INTRODUCCIÓN.

* ¿Qué es una Leva?.

Una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor.

* ¿Qué es un Árbol de Levas?


Es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan distintas levas, que pueden tener distintas formas y tamaños y estar orientadas de diferente manera, para activar diferentes mecanismos a intervalos repetitivos, como por ejemplo unas válvulas, es decir, constituye un temporizador mecánico cíclico.

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HISTORIA.

El árbol de levas o eje de levas es el órgano del motor que regula el movimiento de las válvulas de admisión y de escape. 

Las posibles disposiciones en cuanto a los sistemas de regulación del árbol de levas son diversas en funcioón de la constitución del motor y de sus prestaciones. Sobre los primeros vehículos, el árbol de levas estaba dispuesto lateralmente y sólo mandaba las válvulas de escape. Las válvulas de admisión eran automáticas y se abrían por depresión. Posteriormente en 1903, fue introducido un segundo árbol de levas en el bloque para regular también las válvulas de admisión. Con la solución del árbol de levas en el bloque, sencillo o doble, la lubricación fue simplificada y el mando del árbol quedó resuelto con un sencillo engranaje. No obstante, las válvulas laterales no permitían relaciones de compresión elevadas ni buenos rendimientos volumétricos. Esto obligó a los constructores a adoptar, en gran escala, después de 1910, los balancines y a colocar las válvulas en cabeza. Por otra parte, el árbol de levas en cabeza había sido incorporado ya en 1903 a un motor de automóvil del inglés Mandslay y fue adoptado en serie por la Isot-ta Fraschini en 1905 sobre el modelo D 100 HP. Más tarde, las ventajas derivadas de la disposición en V de las válvulas llevaron a la introducción del doble árbol de levas en cabeza. 

Desde la primera guerra mundial a nuestros días la posición del árbol de levas no ha experimentado más modificaciones. Los sistemas adoptados han permanecido substancialmente invariables, prefiriéndose la solución lateral, en el bloque, por motivos de simplicidad constructiva en los vehículos utilitarios y medianos, mientras que en los vehículos de mayor categoría y en los deportivos se adoptó el árbol de levas en cabeza, sencillo o doble. Las desventajas con respecto al árbol de levas eran de naturaleza constructiva y se referían a costes de fabricación más elevados por la mayor complicación de la culata, la dificultad de lubricación de todos los elementos y cierta complicación en las operaciones de montaje y manutención. Sin embargo, muchos de estos problemas han sido resueltos brillantemente con la introducción del mando por correa dentada después de 1965.

FUNCIÓN.

Un árbol de levas tiene por función abrir la válvula por medio de una "leva" y mantenerla así durante el tiempo necesario para que entre o salga la mezcla aire-gas al cilindro donde se realizará la combustión. Además, tiene como función secundaria hacer girar directamente la bomba de aceite.

El árbol de levas cumple la misma función en todo tipo de motor, equipado con cualquier tipo de encendido. Mediante la rotación coordinada de excéntricas, cuando se abre la válvula de admisión, entra gas (mezcla de carburante y oxígeno) o gas comprimido. Mientras tanto, la de escape está cerrada. El cigüeñal hace subir el pistón y comprime la mezcla, se produce la explosión, baja el pistón y la válvula de escape abre, permitiendo salir el gas quemado.


* Sincronismo de Válvulas.


El árbol de levas es responsable en gran parte del rendimiento de un motor. Determina el número de revoluciones que se requieren para obtener la mejor respiración (rendimiento volumétrico). La creación de un buen árbol de levas obliga a mucho conocimiento de geometría, cálculo matemático y de mecánica de los gases. A la vez, requiere de pruebas prácticas sofisticadas. En motores de carrera el árbol de levas es pieza central de una buena preparación.


* Geometría de Lóbulos de Levas.


-Tipo Circular: Las válvulas abren y cierran a velocidad moderada.
-Tipo Tangencial: Las válvulas abren con mayor aceleración.

-Tipo Aceleración Constante: Las válvulas se abren y cierran acelerando uniformemente.

Básicamente hay 2 características a medir de la leva:           
                           

- El Levante.
- La Duración.

El árbol de levas gira sobre cojinetes de diferentes aleaciones que están lubricados para que no friccionen. También el árbol convierte el movimiento rotatorio de los taquetes y las válvulas en lineal. En algunos motores, el movimiento lineal se transmite a través de una varilla de empuje. En otros, pasa directamente al taquete o a la válvula. 

PARTES.

El arbol de levas es un eje que gira solidario al cigüeñal y a la mitad de vueltas que éste. Está provisto de unas excéntrics, llamadas levas, en número de dos por cilindro y una más para la bomba de alimentación.

Las dos levas que tiene cada cilindro son:

• Para admisión.
• Para escape.

En el arbol de levas va dispuesto tembién un piñón que servirá para moer, por su parte inferior, la bomba de engrase y, por su parte superior, el eje ruptor y pipa o distribuidor.


En algunos casos, elárbol de levas incluye en el cuerpo principal de árbol de levas, ocho levas de funcionamiento de válvula y una leva de accionamiento de bomba de combustible que son elementos que están formados independientemente del cuerpo principal de árbol de levas y a continuación se ensamblan con el mismo. Las partes de los árboles de levas que se soportan por estas partes se tratan en la superficie, por ejemplo, se endurecen por inducción, para poder obtener una elevada dureza. 

MATERIALES.

El material usado para los árboles de levas ha de ser tal que resiste el notable roce debido al frotamiento contra los balancines. En general, para motores de grandes series, se utilizan fundiciones esferoidales o nodulares templadas, que alcanzan una dureza notable y conservan un coeficiente de rozamiento muy bajo, resultando el costo de la fusión muy pequeño. Para motores de mayores prestaciones, los materiales usados son aceros de cementación, cementados y templados hasta durezas de 60-62 HRC; en general se parte de una pieza estampada.

El árbol de levas posee unos elementos constituidos por material fundido endurecible con un límite de alargamiento mayores a 500 N/MM2 y una dilatación mínima de 1 hasta 2%. Por la composición del material de los árboles de levas existen dos grupos: acero y/o fundición.


Se conocen árboles de levas que están fabricados de una pieza, es decir, forjados o fundidos. Las superficies de deslizamiento de las levas que sufren el desgaste están refundidas mediante haces de láser, haces electrónicos o TIG, según un tratamiento mecánico por arranque de virutas o, por ejemplo, endurecidas inductivamente o según un proceso térmico/químico. Además, se conoce el fabricar árboles de levas a partir de piezas individuales. Las levas individuales se llevan al árbol y se unen con éste mediante soldadura, se montan a presión o en caliente. Con ello, se elimina de una vez el defecto del gran peso de los discos de levas macizos, dado que el árbol puede ser un árbol hueco, sin embargo, el esfuerzo de fabricación es aún muy alto.

Pueden utilizarse además materiales cerámicos para su realización. Estos tienen la ventaja de producir, con las máximas resistencias al desgaste y el peso mínimo, los árboles de levas más ligeros. Otra configuración ventajosa del árbol de levas consiste en que el tubo está hecho de aluminio o titanio. De esta forma, el árbol de levas es muy ligero.


Su fabricación puede ser en procesos de fundición, forja, árboles ensamblados, suelen someterse a acabados superficiales de tratamientos térmicos, cementado, etc, que sirven para endurecer la superficie del árbol pero no su núcleo. Posteriormente son maquinados para dar los acabados finales y la precisión requerida.


 

TIPOS DE ÁRBOLES DE LEVAS.

* HIDRÁULICO: Este tipo de árbol de levas utiliza un  elevador hidráulico, lo que significa que es mucho más tranquilo que un árbol de levas levantador de sólidos y produce una excelente potencia y fiabilidad. Además es muy rentable.

* SÓLIDOS LEVANTADOR: Este árbol de levas consiste principalmente en utilizar un elevador sólido y un líquido hidráulico en el elevador. Fue utilizado sobre todo en los 60's y 70's.

* ÁRBOL DE LEVAS DE ARRIBA: La mayoría de los motores modernos utilizan este tipo de árbol de levas, debido a la posibilidad de crear un motor de altas revoluciones que puede realizar, y aún más, obtener el rendimiento de la gasolina que la gente está buscando. Estos árboles de levas no usan elevadores, ni varillas de empuje. Los árboles de levas se encuentran en el cilindro del motor y no en el bloque del motor.

* HIDRÁULICO DEL RODILLO: Este tipo de árbol de levas utiliza un levantador de rodillo hidráulico, el cual, cumple la función de servir como una palanca; tiene un rodillo en el extremo que permite que el levantador pueda rodar para arriba y hacia abajo en el árbol de levas a medida que gira alrededor. Estos árboles de levas son muy buenos, ya que garantiza muy buenos resultados. Sin embargo, su costo o precio en el mercado es muy alto. La mayoría de los motores impulsan el uso de estos tipos de árboles de levas.

APLICACIONES.

Los usos de los árboles de levas son muy variados, como en molinos, telares, sistemas de distribución de agua o martillos hidráulicos, aunque su aplicación más desarrollada es la relacionada con el motor de combustión interna alternativo, en los que se encarga de regular tanto la carrera de apertura y el cierre de las válvulas, como la duración de esta fase de apertura, permitiendo renovación de la carga en las fases de admisión y escape de gases en los cilindros.