Leva y seguidor: definición, tipos, principio de funcionamiento, ventajas, aplicaciones

Tabla de Contenido

Cam y seguidor

Cam y seguidor es un mecanismo que se utiliza para obtener el movimiento deseado, como alternativo o traslacional, a partir de una entrada disponible, generalmente rotacional.

La leva y el seguidor con diferentes tamaños y formas están disponibles en el mercado.

Los elementos del mecanismo son;

  • Leva
  • Seguidor

Diagrama de leva y seguidor

Cam y seguidor

¿Qué es una cámara?

La leva es el componente impulsor del mecanismo, asegurándose de que el seguidor siga el movimiento deseado.

Por lo tanto, el perfil y el tamaño de la leva son importantes en un mecanismo de leva y seguidor. 

Al diseñar el mecanismo, la principal preocupación es conseguir el perfil adecuado de la leva.

¿Qué es un seguidor?

El componente que da el movimiento deseado en el mecanismo es el seguidor. El movimiento del seguidor es la salida en el mecanismo del seguidor de leva.

Generalmente, los seguidores tienen dos tipos distintos de movimientos, oscilantes y recíprocos. Los seguidores están diseñados de tal manera que siempre toca la leva durante el funcionamiento de la leva.

A medida que el seguidor se mueve sobre la leva, existe una resistencia a la fricción y una acción de empuje lateral. La resistencia a la fricción conduce al desgaste del mecanismo del seguidor de leva.

Clasificación de leva y seguidor | Diferentes tipos de cámara y seguidor.

Hay diferentes tipos de cámaras y seguidores disponibles según las aplicaciones.

Éstos se analizan a continuación;

Tipos de cámaras

Las levas se pueden clasificar de la siguiente manera;

Tipos de levas: según la forma

  • Placa o leva de disco

Es la leva más utilizada. Se corta de un disco o placa de metal a una forma planificada previamente de acuerdo con el requisito. 

Se pueden explicar muchos parámetros importantes de la leva usando la leva de placa, como el círculo base, el ángulo de presión, el punto de inclinación, etc.

.

  • Leva cilíndrica

La leva tiene forma cilíndrica. Se corta una ranura en la superficie del cilindro y el seguidor se mueve dentro de la ranura. El cilindro gira y el seguidor oscila en consecuencia. 

  • Leva de cuña

La figura muestra una leva de cuña. Las levas de cuña tienen una cuña de forma específica que se mueve alternativamente y conduce a un movimiento alternativo u oscilación del seguidor. 

  • Leva esférica

Una leva esférica es similar a una leva cilíndrica; la única diferencia es que la ranura se corta en una esfera en lugar de en un cilindro. 

  • Cámara Globoide

La leva globoide también es similar a la leva cilíndrica; la única diferencia es que la arboleda se corta en forma globoide.

  • Cámara conjugada o dual

La leva conjugada consta de levas de dos discos que se atornillan entre sí. Este tipo se utiliza para operaciones muy silenciosas. 

Tipos de levas: basado en el movimiento del seguidor

El movimiento seguidor se puede clasificar como,

  • Permanencia: no hay movimiento para el seguidor.
  • Subir o ascender: el seguidor se mueve hacia arriba.
  • Retorno o descenso: el seguidor se mueve hacia abajo.

El perfil de la leva controla la longitud y la cantidad de ascenso, descenso o permanencia en un mecanismo seguidor de leva. Por tanto, según el movimiento del seguidor, las levas se pueden clasificar.

Con el diseño adecuado del perfil de la leva, se puede lograr cualquier combinación de permanencia, elevación o retorno. En cada ciclo, el seguidor regresa al estado inicial. Por lo tanto, si hay un ascenso, la misma cantidad de descenso estará allí en el perfil de la leva automáticamente.

Algunas combinaciones son,

  • Leva de subida, permanencia, retorno
  • Levantar, volver, subir
  • Dwell, Rise, Dwell, Return, Dwell cam

Tipos de levas: basado en el tipo de restricción

  • Cargado de resortes: El contacto entre la leva y el seguidor se habilita mediante un resorte precargado.
  • Impulso positivo: Proporcionar una ranura como se muestra en la leva cilíndrica es un ejemplo de una leva de transmisión positiva. Aquí, el movimiento del seguidor está restringido debido a la presencia de un surco.
  • Leva de gravedad: La fuerza de gravedad ayuda a mantener el contacto entre la leva y el seguidor. El peso del seguidor debe ser suficiente para tener un contacto constante.

Tipos de seguidores

Los seguidores se pueden clasificar de la siguiente manera;

Tipos de seguidores : Basado en la forma del seguidor

  • Seguidor de filo de cuchillo

En la figura se muestra un ejemplo de seguidor de filo de cuchillo. Tiene un borde afilado, es decir, un filo de cuchillo, que hace contacto con la leva. 

Podemos esperar una mayor resistencia a la fricción y al desgaste para este tipo de levas. Y el sistema también tiene un empuje lateral considerable. Debido a estas limitaciones, no se usa comúnmente. 

  • Seguidor de rodillos

En este seguidor, el borde puntiagudo se reemplaza por un rodillo que gira libremente sobre su eje. Aquí, la resistencia a la fricción y el desgaste se reducen. Sin embargo, el empuje lateral no se elimina.

  • Seguidor de cara plana

También se le llama seguidor de hongos. El punto de contacto en el seguidor del filo de la cuchilla se reemplaza por una placa plana, como se muestra en la figura. Aquí, la resistencia a la fricción no se reduce; sin embargo, se puede lograr una disminución considerable del empuje lateral. 

El perfil de la leva debe tener una forma convexa para este tipo de seguidor; de lo contrario, el seguidor y la leva se atascan en el perfil cóncavo de la leva.  

  • Seguidor de cara esférica

Esto es similar al seguidor de cara plana; la diferencia es que el perfil de contacto tiene la forma de un hemisferio; por tanto, la resistencia a la fricción también se reduce.

Types de seguidores : Basado en el movimiento

  • Seguidor oscilante

El seguidor oscila en este tipo de mecanismo de seguidor de leva. En la figura se da un ejemplo.

  • Seguidor alternativo

El seguidor se mueve alternativamente en este tipo de mecanismo de seguidor de leva. En la figura se da un ejemplo.

Tipos de seguimientoERS : Basado en el camino del seguidor

  • Seguidor radial o en línea

En este tipo de seguidores, el centro de la leva y la línea de acción del seguidor están en la misma línea que se muestra en la figura.

  • Mecanismo de seguidor de compensación o seguidor de leva excéntrico

En este tipo de seguidores, la línea de acción extendida del seguidor y el centro de la leva no se encuentran en la misma línea. El empuje lateral se reduce si usamos un seguidor de compensación.

La terminología de una leva

Ya hablamos de la importancia de un perfil de levas.

Ahora analizaremos una terminología importante de la cámara. 

La figura muestra una leva con un seguidor de rodillo, indicando todos los términos que estamos a punto de discutir. 

Se muestra el rodillo en las diferentes posiciones sobre la leva, asumiendo que la leva permanece estacionaria y el rodillo se desplaza junto con el perfil de la leva.

  • Círculo base 

Es el círculo más pequeño dibujado con el centro en el centro de la leva y toca el perfil de la leva.

  • Puntos de seguimiento

Estos son los puntos arbitrarios alrededor del perfil de la leva, a través de los cuales se mueve el centro del seguidor. 

En el caso del seguidor de rodillo, los puntos de trazado se obtienen sumando el radio del rodillo del perfil de la leva, como se muestra en la figura. 

En el caso de los seguidores con filo de cuchillo, los puntos de seguimiento se encuentran en el propio perfil de leva.

  • Curva de tono

Si unimos todos los puntos de la traza obtenemos la curva de tono.

  • Primer círculo

Es el círculo más pequeño dibujado con el centro en el centro de la leva y toca la curva de paso.

  • Angulo de PRESION

El ángulo de presión se define en cada punto de la curva de paso.

Es el ángulo entre la dirección del movimiento del seguidor y la normal a la curva de tono.

Cuanto mayor sea la inclinación del perfil de la leva, mayor será el ángulo de presión.

No se prefiere un ángulo de presión más alto ya que aumenta la fuerza requerida para levantar el seguidor. 

  • Punto de tono

Es un punto en la curva de paso donde el ángulo de presión es máximo.

  • Círculo primitivo

Haz un círculo con el centro en el centro de la leva y pasa por el punto de cabeceo.

Mecanismo de trabajo de leva y seguidor.

La figura muestra el mecanismo de leva y seguidor en diferentes posiciones.

En la figura dada, la leva gira en sentido antihorario.

Inicialmente, durante algún tiempo, el seguidor se mueve hacia arriba. El movimiento ascendente se conoce como período de ascenso o ascenso (entre (a) y (b)).

Después de eso, el seguidor permanece en la misma posición durante cierta rotación de la leva (entre (b) y (c)).

En adelante, el seguidor se mueve hacia abajo (entre (c) y (d)), conocido como descender o regresar. Al final del retorno, el seguidor alcanza su posición inicial y permanece estacionario hasta que comienza el siguiente ciclo (entre (d) y (e)).

El ciclo sigue repitiéndose. Aquí, obtuvimos el movimiento alternativo para el seguidor del movimiento de rotación de la leva.

El movimiento del seguidor se puede clasificar como subir-morar-volver-morar.

Podemos cambiar el movimiento del seguidor diseñando apropiadamente el perfil de la leva.

Imagine el movimiento del seguidor para la figura que se muestra a continuación,

Fuerzas que actúan en un mecanismo de leva y seguidor.

Hay principalmente dos fuerzas que actúan en el mecanismo del seguidor de leva, la fuerza normal y la fuerza de fricción.

La dirección de la fuerza normal y la fuerza de fricción se muestra en la figura. La fuerza normal actúa normal al perfil de la leva y la fuerza de fricción actúa tangencialmente al perfil de la leva.

La fuerza normal se puede dividir en dos componentes; horizontal y vertical.

La ecuación para la fuerza horizontal y vertical se da a continuación,

  

F_v = F_ncos \ theta

F_h = F_nsin \ theta

La fuerza vertical ayuda a levantar al seguidor. La fuerza horizontal es una fuerza innecesaria, que le da un empuje lateral al seguidor.

El ángel θ es el ángulo de presión.

El análisis anterior se realiza solo para fuerza normal. La fuerza de fricción también se puede analizar de manera similar dividiéndola en componentes horizontales y verticales.

Se puede observar que la fuerza de fricción aumenta el empuje lateral y disminuye la fuerza de elevación neta.

Empuje lateral en leva y seguidor

Como se explicó anteriormente, el empuje lateral es una fuerza innecesaria que debe reducirse para el buen funcionamiento del mecanismo de leva y seguidor.

Un componente de la fuerza normal y la fuerza de fricción contribuye al empuje lateral. 

El empuje lateral se puede reducir mediante,

  • Usando un seguidor de cara plana
  • Usando mecanismo de seguidor de leva de compensación.
  • Reducir el ángulo de presión.
  • Reducir la fricción

Importancia del ángulo de presión en la leva y el seguidor

Del análisis anterior, podemos ver que el aumento en el ángulo de presión conduce a una disminución en la fuerza de elevación y un aumento en la fuerza de empuje. La fuerza de elevación debe ser suficiente para superar la fuerza del resorte o la fuerza gravitacional en el mecanismo del seguidor de leva. Por lo tanto, si el ángulo de presión es muy alto, se requiere mucha energía para levantar el seguidor.

Por lo tanto, el ángulo de presión generalmente se mantiene lo más bajo posible en el mecanismo del seguidor de leva.

Diseño de seguidor de levas

Ahora, discutimos cómo diseñar un mecanismo seguidor de leva.

El diseño del perfil de la leva es el paso principal en la fabricación del mecanismo del seguidor de leva.

El perfil de la leva depende del tamaño del seguidor, el tipo de seguidor y el tipo de movimiento requerido. 

La velocidad constante, la aceleración constante y el movimiento armónico simple son algunos de los movimientos en el mecanismo de leva y seguidor.

Los perfiles de la leva son diferentes para obtener los movimientos anteriores. 

Antes de discutir el perfil de la cámara, debemos conocer algunos términos.

Ángulo de ascenso : La rotación angular de la leva durante el ascenso del seguidor se conoce como ángulo de ascenso.

Ángulo de permanencia: Es la rotación angular de la leva durante el período de permanencia.

Ángulo de descenso: Es la rotación angular de la leva durante el período de retorno.

Levantar o golpear: La distancia recorrida por el seguidor durante el período de subida o retorno.

Ahora, analicemos el diseño de un perfil de cámara. 

El paso crítico en el diseño del perfil de la leva es dibujar un diagrama de desplazamiento.

El diagrama de desplazamiento es el gráfico trazado entre la distancia angular de la leva y la elevación del seguidor. 

El diagrama de desplazamiento varía para diferentes movimientos. 

Después de obtener el diagrama de desplazamiento, tenemos que transferir la distancia al círculo base para obtener el perfil de la leva. 

Diagrama de desplazamiento

El diagrama de desplazamiento para diferentes movimientos se explica en esta sección.

El ángulo de ascenso, permanencia, descenso y elevación de la carrera son variables predefinidas.

Ahora supongamos que el ángulo de ascenso, permanencia y descenso, y elevación del trazo son 90o, 90o, 90oy 10 cm, respectivamente. 

 A continuación se explica el dibujo de diferentes diagramas de desplazamiento;

Velocidad constante

  • Dibuje el eje xy el eje y, marque los ángulos en el eje x y levante en el eje y.
  • Marque el ascenso, descenso y permanencia en el eje x.
  • Une la esquina inferior izquierda y la esquina superior derecha en ascenso para obtener el desplazamiento del seguidor durante el período de arroz.
  • Durante el período de permanencia, la curva de desplazamiento será paralela al eje x.
  • Une la esquina superior izquierda y la esquina inferior derecha para dibujar la curva de desplazamiento durante el descenso.

Aceleración constante

La figura muestra el dibujo del diagrama de desplazamiento para ascender.

  • Divida el ángulo de ascenso entre un número par de partes (n partes). Y dibuja líneas verticales. 
  • Marque la línea central y divídala en n partes. 
  • Dibuja una línea desde la esquina inferior izquierda hasta cada punto de la línea central hasta n / 2 partes, haz lo mismo para el punto restante desde la esquina superior derecha.
  • Marque el punto de contacto entre la 1ª línea vertical y la 1ª línea inclinada y la 2ª línea vertical y la 2ª inclinada y así sucesivamente.
  • Une los puntos.

Movimiento armónico simple

La figura muestra el dibujo del diagrama de desplazamiento para ascender.

  • Divida el ángulo de ascenso entre n número de partes. Y dibuja líneas verticales. 
  • Dibuja un semicírculo en el eje y con diámetro igual a levantar, divídelo en n partes.
  • Ahora, dibuja una línea horizontal desde cada punto del semicírculo hasta las líneas verticales correspondientes.
  • Une el punto de contacto entre la línea horizontal y la línea vertical.

Dibujo de perfil de leva

La figura muestra el perfil de leva para el perfil de velocidad constante mencionado anteriormente.

Los pasos involucrados en el dibujo del perfil de la leva a partir del diagrama de desplazamiento son,

  • Dibuja el círculo base.
  • Marque el período de ascenso, descenso y permanencia en el círculo base.
  • Divida ascender y descender a partes iguales similar al diagrama de desplazamiento.
  • Mida la distancia desde el eje x a la curva en el diagrama de desplazamiento para cada nivel vertical.
  • Marque la distancia medida desde el círculo base para cada nivel vertical, respectivamente.
  • Únete a las pintas

Selección de material de levas y seguidores

Para la mayoría de las aplicaciones, la leva se fabrica con metales. Las aleaciones de acero y los hierros fundidos son los materiales más utilizados.

En algunos casos se utilizan termoplásticos como el nailon y el polipropileno.

¿Cómo construir una cámara y un seguidor?

Aquí discutimos la técnica de fabricación utilizada para producir leva y seguidor.

Inicialmente, tenemos que diseñar la leva y el seguidor y estudiar las fuerzas que actúan, inducidas por tensión, la carga máxima que el par de seguidor de leva puede manejar, etc. Generalmente, el software SolidWorks se utiliza para diseñar el mecanismo de leva y seguidor.

Para los materiales termoplásticos, se utiliza moldeo por impacto para la fabricación.

Para las levas metálicas se utiliza una variedad de técnicas de fabricación. Para producir la leva se utilizan técnicas de fabricación convencionales como esmerilado, fresado, forjado en frío, etc. Para una alta precisión, se utiliza el mecanizado CNC. Las técnicas pulvimetalúrgicas también se utilizan en muchas situaciones.

Grado de libertad de leva y seguidor

El grado de libertad de la leva y el seguidor siempre debe ser uno.

El grado de libertad indica el número de variables independientes para definir el movimiento del sistema. El grado de libertad 1 significa que necesitamos una variable independiente para describir el movimiento. Eso significa que el movimiento entre los enlaces solo es posible de una manera. Si giramos la leva, el seguidor solo corresponderá; no va a corresponder y oscilar juntos.

Las restricciones se proporcionan para asegurarse de que el grado de libertad del sistema sea uno.

Aplicaciones de Cam y Follower

  • Motores IC
    • Apertura y cierre de válvula de admisión y escape.
    • Bomba de combustible en funcionamiento
  • Torno automático
    • mecanismo de alimentación
  • Juguetes
  • Relojes de pared

Ventajas y desventajas de la leva y el seguidor

Ventajas del mecanismo seguidor de leva

  • Mediante el diseño adecuado del perfil de la leva, se pueden obtener una variedad de movimientos del seguidor.
  • Capaz de operar con precisión.
  • Mecanismo sencillo para convertir el movimiento de rotación en movimiento alternativo u oscilante.
  • El número de componentes se reduce con el uso de un mecanismo de leva y seguidor.
  • Compacto

Desventajas del mecanismo seguidor de leva

  • Sujeto al desgaste, por lo tanto, solo se puede usar cuando la fuerza de transmisión es menor.
  • Se requiere una fabricación precisa.
  • Alto costo de fabricación. 
  • Existe una limitación en el tamaño del mecanismo. El tamaño grande es un desafío para operar.

Preguntas objetivas de la leva y el seguidor

  1. Durante el período de ascenso o ascenso, el seguidor es;
    1. Subiendo
    2. Bajando
    3. Estacionario
    4. Ninguna de las anteriores

Respuesta: 1

  1. En leva y seguidor, la fricción debe ser
    1. Alta
    2. Mínimo Depósito al hacer la reserva
    3. Mediano

Respuesta: 2

  1. El empuje lateral se puede reducir si usamos;
    1. Seguidor de rodillos
    2. Seguidor de filo de cuchillo
    3. Seguidor de plato plano

Respuesta: 3

Problema de cámara y seguidor

Intente resolver el problema dado usted mismo,

  • Dibuje el diagrama de desplazamiento y el perfil de la leva para las siguientes condiciones,

Tipo de seguidor: seguidor de filo de cuchillo

Elevación: 6 cm

Radio del círculo base: 6 cm

Ángulo de ascenso: 60

Ángulo de permanencia: 120

Ángulo de descenso: 60

Tipo de movimiento durante el ascenso: Movimiento armónico simple.

Tipo de movimiento durante el descenso: Movimiento armónico simple.

Preguntas y respuestas importantes 

¿Cuál es la diferencia entre cámara y seguidor?

La leva es el conductor en el mecanismo de leva y seguidor, que se mueve alternativamente o gira. El seguidor es el componente impulsado, que oscila o oscila. El objetivo final del mecanismo de leva y seguidor es conseguir el movimiento deseado para el seguidor.

¿Movimiento de cámara y seguidor?

La leva y el seguidor pueden tener una combinación diferente de movimientos. 

La leva generalmente gira (cilíndrica, levas de placa) o recíproca (leva de cuña)

El seguidor oscila o corresponde.

¿Es un seguidor de leva un levantador?

Tipos de cámaras y seguidores

Se proporciona una descripción detallada en el contenido anterior..

¿Por qué se requieren 'compensaciones' en cámaras y seguidores?

El desplazamiento se utiliza para reducir el desgaste y el empuje lateral.

En mecánica física, ¿cómo es que un seguidor de levas es un par superior?

La clasificación de par superior e inferior se basa en el contacto entre los enlaces. La naturaleza del contacto es un punto (seguidor de filo de cuchillo) o una línea (seguidor de rodillo) en el mecanismo del seguidor de leva. Por lo tanto, es un par superior. 

¿Cuál es el significado del ángulo de presión en los seguidores de leva?

El ángulo de presión indica la inclinación del perfil de la leva.

Un aumento en el ángulo de presión conduce a una disminución de la fuerza de elevación y un aumento de la fuerza de empuje. La fuerza de elevación debe ser suficiente para superar la fuerza del resorte o la fuerza gravitacional en el mecanismo del seguidor de leva. Por lo tanto, si el ángulo de presión es muy alto, se requiere mucha energía para levantar el seguidor. 

Por lo tanto, el ángulo de presión generalmente se mantiene lo más bajo posible en el mecanismo del seguidor de leva.

¿Por qué se prefiere el seguidor de rodillo sobre el seguidor de filo de cuchillo?

Se prefiere el seguidor de rodillo sobre el seguidor de filo de cuchillo para reducir la fricción y, por lo tanto, el desgaste del seguidor.

¿Cuál es el ángulo de presión y los métodos para controlar el ángulo de presión de una leva?

El ángulo de presión se define en cada punto de la curva de paso.

Es el ángulo entre la dirección del movimiento del seguidor y la curva de tono normal. 

Métodos para reducir el ángulo de presión;

  • Usar seguidor de compensación
  • Aumentar el tamaño de la leva

Para obtener más publicaciones sobre ingeniería mecánica, siga nuestro Página mecánica.

Acerca de Kiran PV

Frikis Lambda