Mecanismo Leva- Palpador . Engranajes

Mecanismo leva-palpador.
En muchas maquinas se quiere que una pieza determinada se desplace siguiendo una ley más o menos compleja. Son un ejemplo típico las válvulas de admisión y escape de los motores de combustión interna, que han de abrirse o cerrarse en función del giro del cigüeñal en unas posiciones determinadas, de acuerdo con el ciclo termodinámico del motor. Para conseguir este desplazamiento se podría recurrir a accionamientos de diversos tipos: electromagnético, hidráulico, etc., que, controlados por un microprocesador, permitirían funciones de desplazamiento totalmente arbitrarias. Ahora bien, una solución mucho más sencilla, económica y compacta es el clásico mecanismo leva-palpador.
En este capítulo se estudian en detalle las levas planas de rotación, porque son las más frecuentes y de análisis más sencillo, si bien la mayoría de los conceptos que se exponen son aplicables a cualquier tipo de leva.

Secuencia de diseño
La misión de un mecanismo leva-palpador consiste en impulsar el palpador según la ley de desplazamiento deseada, en función del ángulo _ girado por la leva –en el caso de Levas giratorias. Por tanto, la secuencia de diseño del mecanismo, en lo concerniente a aspectos geométricos y cinemáticos, es la siguiente:
1. Especificación de la ley de desplazamiento.
2. Obtención del perfil de la leva que impulsa un palpador determinado según la ley de desplazamiento especificada.
3. Comprobación de que el perfil obtenido no presente características que impidan un contacto levapalpador correcto.
Una ley arbitraria origina un perfil de leva que no es fácilmente calculable ni mecanizable sin la utilización de ordenadores y maquinas de control numérico; eso hace que antiguamente solo se pudiese proceder de manera inversa, estudiando primero perfiles de leva típicos, de mecanización fácil, y después se escogiese aquel que producía el desplazamiento más aproximado al que se pretendía.

Análisis del mecanismo leva-palpador
Objetivo. El análisis del mecanismo leva-palpador consiste en estudiar el movimiento de dos sólidos –la leva y el palpador– de perfiles conocidos, cada uno con un grado de libertad, que se ponen en contacto mediante un par superior. Este estudio permite determinar:
La ecuación geométrica de enlace –ley de desplazamiento–, que relaciona el desplazamiento o giro del palpador con el de la leva.
– La ecuación cinemática de enlace, que relaciona las velocidades de la leva y del palpador en una configuración dada.
– La velocidad de deslizamiento en el punto de contacto.
– El ángulo de presión, un índice del buen funcionamiento del mecanismo.

Características geométricas del perfil de la leva
Una vez obtenido el perfil de la leva, se ha de comprobar que este no presente características geométricas no deseadas que impidan un contacto leva-palpador correcto. Los problemas que se pueden presentar son básicamente de 2 tipos:
– Imposibilidad de acceso del palpador al punto teórico de contacto a causa de que el palpador invada otros tramos de la leva al intentar acceder a este punto.
– Existencia de degeneraciones en el perfil de la leva. A pesar de que la ley de desplazamiento sea continua y suave, es posible que el perfil de la leva presente vértices o autointersecciones.


Engranajes

En muchas maquinas, se hace necesaria la transmisión de movimiento de rotación entre dos ejes, y a menudo se quiere que la relación entre las velocidades angulares de estos ejes sea constante e independiente de la configuración. Para conseguirlo, se utilizan ruedas de fricción, correas, cadenas o engranajes.
En este capítulo, se estudian los engranajes desde el punto de vista cinemático, y las condiciones que se ha de imponer al perfil de los dientes de las ruedas dentadas para que el engranaje sea cinemáticamente correcto.

Transmisión de la rotación entre ejes

La transmisión de la rotación de un eje a otro es necesaria por motivos tales como:
– La existencia de ejes no coincidentes por razones funcionales. Este es el caso del diferencial de un vehículo con motor longitudinal, necesario para transmitir el movimiento de la salida de la caja de cambios a las ruedas.
– La necesidad de establecer una relación de velocidades precisa entre dos ejes. Por ejemplo, el ciclo termodinámico de un motor de 4 tiempos impone que el árbol de levas gire exactamente a la mitad de velocidad que el cigüeñal, o la aguja horaria de un reloj mecánico ha de girar a una velocidad angular 1/60 de la correspondiente a la minutera.
– La necesidad de invertir el sentido de giro de un eje. Es el caso del mecanismo que permite a una motonave invertir el sentido de giro de la hélice para maniobrar.
– La adecuación de la velocidad de un motor a las características de la carga. Por ejemplo, la turbina de un avión de turbohélice gira a una velocidad demasiado elevada para poderse conectar directamente con la hélice con un rendimiento aceptable, y se ha de interponer un reductor entre ellas. Otro ejemplo es el de un aerogenerador en que las palas giran demasiado lentamente para accionar el generador eléctrico y se ha de interponer un multiplicador.
En función de la disposición relativa de los ejes, se utilizan diversos tipos de engranajes:
– Ejes paralelos: engranajes cilíndricos, también denominados paralelos, con dientes rectos,
Helicoidales o dobles helicoidales.
– Ejes que se cortan: engranajes cónicos con dentado recto o espiral.
– Ejes que se cruzan: engranajes cilíndricos helicoidales cruzados o engranajes hipoidales

Otras aplicaciones de los engranajes. Se ha de decir que los engranajes también pueden utilizarse como elementos de bombas o compresores volumétricos. Este es el caso de la
bomba de aceite que se puede encontrar en un motor de explosión, o del compresor Roots.

Trenes de engranajes
Un sistema con más de un par de ruedas dentadas se denomina tren de engranajes. La necesidad de utilizar más de un engranaje puede quedar justificada por los motivos siguientes:
– Obtención de una relación de transmisión imposible de conseguir con un solo par de ruedas. Es el caso de un reductor 1/20 de ejes paralelos, relación de transmisión fuera del rango aconsejable con un único engranaje.
– Poder disponer de una gama de relaciones de transmisión. Es el caso de una caja de cambios de un vehículo.
– Limitaciones del espacio disponible. Por ejemplo, si se ha de transmitir el movimiento entre dos ejes paralelos muy alejados, con solo dos ruedas dentadas, estas tendrían un tamaño excesivo. Es el caso de un vehículo con motor transversal y tracción total. La transmisión a las ruedas posteriores se efectúa mediante un eje intermedio longitudinal y engranajes cónicos.
Transmisión del movimiento de un eje a diversos, simultáneamente. Por ejemplo, el motor paso a paso de un reloj mecánico ha de accionar simultáneamente las tres agujas que señalan los
segundos, los minutos y las horas.
– Obtención de mecanismos con mas de un grado de libertad. Es el caso del diferencial empleado en los automóviles.

EL ARTE DEL PROYECTO DE MÁQUINAS

El motivo por el que se crea una nueva maquina es la existencia de su necesidad presente o previsible. El proceso de creación se inicia con la concepción de un dispositivo, que sirva para una determinada finalidad. A la idea concebida sigue el estudio de la disposición de las diversas partes y de la posición y longitud de las conexiones, asi como los movimientos relativos o cinematica de estas ultimas y de la coloco¡acion de engranajes , pernos, resortes, levas y demás componentes de la maquina. Por modificaciones y perfeccionamiento s sucesivos de las ideas, lo probable es que llegue a varias soluciones, de las cuales se adoptara la que parezca preferible.
La practica real del proyecto consiste en la aplicación de una combinación de principios científicos y de conocimientos adquiridos por experiencia. Rara vez un problema de diseño tiene una sola solución correcta y esto suele poner en situación incomoda al proyectista de maquinas principiante. Aunque el arte del proyecto de maquinas solo se puede aprender con muchos año de practica, mucho de los problemas que plantea requieren tomar decisiones elementales por parte del estudiante.
Verdaderamente, es para él una contrariedad tener que tomar algunas decisiones sin poseer al principio todos los conocimientos necesarios, pero concentrando su atención en ellas adelantara paulitamente de modo considerable en el estudio.
También, es cierto que incluso los ingenieros tienen que adoptar frecuentemente decisiones sin un conocimiento completo de la materia, pero no es lo mismo decidir cuando se poseen todos los conocimientos existentes acerca de la cuestión que hacerlo cuando lo ignoran.