RESUMEN El principal objetivo de la práctica es observar cual es el funcionamiento de las levas y cuál es la función que realizan dentro de los mecanismos en los que se utilizan La leva es un elemento mecánico que sirve para impulsar a otro, el seguidor, para que éste desarrolle un movimiento específico, por contacto directo. Son mecanismos sencillos, poco costosos, tienen pocas piezas móviles y ocupan espacios reducidos, pudiéndose lograr casi cualquier tipo de movimiento del del seguidor. El objeto de una leva es el de proporcionar un movimiento periódico a una parte de un mecanismo. Una leva plana, la más común, consiste en un plano que gira respecto a un eje perpendicular, y proporciona un movimiento oscilante a un seguidor en contacto con el perfil de ésta.
Palabras clave: Leva, mecanismo, elemento mecánico, espacios reducidos, movimiento periódico, seguidor.
ABSTRACT
The main objective of the practice is to observe what is the operation of the cams and what is the function they perform within the mechanisms in which they are used The cam is a mechanical element that serves to propel another, the follower, so that it develops a specific movement, by direct contact. They are simple mechanisms, inexpensive, have few moving parts and occupy small spaces, being able to achieve almost any type of movement of the follower. The object of a cam is to provide a periodic movement to a part of a mechanism. A flat cam, the most common, consists of a plane that rotates about a perpendicular axis, and provides an oscillating movement to a follower in contact with the profile thereof.
Keywords: Cam, mechanism, mechanical element, reduced spaces, periodic movement, follower.
1.
TEMA: Análisis cinemático de levas
2. OBJETIVOS:
Efectuar el análisis trigonométrico de las diferentes tipos de levas.
Observar el comportamiento de los diferentes tipos de levas.
Observar los niveles de ruido en las diferentes levas.
Conocer la función de las levas en sistemas mecánicos.
Estudiar el comportamiento de levas a diferentes velocidades.
Determinar los diferentes tipos de levas que existen y sus aplicaciones.
3. MARCO TEÓRICO LEVA Las levas son elementos de máquinas que sirven para efectuar control de tiempos y movimientos. Parte importante en el diseño de una leva es el análisis cinemática. Existen ocasiones donde se propone el perfil de una leva y se pide el análisis de desplazamiento, velocidad y aceleración. Este análisis se lo puede hacer ya sea por medio de un análisis trigonométrico o por medio de un programa como el Working Model 2D.
Diseño cinemático de una leva La leva y el seguidor realizan un movimiento cíclico (360 grados). Durante un ciclo de movimiento el seguidor se encuentra en una de tres fases. Cada fase dispone de otros cuatro sinusoidales que en el coseno de "fi" se admiten como levas espectatrices. Sirve muchas veces para los motores de los coches o bicicletas.
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 siguientes requisitos, lo que es llamado la 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 (sobreaceleración 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 leva, lo cual sería perjudicial para la estructura y el sistema en general.
Funcionamiento Para su correcto funcionamiento, este mecanismo necesita, al menos: árbol, soporte, leva y seguidor de leva (palpador) acompañado de un sistema de recuperación (muelle, resorte...).
El árbol es el eje de giro de la leva y el encargado de transmitirle su movimiento giratorio. El soporte es el encargado de mantener unido todo el conjunto y, normalmente, guiar el movimiento del seguidor La leva es siempre la que recibe el movimiento giratorio a través del eje o del árbol en el que está montada. Su perfil hace que el seguidor ejecute un ciclo de movimientos muy preciso. El seguidor (palpador) apoya directamente sobre el perfil de la leva y se mueve a medida que ella gira. Para conseguir que el seguidor esté permanentemente en contacto con la leva es necesario dotarlo de un sistema de recuperación (normalmente un muelle o un resorte)
La leva va solidaria con un eje (árbol) que le transmite el movimiento giratorio; en muchas aplicaciones se recurre a montar varias levas sobre un mismo eje o árbol (árbol de levas), lo que permite la sincronización del movimiento de varios seguidores a la vez.
Diagramas SVAJ Son gráficas que muestran la posición, velocidad, aceleración y sobre aceleración 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, existe un software desarrollado por Robert L. Norton llamado Dynacam, que de acuerdo a los datos de subida, detenimiento y bajada permite seleccionar las ecuaciones de movimiento y hace el dibujo de la leva junto a los dia gramas SVAJ, además de calcular las fuerzas dinámicas que actúan sobre la leva.
Análisis trigonométrico de una leva tangencial
0 0.1 36
1 41.85
2 99.2 1
ro
r 12.
14.7
d
R 25.4
s1
( R ro)
cos 180
R
( R ro)
2 sin 70.53 180 s2 d cos 70.53 ( r ro) 1 d ( R ro) 180 ( r ro)
if 1 s1 s2
s3
s4
( R ro)
cos 141.06
180
( R ro)
if 1 2 s3 s4
s5
s6
s
if
v
d d
141.06 s5 s6
s
a
d
v
d
MASA
10
PRECARGA
90
34
K 10000 K
N
MASA
0.15
Ccritico 2 MASA C Ccritico
C 94.868
MASA a 2 C v 1000 1000
Fc
K 1000
s
4. MATERIALES Y EQUIPOS
Levas de diferentes tipos
Software matemático (MathCAD)
Software de diseño (AutoCAD)
5. PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA Instalar cada una de las levas y hacerlas girar, notando los diferentes nivel es de ruido que existen en cada una
Estas levas tienen diferentes características
Tipo Circular: las válvulas abren y cierran a velocidad moderada. Tipo Tangencial: las válvulas abren a mayor aceleración. Tipo Aceleración Constante: las válvulas se abren y cierran acelerando uniformemente.
6. CÁLCULOS Y GRÁFICOS
Escribir el programa anterior en MathCAD
0 0.1 360
1 41.85
2 99.2 1
ro
r 12.7
14.
d
R 25.4
s1
( R ro)
cos 180
R
( R ro)
2 sin 70.53 180 ( R ro) s2 d cos 70.53 ( r ro) 1 d 180 ( r ro )
if 1 s1 s2
s3
s4
( R ro)
if
s5
cos 141.06
180
( R ro)
1 2 s3 s4
0
s6
s
if 141.06 s5 s6
v
d d
s
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d
v
d
Determinación de la fuerza de contacto.
MASA
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PRECARGA
900
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K 10000 K
N
MASA
0.15 Ccritico 2 MASA N C Ccritico
C
94.868
MASA a 2 C v 1000 1000
Fc
K 1000
s
Dibujar las levas respectivas en AutoCAD. Efectuar el análisis trigonométrico de la leva siguiente:
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
8. PREGUNTAS Y/O EJERCICIOS
Investigue que aplicaciones tiene las levas en los procesos industriales.
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9.1 CONCLUSIONES
La leva es un dispositivo que transforma un movimiento lineal alternativo o giratorio en otro lineal o giratorio, ambos alternativos.
Para determinar el análisis cinemático de una leva se lo puede realizar mediante la gráfica de su perfil para luego realizar el análisis trigonométrico El movimiento motriz, normalmente giratorio, lo efectúa la leva, que posee un determinado perfil, y el seguidor, en contacto permanente con ésta, reproduce linealmente el contorno de la leva.
Dependiendo de la aplicación que le queramos darle a la leva dependerá la geometría de las misma pues éstas se clasifican dependiendo de cómo varía la velocidad, la aceleración
9.2 RECOMENDACIONES
Verificar que el equipo de medición se encuentre funcionando y proporcionando los respectivos datos. Colocar de manera correcta las distintas levas ajustándolas para evitar que se pueda salir. En el volante de inercia realizar un giro manualmente para ayudar en los movimientos iniciales del sistema para proporcionar tra fuerza adicional y no forzar el sistema.
Verificar que todos los sistemas estén funcionando correctamente (fusibles).
Aumentar la velocidad en las levas conforme ésta s se comiencen a mover.
No trabajar con velocidades muy altas para poder obtener diagramas similares a los teóricos.
10. REFERENCIAS
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_levas.htm https://es.wikipedia.org/wiki/Leva_(mec%C3%A1nica)#Dise.C3.B1o_cinem.C3 .A1tico_de_la_leva https://diccionario.motorgiga.com/diccionario/leva-definicion-significado/gmxniv15-con194653.htm
https://diccionario.motorgiga.com/levas-de-cambio-en-el-volante
https://diccionario.motorgiga.com/levas-de-cambio-en-el-volante
