3.7. Tutorial Leva-Válvula.

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Purificación Camacho Piñeiro
hace 6 años
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1 3.7. Tutorial Leva-Válvula Introducción En este tutorial se explica el funcionamiento de contactos en SolidWorks Motion mediante la utilización de contactos 3D y levas, así como el de los muelles. Se trata de un modelo del funcionamiento de una válvula de un motor de combustión que es accionada mediante una leva, correspondiente al árbol de levas. También forman parte de este ensamblaje, además de la propia leva y de la válvula, un balancín que une leva y válvula, y un eje que une a este balancín al soporte. En SolidWorks se definirán las relaciones de posición necesarias para ensamblar todas las piezas, para a continuación pasar a SolidWorks Motion y analizar el movimiento del ensamblaje, así como las propiedades del muelle y de las fuerzas generadas. Figura 96. Válvulas

2 SolidWorks Una vez insertadas todas las piezas correspondientes al ensamblaje en un nuevo documento, lo primero que se hará será posicionar los ejes, tanto de la leva como del balancín en el soporte, para lo cual se hará lo siguiente: En primer lugar, una relación de posición concéntrica entre eje y agujero (leva agujero inferior y eje del balancín agujero superior). A continuación, relación de posición de coincidencia, entre la cara posterior del soporte y la de ambos ejes. El eje del balancín debe ser fijado, ya que es una pieza fija y no se quiere que se mueva, para lo cual, situándose encima de él, y con el botón derecho, se activa la opción Fijar. Se ve que las relaciones de posición que afectan a este eje quedan inactivas al hacerlo fijo. El siguiente paso será colocar el balancín: Lo primero es insertarlo en el eje que ya ha sido colocado con una relación concéntrica (Atención a la alineación del balancín, la parte redonda debe ir del lado de la leva). En segundo lugar, para colocar perfectamente centrado el balancín respecto a la leva, se medirá la distancia entre la cara exterior de la leva y la interior del bloque, que son 20 mm., 10 del ancho de leva y 10 de separación y a continuación la anchura de la leva que son 7,50 mm. de lo que se deduce que se debe introducir una relación de posición distancia de 11,25 mm.

3 Figura 97. Leva-Válvula 1 Ahora sólo quedan por posicionar la válvula y su guía, para ello se hará una relación de posición paralela entre la arista del balancín que marcará la dirección de la guía, y la propia guía, tal y como se observa en la imagen: Figura 98. Leva-Válvula 2 Una vez ya situada la guía, se borrará esta relación, ya que solo es utilizada para posicionar la válvula en el espacio, no tiene ningún sentido físico en la simulación. Finalmente, para situar la guía respecto a la válvula: Una relación de posición concéntrica entre ejes circulares

4 Y otra de paralelismo entre caras de válvula y balancín, como se puede observar: Figura 99. Leva-Válvula 2 El ensamblaje queda definido tal y como se puede observar en la siguiente imagen: Figura 100. Leva-Válvula 3

3.7.3. SolidWorks Motion Una vez el ensamblaje está relacionado, el siguiente paso ahora es simular su movimiento, para lo cual hay que situarse en Análisis de movimiento.

5 SolidWorks Motion Una vez el ensamblaje está relacionado, el siguiente paso ahora es simular su movimiento, para lo cual hay que situarse en Análisis de movimiento. Como ya se ha comentado, lo que se va enseñar en este tutorial es como crear contactos entre las piezas y aprender a utilizar los muelles en este entorno. Antes de nada, se definirán los contactos entre piezas, esto es, entre leva y balancín y entre éste y la válvula. Para el contacto entre leva y balancín, se va a utilizar una relación de posición mecánica, concretamente la relación Leva. Para ello, en el menú de relaciones de posición, se escoge Relaciones mecánicas y seleccionamos la opción Leva. Se seleccionan las caras de la leva por un lado, y la del balancín que está en contacto con la leva, por otro. Aceptar el mensaje de advertencia y tanto leva como balancín ya están unidos. Figura 101. Leva-Válvula 4 A continuación, se conectará el balancín con la válvula. Para ello, en primer lugar, en el menú de de Análisis de movimiento se escoge la opción Contactar, y en el menú automático se definen las piezas que se quiere que estén en contacto, es decir, el balancín y la válvula.

Para realizar un contacto 3D también es necesario especificar el material del que están formadas las piezas o dar las propiedades de los materiales en contacto.

6 Para realizar un contacto 3D también es necesario especificar el material del que están formadas las piezas o dar las propiedades de los materiales en contacto. En este caso, se escoge la segunda opción, dando unos valores exactos y que se ven en la imagen inferior. Figura 102. Leva-Válvula 5 Hay que dotar al ensamblaje de un motor que suministre un movimiento rotatorio a la leva. Obviamente, la leva es la encargada de transmitírsele el movimiento al resto de componentes, con lo cuál, se situará un motor rotatorio en dicha pieza. La velocidad elegida es de 1500 rpm. Elegir la arista del eje de la leva y aceptar.

7 Figura 103. Leva-Válvula 6 Si se simula el mecanismo en este momento, se observa que tanto la leva como el balancín hacen correctamente su trabajo, pero como no hay nada que detenga a la válvula, al entrar el balancín en contacto con ella, ésta sale disparada. Para ello, se introducirá un muelle que frene a la válvula. El método para introducir un muelle consta de los siguientes pasos: En primer lugar, se debe seleccionar la opción Muelles en el menú de Análisis de moviendo. Una vez en el menú automático, hay que elegir dónde se quiere posicionar el muelle. En este caso, seleccionar la arista superior de la válvula y la inferior de la guía, como se puede ver.

Figura 104. Leva-Válvula 7 Por último hay que seleccionar los parámetros propios del muelle: Los parámetros iniciales son K=10 N/mm y Longitud 50 mm.

8 Figura 104. Leva-Válvula 7 Por último hay que seleccionar los parámetros propios del muelle: Los parámetros iniciales son K=10 N/mm y Longitud 50 mm. Antes de seleccionar el tiempo y los parámetros de simulación, recordar activar la fuerza de la gravedad, fijándose en los ejes principales se escoge la dirección Y. El último paso es simular el mecanismo. Debido a la existencia de contactos y muelles y que además se va simular el mecanismo a una velocidad de 1500 rpm esto va a consumir muchos recursos en el ordenador, por lo que se deberán retocar parámetros de la simulación para que el integrador no de problemas. En el menú de Motion, se selecciona Propiedades del estudio de movimiento, y en la pestaña Análisis de movimiento se dejan los parámetros lo más próximo posible a como se puede observar en la imagen:

9 Figura 105. Menú propiedades estudio movimiento Una vez seleccionados los parámetros adecuados, pulsar Calcular y esperar a que el proceso concluya, lo cual puede ser más o menos en función del equipo que se utilice. Cuando el cálculo haya finalizado, ya se podrá observar los resultados. En este caso, lo que interesa son las fuerzas en los contactos, así como en el muelle. En primer lugar, se observará la fuerza ejercida por la leva sobre el balancín. Para analizar esta fuerza, se debe ir al apartado de Resultados, y dentro del menú automático debemos seleccionar Fuerzas, Fuerzas de Reacción para ver la reacción provocada por la leva sobre el balancín. En el momento de seleccionar entidades, es sencillo, debemos seleccionar por una parte la relación de posición que nos afecta, en este caso, la relación de posición mecánica de leva, y por otro lado, la cara sobre la que se quiere saber la reacción, es decir, la cara del balancín en contacto con la leva.

arrastra. Se ve que la fuerza máxima que la leva ejerce sobre el balancín a 1500 rpm es de 873 Newtons.

10 Figura 106. Leva-Válvula 8 El resultado obtenido es el siguiente: Figura 107. Resultados 1 La máxima fuerza de reacción en el balancín se da en el instante en el que la leva impacta en el balancín por primera vez y lo arrastra. Se ve que la fuerza máxima que la leva ejerce sobre el balancín a 1500 rpm es de 873 Newtons. A continuación, se observará la fuerza que el balancín ejerce sobre la válvula y que será transmitida al muelle. Para ello, en el menú de Análisis de movimiento escoger Resultados y como se trata de un contacto entre dos piezas se elige

Resultados 2 Se puede ver que nuevamente la máxima fuerza se produce en el momento del impacto.

11 Fuerza de contacto, seleccionando posteriormente las piezas en contacto, como se observa. Figura 108. Leva-Válvula 9 El resultado de este análisis es el siguiente: Figura 109. Resultados 2 Se puede ver que nuevamente la máxima fuerza se produce en el momento del impacto. Si se observa la barra de tiempos y concretamente ese instante, es, lógicamente el momento en el que el balancín contacta con la válvula. La fuerza en este caso es inferior a la producida entre leva y balancín siendo de 473 Newtons.

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