Cinemática de los Mecanismos de Levas

Nociones generales.

El proceso de trabajo de muchas máquinas conduce a la necesidad de
tener entre sus componentes mecanismos en los cuales el movimiento de
sus eslabones finales deba ser ejecutado rigurosamente por una ley dada y
coordinadamente con el movimiento de otros mecanismos. Para cumplir
esta tarea los mecanismos más sencillos, seguros y compactos resultan los
de levas.
Los mecanismos planos de leva contienen al menos un par cinemático
superior, de dos movimientos, este mecanismo consta de dos elementos
móviles, la leva y el seguidor montados en un marco fijo, el bastidor.



Una característica inigualable de las levas es que pueden impartir movimientos bien distintos a su seguidor, de hecho las levas pueden ser usadas para obtener movimientos inusuales o irregulares que serían muy difíciles de obtener con otros mecanismos, siendo esta su principal ventaja.
No obstante los mecanismos de leva tienen imperfecciones relacionadas con la existencia de un par cinemático superior, los elementos que forman el par de dos movimientos, teóricamente entran en contacto por una línea, por lo que teóricamente la presión específica en el lugar de contacto deberá ser indefinidamente grande. En la práctica debido a la deformación 2 elástica de los elementos del mecanismo el contacto se realiza en un área muy pequeña, siendo la presión específica debido a esto limitada, pero superior a la que se produce cuando el contacto se realiza en un área mayor, como sucede en los pares cinemáticos inferiores.

Tipos de cierre en los mecanismos de leva.

El seguidor, o el empujador, necesita mantenerse en contacto con la superficie de la leva para alcanzar el movimiento deseado. El contacto permanente del par cinemático superior en el mecanismo de leva se puede garantizar por una cerradura geométrica, cierre cinemático, o por fuerza con la ayuda de distintas cargas, en este caso los muelles son muy populares para este propósito. En los casos donde el seguidor está en el plano vertical, el peso del seguidor y de las partes unidas a el puede ser
suficiente para mantener el contacto.
Como ejemplo de mecanismo con cierre cinemático de un par superior puede servir el mecanismo representado en la figura 2, aquí en la leva se ha fresado una ranura que sirve de guía para mover al seguidor hacia uno u otro lado.



Con el objetivo de disminuir el roce entre los elementos de los pares cinemáticos de dos movimientos, así como para reducir los esfuerzos de contacto, en los mecanismos de leva, se introduce con frecuencia un elemento especial, el rodillo, (ver figura 1) que gira libremente en un eje 3 fijado al bastidor, lo cual implica un ahorro de energía, baja temperatura de operación y alta capacidad de carga.

Diferentes tipos de mecanismos de leva.
Existe una gran variedad de levas disponibles, éstas pueden ser clasificadas según sus diferentes aplicaciones o configuraciones. Sin embargo la mayoría de las levas pueden ser separadas en los tres tipos generales siguientes:



Los mecanismos de leva más utilizados en la práctica son los de seguidor con movimiento rectilíneo y de balancín con rodillo (figuras 1 y 5). El seguidor rectilíneo es más compacto que el de balancín pero tiene mayores perdidas por fricción.


Los seguidores planos, son muy útiles en los mecanismos rápidos dado a que la fuerza ejercida por la leva es siempre perpendicular a la dirección del movimiento y la masa y dimensiones del seguidor son mínimas, su desventaja principal que es el gran deslizamiento entre la leva y el seguidor puede reducirse desplazando la leva del plano de movimiento y admitiendo el giro del elemento seguidor respecto a su eje cuando sea posible.

Movimiento del seguidor.

Un ciclo de movimiento del seguidor se realiza durante una vuelta de la leva, y pueden distinguirse cuatro fases:

1. El alejamiento del seguidor, es el movimiento del seguidor alejándose
del centro de la leva.
2. La parada en la posición superior, es el movimiento de la leva durante
el cual el seguidor está en reposo en la posición indicada.
3. El acercamiento del seguidor es el movimiento del seguidor acercándose
al centro de la leva.
4. La parada en la posición inferior es el movimiento de la leva durante el
cual el seguidor está en reposo en la posición indicada.


El perfil de la leva se corresponde con
los intervalos de desplazamiento del
seguidor, por lo que en elle se
distinguen el perfil de alejamiento
con el ángulo al, el de parada
superior, con el ángulo s, el perfil de
acercamiento, con el ángulo ac y el
perfil de parada en la posición
inferior, con el ángulo s.





Luis Bejarano