Inventor与3ds max结合实现内燃机车JZ-7空气制动机仿真动画

袁海峰

新疆铁道职业技术学院轨道动力工程系

Inventor与3ds max结合实现内燃机车JZ-7空气制动机仿真动画

袁海峰

新疆铁道职业技术学院轨道动力工程系

本文根据内燃机车教学培训和企业的需要，分析了三维CAD软件（以Inventor为例）与3ds max软件的优点及Inventor模型导入3ds max中的方法，采用Inventor软件对JZ-7制动机进行建模及装配，将三维模型导入3ds max中进行优化及渲染和动画制作，完成JZ-7制动机的仿真动画，提高行业人员对制动系统的认识，方便更多机车产品的宣传学习。

Inventor 3ds max；JZ-7空气制动机；仿真动画

传统东风系列国产干线及调车内燃机车大多采用JZ-7空气制动机，对于从事机车制动系统运用维护及检修的工作人员来说，了解制动机的工作过程是必要的基础。由于空气制动机结构复杂，管路众多，涉及到综合作用及故障处理的内容尤其难以掌握，因此学习过程比较困难。笔者利用Autodesk Inventor及3ds max软件结合，实现了JZ-7空气制动机在各种工况下的仿真动画。

1 Autodesk Inventor和3ds max的介绍与比较

1.1 Inventor和3ds max介绍

Inventor是Autodesk公司出品的强大易用的主流中端三维CAD解决方案，具有丰富的功能，几乎支持所有的CAD软件格式的输入，并能输出IGES、SAT、STL等多种格式的文件，目前已经发展到2015版本。

3ds max是Autodesk出品的著名三维动画软件，是世界上应用最为广泛的建模、动画、渲染软件，在各个领域都有大量的应用。3ds max支持众多的插件及多种文件格式的导入导出，在近年来先进渲染器的支持下，产品效果非常出色。

1.2 Inventor与3ds max的比较

1）Inventor是CAD软件，其建模基于ACIS为核心的实体建模技术，模型能够描述零件的各项信息如尺寸、体积、质量等。而3ds max是基于曲面建模，模型仅描述曲面的信息。

2）Inventor建模，模型的精度高，能够最大程度地接近真实零件，并能够实现多个零件的准确装配。3ds max建模对于复杂的、具有多特征的零件比较吃力。并且3ds max对于多零件装配（如本文中的空气制动机）较为棘手。

3）Inventor与3ds max为同一公司的产品，因此在模型的导入导出上具有先天的优势。Inventor在在版本4时，即可将其*.ipt/*. iam文件完美导入3ds max而不会产生破面等缺陷。

4）Inventor软件的模型不能导入Unity3D或Virtools等主流交互软件进行进一步的交互设计，但是这些主流的VR软件都支持3ds max文件的导入。

5）由CAD软件建立的零件导入3ds max中后一般面数比较多，在零件过多的情况下会影响到操作，因此模型导入后需要进行一定的优化。

综上所述，利用2种软件进行协作，发挥各自的优势，在Inven⁃tor中进行联合调节器的建模，在3ds max中进行联合调节器中所有过程动画的实现。

2 JZ-7空气制动机全过程仿真动画的实现

2.1 Inventor软件进行建模及装配

Inventor软件具有CAD软件的各种典型功能，利用基本的拉伸、扫掠、旋转、放样、打孔以及高级的衍生零部件、在位编辑和标准件环境等功能，按照要求的结构尺寸及运动关系，对JZ-7制动机进行三维建模和装配，如图1所示：

图1 JZ-7制动机分配阀模型

由于在动画制作中有时需要观察阀类模型内部的结构及相互关系，因此在建立模型时需对部分零件进行多种剖切操作。

2.2 将模型导入3ds max并进行优化

3ds max支持Inventor文件的直接导入，可以在导入界面中选择零件转换为网格后的精度及零件的材质、坐标方向等信息。导入文件后可以使用优化命令将模型大小一般能减至1/3左右。注意平滑组的选择。然后将模型按需要进行重新分组、分层等操作。这样，模型保持了在inventor软件中所形成的位置关系，便于进行后期的制作。图2为inventor文件导入3dsmax中时的选项。

图2 inventor文件导入3ds max

2.3 在3dsmax中对材质和贴图的处理空气压力及流动动画的设计

在制动机中存在多种空气的压力及流动方向的改变，实现流体的动画我们可以采Particle插件及Realflow等软件，但是较为复杂，另外的一种直观的方式是使用3ds max中的多维子材质功能实现不同压力的变化，用棋盘格贴图的运动来表示气体流动的方向，如图3所示为自动制动阀中多种空气压力的材质分配。

2.4 在3ds max中进行动画制作