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4.1 Introducción.
Una vez analizado y seleccionado el mecanismo a utilizar, y de definir el tipo de arquitectura y configuración a presentar, se definen las características físicas que debe tener esté, tomando en cuenta el costo, eficiencia, facilidad de construcción y de reparación. En el capitulo 1 se describió que un ejemplo de aplicación, para el mecanismo que se analiza, es en la técnica de polarimetría que se lleva a cabo en el laboratorio de óptica de la instalaciones de CICATA Querétaro. Aquí se toma de referencia este ejemplo para definir el tamaño del mecanismo.
4.2 Consideraciones al diseño.
La consideración más importante fue el factor económico, tomando en cuenta el valor comercial de las piezas que componen el mecanismo, si existen en el mercado o si se tienen que fabricar. Lo más conveniente fue tratar de hacer el diseño sobre la base de piezas y medidas ya estandarizadas, porque esto ayuda a disminuir considerablemente el costo.
Generalmente las mesas donde se realizan las prácticas de polarimetría no son muy grandes. El área que ocupan es de aproximadamente 3m2, donde debe montarse parte del equipo (otra parte puede acomodarse en otra mesa; como el amplificador, la computadora…), que cubre el 75% de la mesa. La separación que existe entre un instrumento deja un espacio rectangular de 20x25cm
aproximadamente, esta separación no es estándar, cada laboratorista ordena los instrumentos a su conveniencia. Así, se considero un dispositivo relativamente pequeño que no rebasará un área de 500cm2.
La dimensión total del mecanismo depende, en gran medida, del tamaño de los eslabones. Se propuso un tamaño de eslabones de 54mm (distancia entre
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centros) que alcanzará a cubrir un rango deseado de 100mm de carrera vertical
y horizontalmente.
4.3 Diseño conceptual
El objetivo es expresar un conjunto organizado de funciones de diseño, que servirá de base para el diseño de detalle.
Este trabajo se concentra en analizar más que sintetizar al mecanismo paralelo 3RRR. Este ya existe y ha sido estudiado, como muchos otros mecanismos, por varios investigadores. La propuesta es tomar lo que ya se ha hecho y utilizarlo en beneficio. El diseño conceptual esta resuelto, se conoce la idea general, la aplicación y la forma general del dispositivo. Habrá que ocuparse del tamaño y de los materiales en la siguiente fase.
El diseño conceptual es mostrado en la figura 4.1. Un par de eslabones conectados con rodamientos forman una cadena cinemática y estas a su vez están conectadas de igual forma a un motor a pasos en un extremo, en el otro extremo se encuentran conectadas a la plataforma móvil. Cada motor hace girar una cadena incitando que la plataforma móvil se desplace por el centro del mecanismo. La plataforma móvil tiene en el centro agujeros con rosca para asegurarlos a las bases de los polarizadores o cualquier dispositivo que vaya montado en este. Las dimensiones del diseño conceptual son:
Longitud 200 mm.
Ancho 250 mm
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Vista isométrica
Vista superior
Figura 4. 1 Diseño conceptual del MPP 3RRR.
4.4 Diseño de detalle
El objetivo es obtener un conjunto de dibujos, esquemas o croquis que se derivan del diseño conceptual, que da lugar a las especificaciones, cálculos, planos, modelos o prototipos, para hacer posible la transformación de lo que en un inicio era una idea.
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El proceso de diseño consiste en separar los componentes que se consiguen en el mercado y los que se habrán de diseñar. Si se toma de referencia el tamaño de aquellos que se pueden comprar es más fácil definir el tamaño de aquellos que se diseñaran. El reto en este diseño consiste en definir como irán conectados los eslabones entre si, al motor y a la plataforma móvil, y elegir el material del que estarán hechos para que ofrezcan una rigidez alta.
Los componentes disponibles en el mercado son:
- Motores a pasos,
- Rodamientos, y
- Tornillos y tuercas.
Los componentes que habrá que diseñar son:
- Unión, (componente que une el eslabón con el eje del motor)
- Pernos, (para fijar los eslabones entre si y a la plataforma móvil)
- Eslabones,
- Plataforma móvil, y
- Plataforma fija.
4.4.1 Materiales
El concepto radica en ofrecer un mecanismo ligero, estable y fácil de maniobrar. El 90% del peso total recae en los eslabones y en la plataforma móvil. Así que de los materiales que se pueden ocupar para la fabricación de estos componentes es elegido el aluminio.
El aluminio ofrece muchas ventajas sobre otros materiales. Es ligero, con una densidad de un tercio de la del acero, 2700 3
m
Kg . Es fácil de mecanizar, se pueden
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protección contra la corrosión aun en ambientes corrosivos, una fina capa de óxido se forma en contacto con el aire. Es un excelente reflector de la luz y del calor.
Adicionalmente se han elegido bujes de bronce como puntos de apoyo entre el rodamiento y el perno donde se acoplan los eslabones entre si o a la plataforma móvil, permitiendo un suave deslizamiento entre estos y reduciendo la fricción. El bronce es resistente al desgate y a la compresión.
La unión y el perno no están propensos a soportar cargas elevadas, pueden fabricarse de acero comercial AISI 1018.
4.4.2 Planos
En los planos se detallan cada una de las piezas que formarán parte del mecanismo, con las características dimensionales y físicas como son el tipo de materiales a emplear para su manufactura y los recubrimientos o tratamientos superficiales. Los planos que se incluyen en este trabajo definen los componentes de los que esta constituido el mecanismo. En total se generaron 9 planos para el diseño mecánico del mecanismo, en estos aparece la información necesaria para su manufactura, así como las especificaciones de acabado de las piezas. (ver apéndice E)
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