摘 要

随着时代的发展，计算机新媒体越来越广泛地应用于学术领域，主要用于在教学过程中使学生获得感性的认识和对知识形象的理解，使枯燥的教学变得生动并能真切地呈现在学生面前。现如今尤其是机械行业如果没有实物对学习者来说便显得过于抽象，不够直观，这对老师和同学来说都是不小的挑战。在教学过程中应用网络教学、新媒体教学必要的时候还可以利用计算机动画。这样一来便有效地解决了这个问题。利用 3ds max建模软件进行三维建模可以使新媒体技术在船舶领域得以充分展示，将教学过程中重要部件进行建模也便于老师的讲解和学生的理解。不仅如此，下课以后，同学可以在电脑上利用三维模型进行反复实践、理解与学习，不仅提高学习效率而且更能加深印象，有助于对知识更好地理解。

本次设计中，我设计的是液压甲板机械，包括锚机绞缆机，电动机油柜以及控制面板。根据指导老师的要求和指导意见，我完成了液压甲板机械的三维建模，结构和尺寸要求都在我的设计中充分的体现。

本篇论文主要介绍 3ds max 软件和锚机绞缆机的相关结构原理，最后我会把自己的设计基本步骤和最后成品进行介绍，以供老师指导。

【关键词】船舶辅机，教学领域，液压甲板机械，锚机，3ds max

Abstract

Along with the development of the era, the computer new media is more and more widely used in the academic field, it is mainly used for in the teaching process causes the student to obtain perceptual knowledge and understanding of intellectual image, make the boring teaching becomes vivid and can really appear in front of students. Nowadays, especially in the mechanical industry, it seems too abstract and unintuitive for learners without physical objects, which is a great challenge for teachers and students. In the teaching process, the application of network teaching, new media teaching when necessary can also use computer animation. This effectively solves the problem. Production softwares 3 dmax modeling software for 3 d modeling can be used to make the new media technology in the field of ship to show, the important part in the teaching process modeling also facilitate the understanding of the interpretation of the teacher and students. Not only that, after school, students can use on the computer 3 d model of repeated practice, understanding and learning, not only improve the learning efficiency but also can deepen impression, help to better understand the knowledge.

In this design, I designed hydraulic deck machinery, including anchor windlass winch, electric motor oil tank and control panel. According to the requirements and guidance of the instructor, I completed the 3d modeling of the hydraulic deck machinery, and the structure and size requirements were fully reflected in my design.

This paper mainly introduces the related structural principles of 3ds max software and anchor windlass winch. At last, I will introduce my own basic design steps and final products for the guidance of teachers.

[key words] marine auxiliary machinery, teaching field, hydraulic deck machinery, anchor machine, 3ds max

目录

第一章 绪论 1

1.1选题的意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3设计主要内容 2

第二章 锚机简述 4

2.1 锚设备的组成 4

2.2 液压锚机实例 5

2.3 液压系统的工作原理 9

2.4 本章小结......................................................................................................................10

第三章 3ds max软件介绍 11

3.1 3ds max是什么 11

3.2 3ds max的发展 11

3.3 3ds max的界面 12

3.4 本设计应用的基本操作 13

3.5 本章小结........................................................................................................14

第四章 液压锚机建模实例 15

4.1 滚筒的建模 15

4.2 锚链轮的建模 16

4.3 啮合部位的建模 17

4.4 大齿轮的建模 19

4.5 锚链的建模 21

4.6 油马达的建模 24

4.7 控制面板的建模 27

4.8 油柜、电动机的建模 29

4.9 管系的连接和制作 30

4.10 渲染 30

4.11 3ds max的简化 31

4.12 本章小结.....................................................................................................31

第五章 结论与展望 32

5.1 结论 32

5.2 展望 32

参考文献 33

致 谢 34

第一章 绪论

1.1选题的意义

甲板机械即船舶甲板机械，是装在船舶甲板上的机械设备，是船舶的重要组成部分。甲板机械是为了保证船舶正常航行及船舶停靠码头、装卸货物、上下旅客所需要的机械设备和装置。船舶甲板机械可以分为大甲板机械和小甲板机械。主要包括舵机、起锚机和绞车、导缆器、带缆桩（系揽桩）、导缆滚轮等等。常用的液压甲板机械包括锚机和绞缆机。

锚机即船上用于收放锚及锚链的机械。用人力、蒸汽机、电动机、液压马达等作为动力。通常安装在船的首楼甲板上。其发展趋势是用一台机组实现起锚、系泊、自动系泊和带缆等作业。按照驱动形式可以分为：手动、电动、液压。

绞缆机又称系缆绞车（mooring winch），用于绞收缆绳。船首的绞缆机由锚机兼，船尾部的单独设置，其他部位的由就近的起货机代替，有些大型船舶的中部也专设系缆绞车。按其动力分，有蒸汽绞缆机、电动绞缆机和液压绞缆机。按卷筒轴线位置分，有卧式绞缆机和立式绞缆机两种。

在学校的实际教学中，锚机绞缆机作为船舶辅机放置在辅机实验室。众所周知锚机绞缆机属于船用液压甲板机械需要占用大量的教学场地，而且在我们学习的过程中，发现实验室的同学一旦聚集起来，后面的同学就不能很好地接受到老师讲的知识。此外，当航用液压甲板机械更新换代，细微的区别就需要辅机实验室同步更新这些设备以达到教学要求，这样就再一次提高了教学成本。由此可见，辅机实验室的舵机和绞缆机不仅提高了教学成本，而且并不能达到良好的教学效果。所以我们提出了舵机和绞缆机的三维建模：把整个舵机和绞缆机建模放到虚拟现实的程序里，学生可以在手机端下载，并对舵机绞缆机进行学习和操作，不仅省去了辅机实验室占据的空间，而且航行设备的更新，我们只需要更新三维建模就可以满足教学需求，大大节省了教学成本，同时让每个学生都能更真切地了解和学习。我们可以看到虚拟现实未来的大好前景，所以应用于教学的三维建模更是时代的趋势。

研究对象:姜堰市贝尔德船用机械有限公司电动液压锚机 锚链直径16mm，工作负载11KN，起锚速度9m/min，工作压力11.9MPa，编号132001，出厂日期2013.03

1.2国内外发展现状

三维软件从诞生至今，无论是数量还是专业性都已经发展达到了一个崭新的高度，三维软件几乎足够满足所有建模工作者的种种需求，而且随着软件的不断更新换代，三维软件的使用也变得越来越简单。

在国际上，三维软件的使用呈现出相对来说较为均衡的局面，它们主要是依据设计者对最终需要达到的效果而决定，此外就目前来说，主要的三维建模软件还大多是以一些国际大公司的产品为主。这些公司无论是规模还是知名度都在国际处于遥遥领先。最主要的原因便是它们都有稳定的客户群，而且客户的忠诚度较高，它们的这些客户，可分为高、中和低三个主要层次。高端用户的主要需求是完成电影特效、游戏特效等一些前沿技术中的应用。

国内的三维技术发展的相对晚一些，在软件的使用量与范围上与国际上还有比较大的差距，特别是针对高端用户，这些差距从特效附加比较大的电影领域就可以侧面的反映出来。在软件的使用方面，我们还是主要的应用一些比较中端的软件，比如本设计建模使用的 3DS MAX,还有国人比较喜欢的一些自主研发的软件。目前，国内绝大多数的模型建造培训都也以中端的软件为主。在高端建模软件使用量上的不足也同样是我国建模领域目前的一个十分显著问题。

目前虚拟现实技术加速开发与深入，3DS MAX 建模都是和仿真控制系统一起运用，它们可以实现对模型的虚拟控制，当然同时也可以进行相关的科学研究。目前，虚拟现实的应用领域也处于不断的扩大的过程中，从一般的、传统的以计算机图形建立视觉效果，一步一步的扩展到工业控制以及远程医疗等众多的领域。甚至更有人说，虚拟现实会有一天改变我们日常生活的方方面面。面对虚拟现实的巨大的发展潜能以及技术上的逐渐成熟，国内外对于 3DS MAX建模教学与研究越来越重视。

虽然，我国在 3DS MAX 建模以及虚拟现实方面的研究都比较落后，但是国家对相关领域都是对其极为重视，包括计算机以及虚拟现实技术。现在国内许多研究机构和以北京航空大学、清华大学为代表的一系列关于三维建模与虚拟现实的研究都取得了一些不错的研究成果，并且得到了世界的认可。

1.3设计主要内容

液压锚机系统包含锚机，油柜，电动机，控制箱的结构。设计内容主要如下：利用学过的专业知识，通过实验室中的测量，在3ds max软件中对液压锚机系统进行建模。其基本过程以及思路如下所示：

（1）在图书馆，网络，教材上查阅相关资料及文献，了解国内外3ds max建模技术的发展现状；

（2）熟悉3ds max软件操作方式，能够掌握利用3ds max软件建模的各种方法；

（3）查阅设计图纸浏览相关资料，熟悉了解船舶液压甲板机械内部结构，测量各部件尺寸；

（4）以姜堰市贝尔德船用机械有限公司编号132001电动液压锚机作为建模对象，建立三维模型。

第二章 锚机简述

2.1 锚设备的组成

锚设备由锚、锚链、锚链筒、掣链器和锚机等组成，其中抛收锚和锚链的锚机是一个重要的船舶甲板机械。锚设备在船艏的布置图如图。

2.1.1锚

在锚地，锚抛入水中着地，并啮入土中，锚产生的抓力与水底的泥土固结起来，把船舶牢固底系留在预定的位置。锚的抓力与其重量有关，一般要求锚能以最小的锚重获得最大的抓地力。锚通常设在船艏的两舷侧，有些船舶在船艉还设有艉锚。

2.1.2锚链

锚链把锚与船体连接在一起，可使船舶借助于锚的抓力保持船位不变。根据链环中有无横档氛围有档链和无档链。锚链以节为单位计算长度，每节25m，个别每节27.5m，并通常以红色油漆标记，用来计算水中长度。通常情况下锚链总长为75m至625m。

2.1.3掣链器

掣链器安装在锚机与锚链筒间的甲板上，作用是夹住锚链。抛锚后，闸上掣链器，可以使锚链的拉力传给船体，令锚机处于不受力状态。航行过程中，为了避免锚与船体之间的撞击，锚链会被收紧，收到锚链筒内以后，锚会紧贴船体，掣链器将承受锚和部分锚链的重量。

2.1.4锚机

锚机是锚设备中最为重要的组成部分，通过收放锚链完成起锚和抛锚。因为一般锚机也经常用来绞缆，拖拽和整理索具，所以也常装有绞缆卷筒。现代化的大中型船舶广泛采用工作平稳，操纵、使用方便且结构紧凑的液压锚机。

2.2液压锚机实例

图2.1 液压锚机图2.2 液压锚机控制箱

主要元件构造：系统是由油泵P，控制阀V，油马达M，高置油箱T和磁性滤器F等所组成。

2.2.1油泵

本例油泵P采用双作用叶片式油泵，由电动机带动恒速回转，最大使用压力位6.86MPa。为防止压力过高，油泵上还设有安全阀。

2.2.2油马达

图2.3 油马达

油马达M采用的是双作用叶片式油马达，结构类似于双作用叶片式油泵，同样由定子、转子和叶片等等部分组成。在转子2上均匀分布的8个叶片槽中设置有叶片3，为了叶片3能紧贴在定子的内表面上面，在转子端面的弧形凹槽中每两个叶片之间，设有矩形截面的弧形推杆4.工作时，叶片在压力油作用下，带动转子2在定子中转动。因为转子2是用键于轴5相连，所以当转子转动的时候，就可以直接带动锚链轮回转，从而完成起锚和抛锚的任务。

2.2.3控制阀

图2.4 锚机和控制阀

控制阀V具有两个阀腔：其中一个是换向阀腔，内部装有换向阀10和单向阀12，用以控制油马达的正转、反转以及停转；同时，它也是一个开式过渡滑阀，能通过并联节流，对油马达进行无级调速。另外一个是换挡阀腔，内部装有换挡阀11，通过换挡阀11便可控制油马达的低速或高速工况。

2.2.4重力油箱

图2.5 油柜和电动机

重力油箱T中的液压油靠重力产生的静压保持液压泵的吸入压力，并对系统补油。

2.2.5磁性滤油器

叶片式液压马达叶片和定子内表面的比压较大，将会产生一定摩擦，此外其他摩擦副在运行的过程中也会产生磨屑，而叶片和叶片槽是选配偶件，对磨屑非常敏感，所以必须配置磁性滤油器。

2.3液压系统的工作原理

2.3.1停止

使换向阀手柄8置于中央，换向阀10处于中位，并打开旁通孔13.于是自油泵而来的压力油经换向阀10的下部直接返回油泵，系统无法建立起足够的油压，单向阀12处于关闭，压力油无法进入油马达，因此油马达停止不动。

2.3.2起锚

如将换向阀手柄8向后扳动，此时换向阀10向上移动，逐渐将旁通孔13遮蔽，于是油泵的排油压力升高，油会顶开单向阀12，经换向阀腔和换挡阀腔进入油马达，进行起锚，此时油马达的两个腔室开始同时工作，为重载低速工况。如果扳动换挡阀手柄9，使换挡阀11关闭油道B，则压力油仅能从油道A进入油马达，油道B则与回油口相同，也就是说油马达只有一个腔室工作，此时便是轻载高速工况。这个时候，最大输出拉力仅仅只有重载的二分之一，但速度却比前者增加一倍。显而易见，改变换向阀手柄8操作角度，控制压力油进入油马达的流量便可对油马达进行无级调速。

2.3.3抛锚

若将换向阀手柄8向前扳动，此时换向阀10向下移动，于是，自油泵来的压力油，就会通过油道C进入油马达，使油马达反向转动抛锚。同理，若通过换挡阀手柄9令换挡阀上移，则油道B与C相通，油马达应获得轻载高速工况。并同样可通过控制换向阀手柄8的操纵角度而使油马达实现无级调速。

液压锚机的限速和制动除了控制换向手柄8做液压能耗限速和液压制动外，还设有手动的刹车手柄。用来控制锚链轮旁边的带式机械制动器。油马达安全阀6相当于制动溢流阀。

2.4本章小结

本章从锚设备的组成，液压锚机实例，液压系统工作原理三个方面来讲对液压锚机进行简述。熟悉并掌握液压锚机系统的结构以及工作原理是对液压锚机系统建模的第一步，本章介绍的相关知识为下文锚机的建模做好了铺垫。

第三章 3ds max软件介绍

3.1 3ds max是什么

3DSMAX 全称为 3D studio Max，是 Discreet 公司开发的基于 PC 系统的三维计算机建模制作、渲染的软件。在三维建模软件中较为成功，积累了大量客户群，应用领域十分广泛。3ds max前身是 DOS 系统下的 3D studio 系列软件，该软件用户界面清晰，使用方便。3ds max广泛应用于建筑设计，电脑游戏以及三维动画片，真人动画影片中的动画制作，而后便成为电影制作、渲染的主要软件。3DSMAX 软件功能强大和使用方便的优势，令其成为广大模型建造者进行3d 建模的最好工具。

本次设计使用的 3DS MAX 是 3DS MAX 2015。正如人们熟知的一样，3DS MAX 2015 在人机交互方面做得十分优秀，功能强大而且易于学习。

3.2 3ds max的发展

三维软件起初只能在专业的图形工作站上进行工作，那时建模的成本也是普通人无法承担的。但是随着计算机的发展，现如今，几乎所有的建模软件都会同时发布 PC windows版和 MAC 版，这无疑让绝大部分人都可以轻松地接触并使用建模软件。与此同时，用户群的增加也让建模软件有了更好的发展，不仅不同的使用场景有特定的专门软件，而且不同的用户层次也有相对高度的产品可供选择。

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