Diseño de levas

¿Qué es una Leva?

La leva es un elemento de un mecanismo que gira sobre un eje que no es su centro geométrico. De manera que la leva sirve para transformar un movimiento circular en un movimiento rectilíneo.

Así pues, la leva es una pieza de un mecanismo que tiene forma ovoide. Esta forma geométrica especial permite convertir su movimiento de giro en un movimiento lineal.

El funcionamiento del mecanismo de la leva es sencillo. La leva gira alrededor de un eje que no es su centro geométrico y está en contacto con un seguidor, de modo que cuando la parte ovalada de la leva entra en contacto con el seguidor hace que este se mueva de manera lineal. Pasando así de un movimiento giratorio a un movimiento lineal alternativo.

Los 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, cilíndrica, 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, posición crítica extrema (CEP, por sus siglas en inglés), movimiento de trayectoria crítica (CPM, por sus siglas en inglés)

Por el tipo de programa de movimiento, subida-bajada (RF, por sus siglas en inglés), subida-bajada-detenimiento (RFD, por sus siglas en inglés), subida-detenimiento-bajada-detenimiento (RDFD, por sus siglas en inglés).

Tipo de movimiento

a). - Un mecanismo de leva-seguidor oscilante tiene un equivalente efectivo de cuatro barras armado con pasadores.

b). - Un mecanismo de leva-seguidor trasladante tiene un equivalente de un mecanismo de cuatro barras de manivela-corredera efectivo.

Tipo de cierre de junta

El cierre de fuerza, como se muestra en la figura siguiente, requiere que se aplique una fuerza externa a la junta para mantener los dos eslabones, leva y seguidor, en contacto físico.

Tipo de seguidor

Tipo de leva

La dirección del movimiento del seguidor con respecto al eje de rotación de la leva determina si es una leva radial o axial.

Todas las levas mostradas en las figuras anteriores son levas radiales porque el movimiento del seguidor es en una dirección radial. Las levas radiales abiertas también se llaman levas de placa.

La siguiente figura muestra una leva axial cuyo seguidor se mueve paralelo al eje de rotación de la leva. Este arreglo también se llama leva de cara si es abierta (con cierre de fuerza) y leva cilíndrica o de barril si es ranurada o acanalada (con cierre de forma).

DIAGRAMAS S V A J

Se grafica la función de desplazamiento s, su primera derivada velocidad v, su segunda derivada aceleración a y su tercera derivada golpeteo j, todas en ejes alineados como una función de ángulo de árbol de levas q, como se muestra en la figura:

DIAGRAMAS S V A J

Es posible considerar que la variable independiente en estas gráficas es el tiempo t o el ángulo de árbol q, ya que se conoce la velocidad angular constante w del árbol de levas y facilita la conversión de ángulo a tiempo y viceversa.

q = w t

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE DE LEVAS

Se refiere a un tipo de movimiento en el cual una leva produce un movimiento oscilatorio en otro componente mecánico. Este movimiento oscilatorio es similar al movimiento armónico simple (MAS) que se observa en un péndulo o en un resorte.

La leva, al girar alrededor de su eje, genera una fuerza que se transmite a otro componente mecánico, como una biela, una varilla o un pistón. Esta fuerza produce un movimiento oscilatorio en el componente, que sigue una trayectoria determinada por la forma de la leva.

La diferenciación de una función armónica en realidad sólo equivale a un desplazamiento de fase de 90° de la función. Es como si, cuando la diferencia, se recortara con unas tijeras una parte diferente de la misma función de onda seno continua, la cual está definida de menos infinito a más infinito.

Las ecuaciones de movimiento armónico simple (MAS) para un movimiento de subida son:

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE DE LEVAS

Ejemplo

Diseñar una leva que tenga una subida de 1 pulgada en 1 segundo, mantenerse en ese punto por 2.5 segundos y que luego baje 1 pulgada por 1.5 segundos, por último, que se mantenga en ese lugar por 1 segundo

Tiempo total=6s