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过山车是很受欢迎的游乐设备,大型化和高速惊险是发展趋势,其设计水平直接影响着过山车的娱乐性和安全性,对过山车系统进行运动学和动力学分析是大型过山车设计的技术关健,同时也是难点。 本文以三环过山车为研究对象,针对过山车系统中零件多且难以建模的问题,提出了CAD模型简化方法,建立了过山车车体和轨道简化模型。根据过山车的实际装配和受力情况,在ADAMS中添加相应约束和载荷,建立了过山车系统虚拟样机模型。在ADAMS中,对过山车系统进行运动学和动力学仿真分析,得到了以往难以测定和计算的过山车在运行过程各个时刻的速度、加速度、运动副约束力等性能参数。将ADAMS动态仿真得出的各零部件受力结果作为各零部件有限元分析时的载荷,根据游乐设备安全规范对过山车主要零部件进行了静强度和疲劳强度校核,结果表明过山车主要零部件的静强度和疲劳强度均能满足设计要求。同时对各零部件受最大应力时所对应的工况时刻进行了研究,结果表明过山车在发射阶段,各螺旋环末端较容易出现危险,设计时可仅针对以上位置进行初步强度验算。本文所涉及到的研究方法也可以推广到其它过山车系统的仿真设计中,具有广泛的应用价值。