DISEO DE LEVAS

Introduccin:Los sistemas de leva-seguidor con frecuencia son utilizados en todas las clases de mquinas. Las vlvulas de un motor automotriz se abren por levas. Las levas son ms fciles de disear para producir una funcin de salida especfica, pero son mucho ms difciles y costrosas de fabricar que un mecanismo articulado. El mecanismo de leva y seguidor es un dispositivo mecnico extremadamente til, sin el cual las tareas del diseador de mquinas seran ms difciles de llevar a cabo.TERMINOLOGIA DE LEVASLos sistemas leva-seguidor se clasifican de varias maneras: por el tipo de movimiento del seguidor, trasladante o rotatorio (oscilante); por el tipo de leva, radial, cilndrica, tridimensional; por el tipo de cierre de junta, con cierre de forma o fuerza; por el tipo de seguidor, curvo o plano, rodante o deslizante; por el tipo de restricciones de movimiento, posicin critica extrema, movimiento de trayectoria critica, por el tipo de programa de movimiento.

TIPO DE MOVIMIENTO DEL SEGUIDORUn mecanismo de cuatro barras efectivo puede sustituirse por el sistema de leva-seguidor para cualquier posicin instantnea. Las ubicaciones instantneas por los centros de curvatura del sistema leva-seguidor determinan las longitudes de los eslabones efectivos.Las velocidades y aceleraciones del sistema leva-seguidor se encuentran al analizar el comportamiento del mecanismo efectivo en cualquier posicin.

TIPO DE CIERRE DE JUNTACuando se utilizan levas con cierre de forma en trenes de vlvulas de un motor de motocicleta o automvil, se denominan levas desmodromicas.

TIPO DE SEGUIDOREl seguidor, en este contexto, se refiere solo a la parte del eslabn seguidor que est en contacto con la leva, muestra tres disposiciones comunes: cara plana, de hongo (curva) y de rodillo. El seguidor de rodillo tiene la ventaja de poseer menor friccin (rodante), a diferencia del contacto deslizante de los otros dos, pero es ms costoso.Los seguidores de cara plana son ms pequeos que los seguidores de rodillo en algunos diseos de leva, por lo que usualmente se prefieren, as como por su menor costo en trenes para vlvulas automotrices. Los seguidores de rodillos se utilizan con ms frecuencia en maquinaria de produccin, donde su facilidad de reemplazo y disponibilidad constituyen sus principales ventajas

SEGUIDOR DE RODILLO SEGUIDOR DE HONGO SEGUIDOR DE CARA PLANA

TIPO DE LEVALa direccin del movimiento del seguidor con respecto al eje de rotacin de la leva determina si es una leva radial o axialLas levas radiales abiertas tambin se llaman levas de placaUna leva axial cuyo seguidor se mueve paralelo al eje de rotacin de la leva se llama leva de cara si es abierta (con cierre de fuerza) y leva cilndrica o de barril si es ranurada o acanalada (con cierre de forma).Una leva tridimensional o levoide (no mostrada) es una combinacin de levas radial y axial. Es un sistema de dos grados de libertad. Ambas entradas son la rotacin de la leva con respecto a su eje y la traslacin de la leva a lo largo de su eje. El movimiento del seguidor es una funcin de ambas entradas. El seguidor se desplaza a lo largo de una parte diferente de la leva dependiendo de la entrada axial

Tipo de restricciones de movimientoExisten dos categoras generales de restriccin de movimiento, posicin crtica extrema, tambin llamada especificacin de punto final, y movimiento de trayectoria critica.La posicin critica extrema se refiere al caso en que las especificaciones de diseo definen las posiciones inicial y final del seguidor ( es decir, posiciones extremas), pero no especifican ninguna restriccin en el movimiento entre las posiciones extremasMovimiento de trayectoria crtica es un problema ms restringido que el de posicin crtica extrema porque el movimiento y/o una o ms de sus derivadas, se definen en todas o en una parte del intervalo de movimiento. Esto es anlogo a la generacin de funcin en el caso de diseo de mecanismo, excepto que con una leva se logra una funcin de salida continua para el seguidor.

TIPO DE PROGRAMA DE MOVIMIENTO Los programas de movimiento subida-bajada (RF), subida-bajada-detenimiento (RDF) y Subida-detenimiento-bajada-detenimiento (RDFD) se refiere a la restriccin de movimiento de posicin extrema critica en que de hecho definen cuantos detenimientos se presentan en el ciclo completo e movimiento, ninguno (RF), uno (RFD) o ms de uno (RDFD). Los detenimientos, definidos como movimientos nulos de salida durante un periodo especificado de movimiento de entrada son una caracterstica importante de los sistemas leva-seguidor porque es fcil crear detenimiento, y se concluy que en el mejor de los casos, se podra obtener solo un detenimiento aproximadoSi se requiere un movimiento de subida-bajada con posicin extrema crtica (RF), sin detenimiento, entonces se deber considerar un mecanismo de manivela-balancn en lugar de un sistema leva-seguidor por obtener todas las ventajas de los mecanismos articulados sobre las levas de seguridad, facilidad de construccin y costo ms bajo.Los casos de Subida-bajada-detenimiento (RDF) y subida-detenimiento-bajada-detenimiento (RDFD) son las elecciones obvias para sistemas de leva-seguidor por las razones antes citadas. Sin embargo, cada uno de estos casos tienen su propio conjunto de restriccin en el comportamiento de las funciones de leva en las interfaces de contacto entre los segmentos que controlan la subida, la bajada y los detenimientos. En general, se deben igualar las condiciones de frontera (CF) de las funciones y sus derivadas en todas las caras de contacto entre los segmentos de la leva, lo cual se analizara a fondo en las siguientes secciones.

A) SEGUIDORES DE B) LEVAS COMERCIALES DERODILLO COMERCIALVARIOS TIPOS DIAGRAMAS DE S V A JLa primera tarea a realizar por el diseador de levas es seleccionar las funciones matemticas a utilizar para definir el movimiento del seguidor. La aproximacin ms fcil a este proceso es lineal izar la leva, esto es, desenrollarla de su forma circular y considerarla como una funcin graficada en ejes cartesianos.DISEO DE LEVAS CON DOBLE DETENIMIENTO SELECCIN DE LAS FUNCIONES S V A JMuchas aplicaciones de diseo de levas requieren mltiples detenimiento. El caso de doble detenimiento es bastante comn. Quizs una leva de doble detenimiento impulsa una estacin alimentadora de piezas en una mquina de produccin que fabrica pastas dentales. Este seguidor de leva hipottica alimenta un tubo de pastas de dientes vaco (durante el detenimiento bajo), luego lo mueve a la estacin de carga (durante la subida), lo mantiene totalmente inmvil en una posicin extrema critica (CEP) mientras la pasta de dientes es vertida por el fondo abierto del tubo (durante el detenimiento alto), y luego retrae el tubo lleno de vuelta a la posicin de inicio (cero) y lo mantiene en esta posicin extrema critica.

LEY FUNDAMENTAL DE DISEO DE LEVASCualquier leva diseada para operar a velocidades diferentes de las muy bajas debe disearse con las siguientes restricciones:La funcin de leva debe ser continua en la primera y segunda derivada s de desplazamiento a travs de todo el intervalo (360 grados)Si existen algunas discontinuidades en la funcin de aceleracin, habr puntas infinitas o funciones delta a Dirac, que aparecen en la derivada de aceleracin, golpeteo. Las funciones polinomiales son una de las mejores opciones para levas, como se ver despus, aunque presentan una falla que puede provocar problemas en esta aplicacin, cada vez que se diferencian, se reducen en un grado.Para obedecer la ley fundamental de diseo de levas, habr que iniciar con al menos un polinomio de quinto grado (quintico) como funcin de desplazamiento para una leva de doble detenimiento, que degenerara en una funcin cubica a la aceleracin. La funcin de rapidez de aceleracin parablica tendr discontinuidades y la derivada de la rapidez de aceleracin tendr infinitas en ellas. Esto es aceptable, ya que la rapidez de aceleracin aun es finita.MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE (MAS)La diferenciacin de una funcin armnica en realidad solo equivale a un desplazamiento de fase de 90 de la funcin. Es como si, cuando la diferencia, se recortara con unas tijeras una parte diferente de la misma funcin de onda seno continua, la cual est definida de menos infinito a ms infinito. DESPLAZAMIENTO CICLOIDALLa funcin de aceleracin, y en menor grado la funcin del golpeteo, debern ser de primordial inters para el diseador. En algunos casos, sobre todo cuando la masa del tren seguidor es grande o cuando existe una especificacin de velocidad, esa funcin tambin debe disearse con cuidado.

FUNCIONES COMBINADASLa fuerza dinmica es proporcional a la aceleracin. En general, sera deseable reducir al mnimo las fuerzas dinmicas, de este modo tambin se buscara reducir al mnimo las magnitudes de la funcin aceleracin para mantenerla continua. Aceleracin constante: si se desea reducir al mnimo el valor pico de la magnitud de la funcin de aceleracin para un problema dado, la funcin que mejor cumplira esta restriccin es la onda cuadrada. La onda cuadrada tiene la propiedad de valor pico mnimo en un rea dada en un intervalo dado. Sin embargo, esta funcin no es continua. Tienes discontinuidades al principio, a la mitad y al final del intervalo, de modo que, por s mismo, esta es inaceptable como funcin de aceleracin de una leva.Aceleracin trapezoidal: las discontinuidades de la onda cuadrada pueden eliminarse simplemente con eliminar las esquinas de la funcin de onda cuadrada y crear la aceleracin trapezoidal.Aceleracin trapezoidal modificada: se puede mejorar la funcin de aceleracin trapezoidal al sustituir partes de ondas seno en lugar de los lados inclinados de los trapezoides.La funcin trapezoidal modificada antes definida es una de las muchas funciones combinadas para levas juntando pedazos de varias funciones, al mismo tiempo que se tiene cuidado de igual los valores de las curvas s, v y a en todas las interfaces de contacto entre las funciones unidas.Tiene la ventaja de una aceleracin pico terica relativamente baja y transiciones suaves relativamente rpidas al principio y al final del intervaloAceleracin trapezoidal modificada: La curva de aceleracin seno (desplazamiento cicloidal) tiene como ventaja la uniformidad (curva de golpeteo menos mellada) comparada con el trapezoide modificado, pero tiene una aceleracin pico terica mas alta.