levas de tambor: La leva cilíndrica o de tambor en la que el palpador es un rodillo que se desplaza a lo larga de una ranura tallada en un cilindro concéntrico con el eje de la leva cilíndrica.

Características de las levas.

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

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

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

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

Circulo 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 vela).

Angulo de presión: El ángulo en cualquier punto entre la norma a la curva de paso y la dirección instantánea del movimiento del seguidor. Representa la inclinación de la leva.

Árbol de levas

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 orientada 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 relacionad 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.

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 por que 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.

3.2 Diagramas de desplazamiento

La representación matemática de la función que relaciona el desplazamiento del seguidor con la posición angular de la leva, se denomina diagrama cinemático, 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 línea 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 (2): Es un segundo reposo en el que el valor del desplazamiento se mantiene nulo.

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.

3.3 Diseño analítico y gráfico de levas de disco.

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

Circulo de base: Es el 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 considerar el eje de rotación del rodillo si el seguidor es de rodillo.

Circulo primitivo: Es el círculo más pequeño que estando centrado en el eje de rotación de la leva es tangente a la curva primitiva.

Para acomete 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 intervalo, mas precisión se lograra al generar al perfil de la leva).

Se supondrá 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 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 se representaran 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.

Diseño analítico de levas:

Cuando se habla de diseño analítico de levas, se hace referencia a un proceso analítico por medio del cual se determinara el perfil de una leva suponiendo conocida su función de desplazamiento. Este apartado tratara el diseño de levas con varios tipos de seguidores utilizando métodos analíticos.

Unidad 4. Engranes

4.1 Terminología, clasificación y aplicaciones de los engranes.

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios

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