利用3dsm ax骨骼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)車柴油機(jī)曲柄連桿運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫

李暉

新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

利用3dsm ax骨骼系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)機(jī)車柴油機(jī)曲柄連桿運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫

李暉

新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本文根據(jù)內(nèi)燃機(jī)車教學(xué)培訓(xùn)和企業(yè)的需要，分析了使用Autodesk 3dsmax軟件的骨骼系統(tǒng)對(duì)16V240ZJB柴油機(jī)的曲柄連桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫仿真的方法。使用該方法亦可對(duì)柴油機(jī)檢修過(guò)程中氣門間隙調(diào)整和配氣正時(shí)調(diào)整的過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫仿真，以此提高從業(yè)人員對(duì)柴油機(jī)的工作原理認(rèn)識(shí)和提高工作效率。該動(dòng)畫思路在媒體及廣告制作方面亦具有一定的價(jià)值。

3dsmax；多缸柴油機(jī)；仿真動(dòng)畫

1、．柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫制作目的

我國(guó)東風(fēng)4B型干線內(nèi)燃機(jī)車裝用16V240ZJB機(jī)車柴油機(jī)，對(duì)于新入職從業(yè)人員及在校學(xué)習(xí)人員來(lái)說(shuō)，了解柴油機(jī)的工作原理是進(jìn)行檢修工作的必要基礎(chǔ)。由于V型多缸柴油機(jī)的整體運(yùn)動(dòng)和曲柄排列順序、配氣相位等因素有緊密的關(guān)系，因此較難理解與掌握。利用3dsmax三維動(dòng)畫軟件強(qiáng)大的骨骼動(dòng)畫功能，將柴油機(jī)16個(gè)氣缸曲柄連桿動(dòng)作全過(guò)程進(jìn)行仿真，能夠使復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變得一目了然，對(duì)于學(xué)習(xí)該項(xiàng)內(nèi)容有巨大的幫助和實(shí)用價(jià)值。筆者利用3dsmax軟件中的骨骼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)16個(gè)氣缸的曲柄連桿運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫。

2、16V240ZJB機(jī)車柴油機(jī)簡(jiǎn)介

16V240ZJB機(jī)車柴油機(jī)是16缸、缸徑240mm、四沖程、增壓、中速、水冷柴油機(jī)，標(biāo)定轉(zhuǎn)速1000r/min。柴油機(jī)發(fā)火順序?yàn)?6-1-14-3-10-7-12-5-9-8-11-6-15-2-13-4，曲軸轉(zhuǎn)向面對(duì)輸出端為順時(shí)針。柴油機(jī)曲軸的曲柄為十字鏡像結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)

3、3dsmax的骨骼系統(tǒng)介紹

3.1 關(guān)于3dsmax軟件

3dsmax是Autodesk公司出品的著名三維動(dòng)畫軟件，是世界上應(yīng)用最為廣泛的建模、動(dòng)畫、渲染軟件，在各個(gè)領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用。3dsmax可完美地支持Autodesk公司Inventor軟件的模型導(dǎo)入，因此柴油機(jī)主要模型的制作均可采用Inventor軟件完成。

3.2 3dsmax的骨骼系統(tǒng)

3dsmax軟件提供了強(qiáng)大的動(dòng)畫功能，其中的骨骼系統(tǒng)非常適于動(dòng)物、人體、機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫制作，在骨骼系統(tǒng)中提供了對(duì)正向運(yùn)動(dòng)及反向運(yùn)動(dòng)的支持，通過(guò)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)條件的繼承或約束，能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)畫。

4、柴油機(jī)曲柄連桿運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)非常典型，制作方法具有一定的通用性。

1）模型導(dǎo)入后設(shè)置各個(gè)零件的軸心點(diǎn)，曲軸中心為0,0,0，活塞的中心取在連桿小頭中心。連桿的中心為大頭中心。如圖2所示：

圖2 1-活塞2-連桿-3-曲軸

2）設(shè)置曲軸的運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)周期定為80幀一圈。（160幀為一個(gè)工作循環(huán)）

3）建立骨骼，由活塞軸線上止點(diǎn)上方開(kāi)始為bone1，活塞中心為bone2，連桿中心為bone3。

4）在曲軸中心處建立一個(gè)圓，半徑為活塞行程的一半，此處為137.5mm，將該圓塌陷為樣條線后調(diào)整起始點(diǎn)位于連桿大頭中心。將bone3的運(yùn)動(dòng)設(shè)置為“路徑”方式，選擇這個(gè)圓作為路徑。如圖3所示：

5）選中骨骼1，在動(dòng)畫菜單-IK解算器-HD解算器，拉至bone3，形成HD求解關(guān)系。

6）約束各個(gè)骨骼的運(yùn)動(dòng)方向，bone1為禁止任何移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，bone2為禁止移動(dòng)，可以沿Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，bone3為禁止任何移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。

7）此時(shí)運(yùn)行動(dòng)畫，即可實(shí)現(xiàn)曲柄連桿組的運(yùn)動(dòng)。調(diào)整bone3的運(yùn)動(dòng)方向，即可改變柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。

8）依樣可以制作右缸的曲柄連桿組動(dòng)畫，建立骨骼系統(tǒng)bone4-bone-6，如圖4所示：

圖4 1-bone4 2-bone5 3-bone6

9）其它缸動(dòng)畫制作均按照此法完成，將活塞和連桿分別綁定為相應(yīng)的第二和第三個(gè)骨骼的跟隨對(duì)象。需要注意，在16個(gè)氣缸的柴油機(jī)中應(yīng)當(dāng)有4個(gè)路徑圓。

10）制作完畢的效果如圖5所示

根據(jù)發(fā)火順序配以相應(yīng)的燈光，可以展示出16缸柴油機(jī)的發(fā)火全過(guò)程。增加或縮短運(yùn)動(dòng)速度，只需改變路徑線的循環(huán)周期即可。或在視頻制作中改變速度亦可。

圖5 柴油機(jī)整機(jī)工作循環(huán)

[1]張世芳.內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)北京：中國(guó)鐵道出版社，1991

[2]劉達(dá)德.東風(fēng)4B型內(nèi)燃機(jī)車結(jié)構(gòu)·原理·檢修.北京：中國(guó)鐵道出版社，1998

[3]子午視覺(jué)文化.3dsmax影視動(dòng)畫制作：海洋出版社，2013

李暉（1977-），女，漢族，新疆烏魯木齊人，講師，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用教學(xué)工作。