Viergelenkmechanismen

Ein Viergelenkmechanismus ist ein planer, geschlossener Kettenmechanismus, der aus vier starren Gliedern besteht, die durch vier Gelenke zu einem geschlossenen Umlauf verbinden. Einer der Glieder dient als statischer Rahmen (Grundglied); die übrigen drei Glieder sind Eingangs-, Kopplungs- und Ausgangsglied. In der Ebene besitzt der Mechanismus typischerweise eine Freiheitsgrad, das heißt, eine einzige Eingabegröße bestimmt die Bewegung aller Glieder.

Struktur und Typen: Die Bewegungen hängen vom Grashof-Kriterium ab. Seien s, p, q, l die Gliederlängen in aufsteigender Reihenfolge. Ist s + l ≤ p + q erfüllt, kann mindestens ein Glied eine vollständige Umdrehung ausführen (Grashof). Entsprechend ergeben sich Crank-Rocker-, Double-Crank- und Double-Rocker-Klassen, je nachdem, welches Glied eine Vollumdrehung zulässt.

Kinematik: Die Lagebeziehung ergibt sich aus der Loop-Closure der vier Glieder. Mit einem vorgegebenen Eingangswinkel lässt sich der Ausgangswinkel durch Lösung der Gleichungen bestimmen; oft wird die Freudenstein-Gleichung verwendet oder numerische Verfahren eingesetzt. Die Übersetzung variiert während der Bewegung, wobei Singularitäten oder Dead-Points auftreten können.

Anwendungen und Beispiele: Viergelenkmechanismen finden sich in Maschinen- und Fahrzeugtechnik, etwa als Lenkeinheit, in Ventil- oder Roboterarmsystemen. Das Watt-Viergelenk dient zur Approximation einer Geraden, während Chebyshev-Viergelenke ähnliche Zwecke mit geringer Abweichung erfüllen. Durch Anpassung der Gliedlängen lassen sich Eingangs- und Ausgangsbewegung gezielt gestalten.