LEVA - Definición - Significado

Órgano capaz de transformar un movimiento rotativo uniforme en otro de tipo distinto: rectilíneo alternativo o bien oscilatorio. En el primer caso, la leva se llama de primera clase y actúa sobre un taqué; en el segundo caso, se denomina de segunda clase y manda directamente un balancín. Generalmente, la leva está constituida por una sección no circular cuyos bordes están en contacto con un órgano móvil (taqué o balancín).

La leva tiene numerosas aplicaciones en los automóviles, como por ejemplo: en el accionamiento de la bomba de gasolina, en el del ruptor del delco, en la regulación de los juegos en los frenos de tambor y en el mando de los tambores cuando se acciona el freno de mano. Sin embargo, la aplicación principal y más conocida es la del mando de las válvulas de los motores de 4 tiempos.

Teóricamente, cada válvula debería alcanzar la máxima apertura de modo instantáneo, permanecer abierta durante cierto tiempo y después cerrarse inmediatamente. Esto fue lo que se intentó conseguir a principios de siglo al recurrir al uso de levas dotadas de resaltes bruscos capaces de determinar la rapidísima apertura de las válvulas (figura 1). Entonces, la velocidad de rotación de los motores era muy baja (inferior a 1.000 rpm); por tanto, las aceleraciones impuestas por la leva al taqué eran moderadas. Dadas las notables dimensiones de las válvulas, las fuerzas de inercia resultaban muy importantes, pero las vibraciones del motor eran tales, que quedaban relegados a segundo plano los problemas de aceleración de las válvulas. Este tipo de perfil de leva fue substituido muy pronto por otro que permitiese alcanzar la elevación máxima de la válvula en un tiempo más largo (figura 2), y, por tanto, con aceleraciones menores (menores fuerzas de inercia), o sea, con un funcionamiento más suave.

Para ilustrar los problemas dinámicos del proyecto de una leva es necesario definir las características geométricas de su perfil. Este depende del movimiento que se quiera realizar. Tal movimiento viene definido por la ley de la elevación en función del tiempo, o sea de la sección de traslación obtenida representando en ordenadas los desplazamientos del taqué y en abscisas los ángulos.

En el perfil de la leva así realizado, se distingue una parte en que la distancia entre el elemento transmisor y el eje de rotación de la leva es variable (fase activa del movimiento), y otra en que permanece invariable (fase de reposo).

La fase activa del movimiento se obtiene con dos trazos curvilíneos, tangentes al círculo de base, llamados flancos de leva, a los cuales corresponden los períodos de apertura y cierre de la válvula, y con un trazo curvilíneo que rodea los dos flancos, llamado cúspide o cabeza de la leva, que corresponde a la máxima apertura de la válvula.

La fase de reposo, correspondiente al período de cierre de la válvula, se obtiene con un trazo circular perteneciente al círculo de base, dejando un pequeño juego entre la leva y el taqué, para permitir las dilataciones térmicas que se producen durante el funcionamiento del motor y garantizar así el cierre perfecto de la válvula; en tal caso se tiene el círculo reducido.

Dada la presencia del juego, no se puede saber con exactitud el punto en que se producirá el contacto entre la leva y el taqué y, por tanto, no es posible realizar un perfil que evite toda posibilidad de choque (tangente horizontal). Esto se remedia enlazando el círculo reducido con el flanco mediante una rampa de acercamiento, de manera que el choque con el taqué o balancín se produzca a una velocidad constante (x 0,5 m/s).

El perfil de la leva es el elemento que requiere mayor atención: no debe provocar excesivas aceleraciones del taqué y mucho menos golpes entre la leva y el taqué.

Es una buena norma proyectar la leva partiendo del diagrama de aceleraciones de la válvula que se intenta realizar. Para un buen funcionamiento, los distintos diagramas deben ser particularmente «suaves», y esta característica puede ser medida correctamente examinando el diagrama de aceleraciones. En general, se ha de actuar de manera que se obtenga una aceleración negativa menor que la positiva, puesto que la aceleración negativa determina el despegue del taqué de la leva; esta separación es contrarrestada por la acción del muelle. La aceleración positiva resulta menos importante, puesto que, mientras tanto, va aumentando la presión de contacto entre la leva y el taqué. Normalmente, los límites de aceleración respetados para las aceleraciones son: aceleraciones positivas, < 100 mm/s2, y aceleraciones negativas, < 16 mm/s2. La discontinuidad en el diagrama de velocidades con que es movido el taqué provoca golpes.

La transmisión del movimiento al taqué o al balancín viene siempre acompañada de vibraciones que, a regímenes de rotación elevados, adquieren especial importancia, puesto que alteran profundamente la ley del movimiento y pueden provocar roturas de válvulas, muelles, balancines, etc. Los ruidos durante el funcionamiento constituyen un índice de tales vibraciones.

Generalmente, las levas se construyen de acero de cementación, cementado y templado, o de fundición esferoidal templada por inducción; sometiéndolas después a un rectificado.

Un tiempo atrás, las levas se fabricaban por separado y se montaban en el árbol de distribución con pasadores transversales.

Para un buen funcionamiento se debe asegurar una perfecta lubricación. Los daños que se pueden originar son: abrasión, pitting, desgarre y estriado.

Finalmente, cabe indicar que han sido estudiados numerosos sistemas de distribución que prevén el empleo de levas con puesta a punto o desfase variable, a fin de ampliar el campo de funcionamiento del motor aplanando la curva del par motor. (* Distribución.)