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 válvulas o bombainyectores. 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.
El árbol de levas consta de un eje con una serie de elementos, entre los cuales se encuentran los camones o levas ya citados —prominencias del árbol con un tramo curvilíneo (llamado «cresta» del camón), que es el que actúa sobre el taqué— y unos muñones de apoyo sobre los que gira, cuyo número varía en función del esfuerzo a transmitir. Sobre el mismo árbol va situada, sobre todo en motores antiguos, una excéntrica para el accionamiento de la bomba de combustible, y el piñón de arrastre para el mando del distribuidor de encendido en los motores de gasolina.
El árbol gira sobre cojinetes de fricción o bien sobre taladros de apoyo practicados directamente sobre el material de la culata. Está lubricado mediante el circuito de lubricación, a través de conductos que llegan a cada uno de los apoyos. 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.
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, lo que permite renovar la carga en las fases de admisión y escape de gases en los cilindros.
Su fabricación puede ser en procesos de fundición (casting iron), forja, árboles ensamblados. Suelen someterse a acabados superficiales con tratamiento térmico, austemperizado o cementado, por citar algunos, que sirven para endurecer la superficie del árbol pero no su núcleo y posteriormente son mecanizados para lograr el acabado deseado y la precisión requerida.
Dependiendo de la colocación del árbol de levas y la distribución de estas, accionan directamente las válvulas a través de una varilla como en la primera época de los motores Otto, sistema SV o bien mediante un sistema de varillas, taqués y balancines: el sistema OHV. Posteriormente, sobre todo desde la aparición del motor diésel, el árbol de levas ha pasado a la culata: es el llamado sistema SOHC.
En el pasado, cuando los motores no eran tan fiables como hoy, esto resultaba problemático, pero en los modernos motores de cuatro tiempos diésel o gasolina, el sistema de levas "elevado", donde el árbol de levas está en la culata, es lo más común.
Algunos motores usan un árbol de levas para las válvulas de admisión y otro para las de escape; esto es conocido como dual overhead camshaft o doble árbol de levas a la cabeza DOHC. Así, los motores en V pueden tener 4 árboles de levas. El sistema DOHC permite entre otras cosas montar 2 válvulas de escape y 2 de admisión, en los 4 cilindros es lo que se llama "16 válvulas".
Aunque se aplican en otros mecanismos, su uso más popular se relaciona con los motores de combustión interna, en los cuales permite regular la apertura y el cierre de las válvulas, acción que facilita el ingreso y salida de gases en los cilindros.
Los sistemas de distribución se pueden clasificar dependiendo de la localización del árbol de levas. Hasta la década de 1980 los motores tenían una configuración del árbol de levas ubicado en el bloque motor. En la actualidad, prácticamente todos los motores poseen el árbol de levas montado en la tapa de cilindro. Las válvulas pueden ir dispuestas de varias maneras respecto del cilindro, pero hay dos ubicaciones principales: laterales o en la culata.
Dentro del sistema OHC existen dos variantes:
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