基于 delphi 和 opengl 的原子滑车轨道设计平台研究

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1、基于Delphi和OpenGL的原子滑车轨道设计平台研究王红军王玮玮北京信息科技大学机电工程学院100192摘要：首先对原子滑车的轨道进行了分析研究，分析了原子滑车轨道单元的数学模型。基于计算机三维图形学的坐标变换技术，采用Delphi和OpenGL技术开发了原子滑车轨道设计平台。该系统平台可以实现原子滑车轨道的设计，原子滑车轨道的速度，加速度分析和原子滑车轨道的运动仿真。对平台的结构和功能模块进行了详细论述。关键词：原子滑车轨道设计运动仿真OpenGL中图分类号：TH122文献标示码：ATheTrackDesignPlatformfortheRollerCoasterba

2、sedonDelphiandOpenGLWangHongjunWangWeiweiMechanicalEngineeringDepartment,BeijingInformationScience&TechnologyUniversity100192Abstract：Firstlythetrackisstudiedandthemathmodelofthetrackelementsarediscussed.ThetrackdesignplatformisdevelopedbasedonDelphiandOpenGLsoftwaretechnologybyusingthecom

3、putation3Dgraphiccoordinatetransformationtechnology.Thetrackdesign,thespeedandacceleratingspeedanalyzingandthemotionsimulationcanbecarriedoutbythisplatform.关键词：RollerCoaster;TrackDesign;MotionSimulation;OpenGL引言随着人民生活水平的提高，许多人越来越喜欢惊险、刺激的娱乐。全国各地的旅游景点和大大小小的公园、游乐场也纷纷推出各种游乐设施。其中滑行类产品受到青睐。目前在轨道

4、上滑行的原子滑车。最高时速达172km/h。在高速、高刺激的情况下保证高度安全，是原子滑车设计、制造的关键。原子滑车在运行过程中的速度、加速度必须在人的承受范围内，各零部件上的静、动载荷必须在其强度范围内[1]-[3]。传统设计方法通常在制造出物理样机后进行试验检测，然后再修改设计。设备研制过程中成本高，周期长。如何降低成本，缩短周期，并保证乘客和设备的安全，是设备生产厂家急需解决的问题。本文从原子滑车的设计原理出发，分析了原子滑车轨道的数学模型。基于计算机三维图形学的坐标变换技术，采用Delphi和OpenGL技术开发了原子滑车轨道设计平台。该系统平台可以实现原子滑车轨道

5、的设计，原子滑车轨道的速度，加速度分析和原子滑车轨道的运动仿真。1．原子滑车的设计的原理原子滑车的基本原理就是机械能守恒定理。由于原子滑车运动的复杂性，要对其进行运动学分析，掌握运行过程中的速度、加速度及各部件的载荷变化情况。因此一般原子滑车的设计过程应如图1所示。首先根据场地限制、根据速度和加速度的约束，将原子滑车的基本轨道单元进行不同的组合，得到原子滑车的系统模型，在此基础上进行运动仿真，分析其速度和加速度变化，进而进行动力学仿真。根据仿真结果进行原子滑车的性能分析和关键件的性能分析，确保各零部件上的静、动载荷必须满足要求，如果不满足要求，就进行优化设计，如此反复，直到

6、满足设计要求，得到所需要的轨道模型。原子滑车由小车和轨道组成。原子滑车的车体被两根支撑轨道限制了某些自由度，只能沿着特定的轨道运动。在高速运行的过程中，时而急速下滑，时而急速上升，时而急速转弯，时而急速翻滚，失重、超重、离心等现象不断出现。为保证车辆始终沿空间轨道运行，完成各种预定动作，其轮轨关系不同于一般轨道车辆。轨道由无缝钢管制成，车体由轮架支撑，轮架上通常装有行走轮、下导轮、侧导轮三组车轮，分别沿不同方向将车辆约束在轨道上，使其始终不会脱离轨道。每节车辆之间通过连接器连接，基金颁发部门：北京市教委科技发展计划彩虹工程项目；项目名称：过山车轨道设计关键技术研究；编号：K

7、M200611232014基金申请人:王红军连接器由万向节和连接梁组成，保证每节车厢之间运动的灵活性。图1原子滑车的设计过程图2原子滑车的坐标系为了描述轨道，在小车上建立一个可以沿着轨道移动的坐标系[X，Y，Z]，坐标系的原点位于轨道的中心线。XC是指向小车的前方，YC是指向轨道的右侧，而ZC指向轨道并垂直于轨道。绕XC的旋转运动为滚动运动、绕YC的旋转运动为倾斜运动、绕ZC的旋转运动为偏转运动，如图2所示。滑车类轨道的基本单元有8种：直线单元、心跳线翻转单元（有沿轨道的纯滚动运动）、小山丘单元（有沿轨道的纯倾斜运