República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior

Instituto Universitario de la Tecnología Industrial
Sección 1 – Turno: Mañana

El Árbol de Levas

Profesora: Alumno:

Leisdy Tarife Samuel Mendoza #23269

NOTA:

Caracas, 09 de Noviembre de 2020

 Introducción

En el desarrollo de este trabajo vamos a hablar sobre una pieza sumamente importante
para los motores de combustión interna, hablaremos un poco sobre la historia y
ahondaremos sobre los materiales de los que está fabricada esta pieza.

Se sabe que un motor es un sistema complejo formado por distintos elementos

mecánicos interconectados. El correcto funcionamiento de todos estos componentes es
básico para un rendimiento óptimo del motor. Una de las piezas básicas para el motor es
el árbol de levas.

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 la renovación de la carga en las fases de admisión y
escape de gases en los cilindros.

En la mecánica de nuestros autos, el árbol de leva es de vital importancia, sin el

mecanismo que desarrolla éste no fuese posible el correcto funcionamiento de nuestros
carros, ya que los accionamientos de nuestras válvulas no se llevarían a cabo. Cuando
hablamos del árbol de levas es importante conocer porque su importancia, y a
continuación desarrollaremos el tema del árbol de levas con mayor detalle.
 ¿Qué es un árbol de levas?

Un árbol de levas es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan distintas

levas, que pueden tener variadas formas y tamaños, y están orientadas de diferente
manera para activar diferentes mecanismos a intervalos repetitivos, como por ejemplo
unas válvulas. Es decir, constituye un temporizador mecánico cíclico, también
denominado programador mecánico.

En un motor, controla la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y escape, por

lo que hay tantas levas como válvulas tenga. Dichas levas pueden modificar el ángulo
de desfase para adelantar y retrasar la apertura y el cierre de las mismas, según el orden
de funcionamiento establecido.

La leva tiene la capacidad de transformar el movimiento circular en movimiento

rectilíneo, y es precisamente esa capacidad la que hace poder accionar las válvulas de
admisión y escape del motor.

Entonces, es esta pieza, el árbol de leva el mecanismo compuesto que, generado el

movimiento circular desde el cigüeñal y transmitido a través de la correa del tiempo,
permite la disposición de apertura y cierre de las válvulas, para de esta manera,
completar el tan preciado proceso de explosión controlada del motor de combustión
interna.
 Ubicación

Los árboles de levas se encuentran en la tapa del motor, justo por encima de la tapa de
los cilindros. En el caso de las válvulas pueden ir de dos maneras generalmente,
laterales o en la culata, esto es respecto al cilindro.

En la mayoría de motores se encuentran en la culata. Se suelen alojar en cojinetes de

deslizamiento, diseñados en forma de módulos portasombreretes o módulos
portacojinetes. Respecto a su modo de fabricación, los más habituales son los árboles de
levas fundidos y los ensamblados.

Es importante tener en cuenta la ubicación, ya que, dependiendo de ésta, así como la

distribución del árbol de levas, el tamaño total del motor cambia, es allí donde el
fabricante busca optimizar estas características para obtener la mejor relación
tamaño/potencia.

Partes del Árbol de Levas

El árbol de levas forma parte integral de un vehículo. Tres partes principales forman
un árbol de levas: los muñones principales, los lóbulos y los extremos. Los rodamientos
de levas son otra parte importante del árbol de levas.
1.- Lóbulos: Mientras el árbol de levas gira, los lóbulos trabajan a tiempo con el
movimiento del pistón. Abren y cierran las válvulas de admisión y escape, y el ritmo al
que abren y cierran las válvulas refleja el rendimiento del motor del vehículo. Los
lóbulos de la leva cambian de velocidad cuando un motor cambia de velocidad.

2.- Terminales: La parte delantera de la leva asegura la correa dentada del vehículo y la
mantiene en el tiempo con el cigüeñal, mientras que la parte trasera de la leva hace girar
el distribuidor del motor con un engranaje especial. Esta parte mantiene la
sincronización del encendido en sintonía con el resto del motor.

3.- Rodamientos: Los rodamientos de levas son piezas añadidas que se utilizan en
combinación con los cojinetes principales. Los cojinetes ayudan a evitar que el árbol de
levas dañe el bloque motor en el caso de un mal funcionamiento del motor. Los
rodamientos mantienen el árbol de levas en rotación sin problemas.

Tipos de árbol de levas

El desarrollo de los motores a nivel mundial ha llevado a la adecuación de los

diferentes mecanismos y piezas que lo componen, en tanto a ello el árbol de levas no se
ha quedado atrás, en este punto hablaremos de los dos tipos principales de árbol de
levas.

 Árbol de leva SOCH.

El árbol de leva SOCH (Single
Overhead Camshaft) que quiere decir
en español, Un solo árbol de levas o
árbol de levas en cabeza simple, tal
como lo expresa su acrónimo utiliza
una misma configuración, es decir,
un solo árbol para realizar la apertura
de la válvula de admisión y el cierre
de la válvula de cierre.

En otras palabras, en una misma

vuelta, debido al posicionamiento de
las levas, por lo general éstas en sentidos opuestos, realizan el efecto de apertura y
cierre, mientras el cigüeñal realiza todo el proceso de transmisión del movimiento a los
pistones.

 Árbol de leva DOCH.

El árbol de leva DOCH (Double
Overhead Camshaft) que quiere
decir en español, Doble árbol de
levas o árbol de levas con doble
cabeza, tal como lo expresa su
acrónimo utiliza dos mecanismos,
es decir, dos árboles para realizar
el proceso de apertura y cierre de
las válvulas.

En ese sentido, un árbol se

centra solo en la acción de
apertura, mientras el otro en la
acción del cierre. Todo esto
sucede mientras el cigüeñal realiza el recorrido completo del proceso de combustión.

Formas del eje de levas

Uno de los detalles importantísimos en el diseño correcto de la sincronización entre el

cigüeñal y el árbol de levas es la forma del eje de levas. El eje de levas es un actor
importante en gran parte del aprovechamiento de un motor.

En términos generales, éste determinará el número de revoluciones o vueltas por

minuto que se necesiten para generar la mejor aspiración del combustible y aire, es
decir, el rendimiento volumétrico en el cilindro.

A la hora de crear un excelente eje de levas es obligatorio un muy buen conocimiento

de la termodinámica de los gases, la geometría y la matemática. Además, son necesarias
realizar pruebas sofisticadas.
 Todo esto con la intención de configurar el mejor diseño posible. Los diseños son
varios, a continuación, comentaremos los tres de mayor alcance.

o Tipo circular: Las válvulas ejecutarán el proceso de cierre y apertura a

velocidades moderadas.
o Forma tangencial: En comparación a la anterior, este tipo tiene la capacidad de
abrir con mayor rapidez las válvulas.
o Tipo aceleración constante: Como lo señala su nombre, aquí las válvulas son
cerradas y abiertas de manera uniforme.

Materiales de la Pieza.

Los árboles de levas se fabrican en una sola pieza de hierro fundido o de acero
forjado, debe tener gran resistencia a la torsión y al desgaste, para ello, se le da un
tratamiento de templado. El desgaste del árbol de levas puede suponer una modificación
del diagrama de distribución, redundando en una disminución del rendimiento del
motor.

Fabricación

Se fabrican siempre mediante un proceso de forja, y luego suelen someterse a acabados

superficiales como cementados, para endurecer la superficie del árbol, pero no su
núcleo.

Comparación de un árbol de levas de hierro fundido (el de la izquierda) y un árbol de

levas fabricado de acero forjado (el de la derecha).
 El material usado para los árboles de levas ha de ser tal que resista 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.

Para entender un poco más acerca del tema definiremos brevemente el tipo de
fundición que se utiliza para fabricar un árbol de levas:

o La fundición de grafito esferoidal o fundición nodular: combina las ventajas

del hierro fundido con las del acero, ya que en esta familia el grafito no actúa
como entallas internas fragilizadoras del material, al tener una forma esférica y
una distribución mucho más uniforme que en la fundición gris. Por esto las
propiedades corresponden a las de la matriz con una elevada resistencia y límite
de elasticidad, tenacidad, ductilidad y por lo
tanto conformabilidad en caliente y
templabilidad, manteniendo las propiedades de
la fundición como excelente maquinabilidad y
buena resistencia al desgaste.
Estas
excepcionales propiedades de la
fundición esferoidal son debidas a la
forma de los nódulos de grafito. Las
composiciones de este tipo de
fundiciones son similares a las
fundiciones grises con la salvedad de que los niveles de azufre y fósforo deben
mantenerse en proporciones muy bajas, inferiores al 0.03%, de igual forma y por
los mismos motivos que se requerían estos niveles para los aceros de calidad.

o Aceros de cementación: Son apropiados para cementación los aceros de bajo

contenido de carbono. El cromo acelera la velocidad de penetración del carbono.
 Los aceros al cromo níquel tienen buenas cualidades mecánicas y responden
muy bien a este proceso. Una concentración de níquel por encima del 5% retarda
el proceso de cementación.
Según sean los requisitos de dureza y
resistencia mecánica existen varios
tipos de aceros adecuados para
recibir el tratamiento de cementación
y posterior tratamiento térmico.

o Acero templado: Llamamos “ACERO

TEMPLADO” al acero que le hemos realizado un
tratamiento térmico de endurecimiento, mejorando
las propiedades mecánicas de nuestras herramientas,
aumentando la resistencia mecánica y dureza, pero
también su fragilidad.
En la ciencia de materiales, el templado o temple es un tratamiento térmico consistente
en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los
materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones
de fase, se produzcan al solo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la
reacción es a la vez favorable termodinámicamente y posible cinéticamente. Por
ejemplo, se puede reducir la cristalización y por lo tanto aumentar la tenacidad, tanto de
aleaciones como de plásticos.

Al árbol de levas se le exige una rigidez elevada, ya que está sometido a altas cargas
de flexión y torsión; sin embargo, se intenta reducir al mínimo el número de soportes
para disminuir las pérdidas debidas a las fricciones. En el caso del árbol dispuesto en el
bloque, normalmente de fundición, los alojamientos para el árbol están protegidos por
cojinetes de bronce provistos de acanaladuras de lubricación. En el caso de árboles en
cabeza, si la culata es de aleación ligera, los soportes pueden estar alojados en la culata
o unidos a ésta mediante espárragos. Por lo regular, en ambos casos no existen cojinetes
y el árbol gira directamente en su alojamiento, que es lubricado mediante ranuras
apropiadas o por inmersión y barboteo.
 Cuando hablamos de cargas de flexión nos referimos al
tipo de deformación que presenta un elemento estructural
alargado en una dirección perpendicular a su eje
longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una
dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico
son las vigas, las que están diseñadas para trabajar,
principalmente, a flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos
estructurales superficiales como placas o láminas.

A su vez cuando hablamos del término

cargas de torsión nos referimos a la
solicitación que se presenta cuando se aplica
un momento sobre el eje longitudinal de un
elemento constructivo o prisma mecánico,
como pueden ser ejes o, en general,
elementos donde una dimensión predomina
sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la

pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En
lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.

A menudo, sobre los árboles de levas se acoplan los engranajes para el mando de la
bomba de aceite y el distribuidor de gasolina de tipo mecánico.

En la fabricación del árbol de levas la fase más delicada la representa el diseño de la

excéntrica. En realidad, el perfil de ésta, determina el movimiento de apertura de las
válvulas, el tiempo de apertura y la elevación de la válvula. El perfil de la leva o
excéntrica normalmente es distinto para las válvulas de admisión y de escape, puesto
que también son distintas las leyes que deben seguir una y otra. Aquél se divide en tres
partes:

o Un trazo circular que se define como zona de reposo, que corresponde al cierre
de la válvula;
o Un trazo circular de radio más pequeño que corresponde a la zona de máxima
 apertura;
o Dos trazos rectilíneos o curvos tangentes a los dos círculos que corresponden
respectivamente a la elevación y al descenso de la válvula.

La excéntrica es un elemento mecánico circular que gira en torno a un eje que no pasa
por su centro geométrico. Puede considerarse como un caso particular de leva y, como
tal, se emplea para transformar el movimiento uniforme de rotación del eje del que
forma parte, en el movimiento rectilíneo alternativo del elemento que se halla en
contacto con ella.

Tratamiento Térmico

Debido a la mayor cantidad de revoluciones a las que será sometido el árbol de levas
le damos un tratamiento térmico para mejorar la lubricación de las levas y así evitar su
desgaste prematuro

El fosfatado es una cubierta de fosfato de manganeso de hierro que se obtiene

mediante la el tratamiento químico de la pieza, en un baño a alta temperatura de
soluciones químicas especiales compuestas de manganeso. Tiene gran capacidad de
absorción de aceite, de manera que al comenzarse el uso del árbol de levas, el delicado
contorno de las mismas no sufre las consecuencias del contacto de hierro contra hierro,
evitando el consiguiente desgaste.

Este tratamiento es indispensable siempre

que las levas del árbol sean rectificadas. No lo
es así en los muñones de los cigüeñales ni en
los mismos apoyos del árbol, ya que trabajan en metales antifricción contenidos en las
chumaceras o cojinetes. Nótese que las levas de los árboles, que son de hierro o acero,
trabajarán contra levantadores que son también de estos materiales.

Se puede notar que los árboles de levas nuevos o reconstruidos son de color negro
mate o negro grisáceo. Este es el aspecto que presenta el árbol después de la
fosfatización.

Procedimiento para fabricar un árbol de levas

A partir de una o varias tiras perfiladas que pueden ser de (17, 17'; 34, 34') milímetros
mediante doblado y mediante la soldadura subsiguiente de los extremos libres, se
colocan por deslizamiento en un árbol y, en una posición predefinida y en una
orientación predefinida, se unen con el árbol en unión geométrica y/o forzada,
caracterizado porque la tira perfilada de (17, 17') milimetros se conforma formando las
levas, con lo cual se produce una protuberancia, y a continuación, mediante un paso de
conformación adicional, mediante el troquelado de una indentación en la zona de la
protuberancia de la leva, se transporta material hacia fuera en dirección axial y se
deposita allí de tal forma que la leva acabada envuelve el árbol con un ángulo de
envolvimiento de 360º.
En el siguiente enlace podrán encontrar un video donde se puede apreciar un pequeño
fragmento de cómo se manufactura un árbol de levas.

https://www.youtube.com/watch?v=phCDr5yXPkk

Conclusión

Podemos dar punto y final a este tema concluyendo que una parte valiosa del motor,
es el árbol de levas el cual ayuda a que el motor gire. Con los avances que se hacen
rápidamente presentes en cuanto a tecnología automotriz, se ha deducido que modificar
el árbol de levas puede mejorar el kilometraje de la gasolina, la eficiencia y el
rendimiento general, al tiempo que ayuda al vehículo a producir más caballos de fuerza
y un torque máximo.

En los motores antiguos, la posición del árbol de levas era fija, pero a finales de los
ochenta y principios de los noventa comenzaron a aparecer vehículos dotados de lo que
se vino en llamar distribución variable. Entre las posibilidades de la distribución
variable se encontraba la de variar unos grados la incidencia del árbol de levas sobre las
válvulas, afectando de manera más habitual a los árboles de levas de admisión aunque,
posteriormente, pasó también a los de escape.

Los materiales utilizados para la fabricación de esta elemental pieza, desde un

principio siempre han sido los más adecuados para soportar el tipo de trabajo mecánico
que esta ejerce en un motor de combustión interna (hierro fundido y acero forjado).

Una de los puntos de mayor importancia para el correcto funcionamiento de un

vehículo es la relación de movimiento entre el cigüeñal y el árbol de levas, es decir, la
sincronización entre estos.

Si consideramos que los pistones y cilindros son el corazón de nuestro motor,

entonces nos preocuparía saber que tan bien trabaja el cerebro, por esto el mecanismo
producido entre el árbol de levas y las válvulas es de suma importancia (cerebro).
 Referencias

 Ceac Enciclopedia del Motor del Vehículo editorial CEAC 1987.

 Ohno T. Toyota Production System-Beyond Large-Scale Production, Productivity
Press, 1998.
 https://www.mundodelmotor.net/arbol-de-leva/
 https://sites.google.com/site/partesautomovil/home/arbol-de-levas
 https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rbol_de_levas#:~:text=Los
%20%C3%A1rboles%20de%20levas%20se,da%20un%20tratamiento%20de
%20templado.
 https://avtotachki.com/es/vse-pro-raspredelitelnyj-val-dvigatelya/
 https://www.ecured.cu/%C3%81rbol_de_levas