Il sistema biella-manovella è utilizzato per trasformate il moto
rotatorio in lineare alternato. A una ruota viene applicata una manovella alla cui estremità è vincolata una biella. La biella è un sistema composto da due aste unite tramite perni. L’asta finale della biella è vincolata a muoversi solo in una direzione e ricevendo una spinta e una trazione dalla manovella collegata si muove di conseguenza.

Il sistema biella-manovella è utilizzato per trasformate il moto rotatorio in lineare alternato. A una ruota viene applicata una manovella alla cui estremità è vincolata una biella. La biella è un sistema composto da due aste unite tramite perni. L’asta finale della biella è vincolata a muoversi solo in una direzione e ricevendo una spinta e una trazione dalla manovella collegata si muove di conseguenza.

Il concetto di asse e ruota è al “centro” di tutti gli ingranaggi. L’asse appoggiato o infilato in una cavità circolare riesce a ruotare mentre mantiene la sua posizione. Leonardo ne studia anche gli effetti di usura a seconda dei materiali utilizzati.

Per applicare un freno a un meccanismo a ingranaggi Leonardo usa spesso una leva che si incastra contro i denti sagomati di una ruota bloccandola. In questo modo, però, la ruota è comunque libera di ruotare nell’altro senso, la leva del fermo può essere aiutata da una piccola molla a ritornare in posizione. Questo fermo è utilizzato spesso
per sistemi di sicurezza e nel caricamento delle balestre.

Il volano è un accumulatore di energia cinetica, Leonardo lo chiama “moto aumentativi”. All’inizio serve molta forza per mettere in rotazione il peso attaccato o costituito dalla ruota stessa, poi però quando è in rotazione è il peso stesso a restituire la sua forza rendendo difficile frenare il sistema. Il volano sarà fondamentale nella macchina a vapore di Watt e nei sistemi a feedback.

I vari tipi di articolazione meccanica sono fondamentali nella costruzione di robot e automi. Nel codice Madrid I se ne trovano di diversi tipi. Alla base c’è l’uso del perno/asse, per ogni perno si ha un grado di libertà di rotazione. Innovativa e sorprendente è l’articolazione a sfera a innesto che consente d’imitare l’articolazione delle ossa umane con un’ampia libertà di movimento.

La camma è un dispositivo realizzato con una ruota con profilo irregolare o con innesti che creino il profilo voluto. La ruota irregolare spinge o sposta con il suo bordo una leva e le fa compiere un movimento che ne segue il profilo. In questo caso, il profilo alza il martello con una leva per poi farlo cadere con un colpo per ogni rotazione della camma.

Leonardo disegna numerosi tipi di catene. La catena è un insieme di elementi metallici collegati tra loro tramite perni. Rispetto a una carrucola, la catena può essere afferrata tra i denti di un ingranaggio ed è comunque più resistente. È errato individuare qui la prova dell’ideazione della bicicletta con pedali e catena poiché Leonardo disegna solo sistemi a catena verticali allo scopo di sollevare pesi o contenitori.

Leonardo per primo studia seriamente l’utilizzo dei cuscinetti per ridurre l’attrito. Se tra due superfici rotanti vengono interposte delle sfere od oggetti cilindrici, questi riducono enormemente l’effetto di attrito che tenderebbe a fermare il meccanismo. Leonardo studia diverse forme e materiali a seconda del loro utilizzo.

La vite è analizzata matematicamente e geometricamente da Leonardo che la descrive come un piano inclinato avvolto su un asse. In questi termini il “dado” scivola e sale sul piano della vite spostandola. Una sezione di vite può essere usata per ingranare una ruota dentata e in questo caso prende il nome di vite senza fine.

La molla è un lungo pezzo metallico, elastico, avvolto più volte a spirale attorno a un asse. Se l’asse viene ruotato, la banda metallica si comporta come un accumulatore d’energia elastica che viene rilasciata riportando l’asse nella posizione iniziale. Principale caratteristica delle molle è che l’energia elastica accumulata è massima all’inizio del rilascio e molto debole a fine corsa. Le molle a spirale restituiscono una forza rotante quelle di altra forma restituiscono la forza in direzione opposta all’accumulazione.

La proprietà principale di un pendolo è che (semplificando) il tempo d’oscillazione
è proporzionale alla lunghezza del filo e indipendente dal peso e dall’arco di oscillazione. Leonardo ne studia gli effetti e lo applica come motore di numerosi congegni, non solo quello di misurazione del tempo, ma anche come motore per mulini e meccanismi.