力学与LCA（低成本自动化）（运动机构的结构设计-2）

在设计带有执行器的简易自动化机器（LCA：低成本自动化）时，不仅需要确定机器的尺寸、重量和强度，还需要确定执行器所需的速度和负载大小。
　下面以具备优秀操作性、优秀控制性、高精度优点的电动机，以及具备输出重量比大、调速容易优点的气缸为例，对力学和LCA进行解说。

（1）直线运动机构与力学的关系

　【图1】是代表性的直线运动机构。

　执行器是电动式，但如果更换电机和滚珠丝杠、连接件（联轴器），则其结构与气缸方式相同。
　在静止状态下，受力处于平衡状态。因此主要采用刚性设计。

静止状态下的LCA机构设计　→　“力平衡”的刚性设计

　直线运动状态下力的作用状态（力学）可以简化为【图2】。

　这是一种利用电动机的旋转力使滚珠丝杠旋转，并将旋转扭矩转换为直线方向的力的机构。在这种状态下，涉及到“牛顿运动定律”的三个定律。

运动状态的LCA机构设计　→
　针对移动物体重量和波动的位置、速度/加速度、惯性力的对应设计
　（“牛顿运动定律”）

运动定律	定律	内容
第1定律	惯性法则	如果没有外力作用，物体的运动状态不变。【例】 1.人造卫星在宇宙空间中的飞行状态 2.列车加速度变化时身体晃动
第2定律	运动方程	物体受到外力作用会产生加速度。加速度的大小与外力成正比，并且发生在外力的作用方向上。【例】加速度随着发动机转速的增大而增加。其大小与车辆的重量成反比。
第3定律	作用/反作用	当一个力同时作用于2个物体之间时，作用在两个相反方向上的力大小相同。一个方向上称为作用、另一个方向上称为反作用。【例】当汽车突然启动时，加速度突然增大，会有惯性力作用在身上。此时，支撑身体的座椅会发生变形，同时来自座椅侧的反作用力会作用于身体。