The LEGO Power Functions

v ol u m e 1

Each model includes a list of required parts and colorful photographs that guide you through the build without the need for step-by-step instructions. As you build, you’ll explore the principles of simple machines, gear systems, power translation, and more. Yos hi hi to Is og awa

®

You’ll learn to build sliding doors, grasping claws, rack-and-pinion mechanisms, and ball-shooting devices of every sort!

T h e L EG O P o w e r Fun ct i o n s I de a B ook

This first volume of The LEGO ® Power Functions Idea Book, Machines and Mechanisms, showcases small projects to build with LEGO Technic gears, motors, gadgets, and other moving elements. You’ll find hundreds of clever, buildable mechanisms, each one demonstrating a key building technique or mechanical principle.

M ach ines and M e cha n i s m s

Imagine. Create. Invent. Now, what will you build?

T he LEGO Power Functions Idea Boo k, ®

®

Machines and Mechanisms

is a LEGO luminary with 46 years Y o s h i h i t o

of building experience. In addition to running Isogawa Studio, Inc., he reg ularly holds LEGO workshops, lectures at schools and science museums, and creates LEGO models for events and exhibitions. He is the author of the LEGO ® Technic Idea Book series

I s o g a w a

and The LEGO ® MINDSTORMS ® EV3 Idea Book (No Starch Press), as well as many Japanese-language LEGO titles.

T H E F I N E S T I N G E E K E N T E R TA I N M E N T ™ w w w.nostarch.com

This book is not authorized or endorsed by the LEGO Group.

Shelve in: Hobbies/LEGO

$24.95 ($28.95 CDN)

Y o s h i h i t o

I s o g a w a

The LEGO Power Functions Idea Book Machines and Mechanisms ®

VOLUME 1

T he LEG O Power F unc ti on s I d e a B ook ®

Machines and Mechanisms Y o s h i h i t o

I s o g a w a

The LEGO Power Functions Idea Book, Volume 1: Machines and Mechanisms. Copyright © 2016 by Yoshihito Isogawa. ®

All rights reserved. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording, or by any information storage or retrieval system, without the prior written permission of the copyright owner and the publisher. First Printing 19 18 17 16 15

123456789

ISBN-10: 1-59327-688-5 ISBN-13: 978-1-59327-688-1 Publisher: William Pollock Production Editor: Riley Hoffman Cover Design: Beth Middleworth Photographer: Yoshihito Isogawa Author Photo: Sumiko Hirano Developmental Editor: Tyler Ortman Technical Reviewer: Sumiko Hirano Proofreader: Fleming Editorial Services For information on distribution, translations, or bulk sales, please contact No Starch Press, Inc. directly: No Starch Press, Inc. 245 8th Street, San Francisco, CA 94103 phone: 415.863.9900; [email protected] www.nostarch.com Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Isogawa, Yoshihito, 1962The LEGO power functions idea book / by Yoshihito Isogawa. pages cm Summary: “A compilation of small projects to build with LEGO Technic parts, including gears, motors, gadgets, and other moving elements. Contains step-by-step building instructions for rack-and-pinion steering systems, sliding doors, grasping claws, and ball-shooting devices. Explores principles of simple machines, gearing, and power translation”-- Provided by publisher. ISBN 978-1-59327-688-1 -- ISBN 1-59327-688-5 1. Machinery--Models. 2. Power (Mechanics) 3. LEGO toys. I. Title. TJ248.I863 2016 621.8--dc23 2015021881 No Starch Press and the No Starch Press logo are registered trademarks of No Starch Press, Inc. Other product and company names mentioned herein may be the trademarks of their respective owners. Rather than use a trademark symbol with every occurrence of a trademarked name, we are using the names only in an editorial fashion and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark. LEGO , MINDSTORMS , the brick and knob configurations, and the minifigure are trademarks of the LEGO Group, which does not sponsor, authorize, or endorse this book. ®

®

The information in this book is distributed on an “As Is” basis, without warranty. While every precaution has been taken in the preparation of this work, neither the author nor No Starch Press, Inc. shall have any liability to any person or entity with respect to any loss or damage caused or alleged to be caused directly or indirectly by the information contained in it.

Contents Introduction · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1

PART 1 • Basic Mechanisms Transmitting rotation · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4

Gearing down (powering up)· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10

Gearing up (speeding up)· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 30

Changing the angle of rotation · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 42

Powering up with worm drives · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 52

Using turntables · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 66

Gear systems · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 76

Tilting the angle of the axle · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 84

Changing the angle of the axle freely · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 90

Universal joints · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 96

Transmitting rotation with chains and treads · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 106

Transmitting rotation with rubber bands · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 110

Rack-and-pinion gears· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 114

Swinging mechanisms· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 124

Reciprocating mechanisms · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 134

Cam mechanisms · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 142

Gear systems with whole number ratios · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 154

Attaching a battery box · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 172

Attaching an infrared receiver· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 178

vi Contents

PART 2 • Arms, Wings, and Other Movements Flapping wings· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 182

Gripping fingers · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 188

Lifting things · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 204

Shooting things· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 214

Automatic doors · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 226

Moving arms· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 238

Spinning fans · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 250

Drawing pictures · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 262

Complex movements via rotation· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 284

Using attachments to change motion· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 294

Combining modules · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 304

Parts list · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 312 Contents vii

Introduction This is an idea book, offering hundreds of projects and mechanisms you can build with LEGO Technic parts. The book especially focuses on LEGO Power Functions, which is the latest version of the Technic system of motors, lights, and other electric building elements.

Where Are the Words? Other than this brief introduction and the table of contents, this book has almost no words. Instead, you’ll find a series of photographs of increasingly complex models, each designed to demonstrate a mechanical principle or building technique. While the book lists the pieces needed to build each model, it does not include step-by-step building instructions. Look at the photographs taken from various angles and try to reproduce the model. Building in this way is something like putting together a puzzle. You’ll get the hang of it after a little practice.

The Use of Color The examples in this book are made with parts of various colors to make it easier for you to see the individual bricks’ shapes. But you don’t need to use the colors I’ve chosen in your models; use whichever colors you want to make the projects your own.

Substituting Parts The parts used in this book were selected from among the easily obtainable ones as much as possible, but you’ll probably still be missing a few. Try to build as many models as possible using the parts that you already own. If you find that you’re missing parts, try to think of ways to substitute other parts for the ones that you’re missing. For example, there are many types of LEGO tires. If you don’t have the tires shown in a particular project, try using any tires you have that are a similar size. Also, there are several types of Power Functions motors. In this book, the commonly available Medium (M) motors are used most frequently. It’s relatively easy to replace the M motor with the Large (L) motor or older motors from earlier systems, so use whatever you have available. The Parts List in the back of the book will help you find the pieces you need.

You Are the Creator Look at the models you build closely. By thinking about how they move and why they are designed that way, you will greatly improve your building skills. This is an idea book; it’s about imagination. It is my sincere hope that you make these projects your own, combine them, and evolve them into something even better—your own original models.

PART 1

Basic Mechanisms 4

52

90

114

154

10

66

96

124

172

30

76

106

134

178

42

84

110

142

Transmitting rotation #1

3

4

×2

×2

Gear ratio 8:8 = 1:1

#2

3

×2

16:16 = 1:1

4 Transmitting rotation

×2

#3 ×2

16:16 = 1:1

#4

24:24 = 1:1

×2

3

×2 Transmitting rotation 5

#5

3

×2

×2

40:40 = 1:1

#6 3

×2

36:12:36 = 3:1:3


×2

#7

3

×2

4

×2

×2

12:12 = 1:1

#8

×2

×2 4

×2

×2

×2

×2 ×4

20:20 = 1:1

Transmitting rotation 7

#9

×2 3

×2

×2

20:20 = 1:1

#10

×2 3

×2

20:20 = 1:1


×2

#11

×2 ×2

×2

4

3

×2

×2

36:36 = 1:1

#12 3

×2

×2

36:36 = 1:1

Transmitting rotation 9

Gearing down (powering up) #13 4 3

×4

36:40 = 9:10 4 0.90

10 Gearing down (powering up)

#14

×5 ×4 4

5

×8

36:40 = 9:10 4 0.90

Gearing down (powering up) 11

#15

×2 ×4 4

×2

24:28 = 6:7 4 0.86


×2 7

×2

×2

#16

×2 3

4

×8

24:28 = 6:7 4 0.86

#17

3

×2

20:24 = 5:6 4 0.83


#18

×2 ×2 3

×2

20:24 = 5:6 4 0.83


×2

5

×2

×8

#19

3

×2

16:20 = 4:5 4 0.80

#20

×2

×3

×2 4

4

×3

×3

16:20 = 4:5 4 0.80


#21

×2

×2

×3

4 4

×2

×6

28:36 = 7:9 4 0.78

#22 ×2 ×3

28:36 = 7:9 4 0.78


×3

×2

×3

3

×4

×2 4

×7

#23

3

×2

12:16 = 3:4 4 0.75

#24

20:28 = 5:7 4 0.71

×2 ×2

3

×3

×8 Gearing down (powering up) 17

#25

×2

×2

×4

4

3

×2

×6

24:36 = 2:3 4 0.67

#26 ×2 3

×2

16:24 = 2:3 4 0.67


×2

×2 4

×2 ×4

#27 3

4

×2

8:12 = 2:3 4 0.67

#28 3

×2

24:40 = 3:5 4 0.60


#29

×2

3

12:20 = 3:5 4 0.60

#30

×2 4

×3 ×2

20:36 = 5:9 4 0.56


×4

#31

3

20:40 = 1:2 4 0.50

#32 ×4

×2

×2 4

3

×4

×2

×2

×2

12:24 = 1:2 4 0.50


#33

×2

×2

×2 4

3

×2

8:16 = 1:2 4 0.50

#34

×2

×2 ×4

3

×2

8:16 = 1:2 4 0.50


×2

×2

#35

×2

×3

×2

×2

3

×2

×3

×2

×10

12:28 = 3:7 4 0.43

#36 ×2

×2

×2

3

×2

×10

24:56 = 3:7 4 0.43


#37 ×2

×3

4

3

×4

×2

×4

16:40 = 2:5 4 0.40

#38 ×2 3

×2

8:20 = 2:5 4 0.40


×6

#39 3

×2

12:36 = 1:3 4 0.33

#40 3

4

8:24 = 1:3 4 0.33


#41

×2

×2

×2

×2

4 4

×2

×2

×5

12:40 = 3:10 4 0.30

#42 3

×4

12:40 = 3:10 4 0.30


4

#43

×4 3

×2

4

×2

×4

×4

16:56 = 4:14 4 0.29

#44

8:28 = 2:7 4 0.29

×2 3

×2

×8 Gearing down (powering up) 27

#45

×3 4

4

×2

×2

×6

8:36 = 2:9 4 0.22

#46 3

×6

12:56 = 3:14 4 0.21


#47 ×2

4

4

×2

8:40 = 1:5 4 0.20

#48

4

×3 ×2

×2 ×2

×8

8:56 = 1:7 4 0.14


Gearing up (speeding up) #49 4

4

×3

40:36 = 10:9 4 1.11

30 Gearing up (speeding up)

#50

×2 ×2

×3

4

3

×2

×2

×3

28:24 = 7:6 4 1.17

#51

3

×2

24:20 = 6:5 4 1.20

Gearing up (speeding up) 31

#52

×4

×2 3

×6

24:20 = 6:5 4 1.20

#53 ×2 3

×2

×2

4

×8

20:16 = 5:4 4 1.25


#54

×6

×2 ×4

4

×6

×2 ×2

36:28 = 9:7 4 1.29

#55 ×2 3

4

×4

16:12 = 4:3 4 1.33


#56

×2

×2

×2 4

×2

×5 ×4

28:20 = 7:5 4 1.40

#57 3

×2

36:24 = 3:2 4 1.50


#58

×2

×2 4

×8

×3

24:16 = 3:2 4 1.50

#59

×3

×3 4

4

×3 5

×2 ×4

12:8 = 3:2 4 1.50


#60 4

×2 ×2

×5

×4

20:12 = 5:3 4 1.67

#61

3

×2

×2

×2 ×2

36:20 = 9:5 4 1.80


4

×4

×4

#62

3

×4

×2

4

×8

×2

×4

40:20 = 2:1 4 2.00

#63

×2

×2

4

3

×2

×4

16:8 = 2:1 4 2.00


#64 4

3

×3

36:16 = 9:4 4 2.25

#65 ×2 ×3

40:16 = 5:2 4 2.50


×2 4

×8

#66

×2

×2

×2

×8

36:12 = 3:1 4 3.00

#67 3

×2

24:8 = 3:1 4 3.00


#68 4

×2

×3

40:12 = 10:3 4 3.33

#69 3

×2

36:8 = 9:2 4 4.50


#70

×2 8

40:8 = 5:1 4 5.00

#71

×2

×2 3

5

×4

×6

56:8 = 7:1 4 7.00


Changing the angle of rotation #72

×2

×2

×2 6

3

×2

12:12 = 1:1

42 Changing the angle of rotation

×3

×2

#73

×2

×3 6

3

×2

×2

4:4 = 1:1

#74

×2 3

×2

×3

×2

12:12 = 1:1

Changing the angle of rotation 43

#75

×2

×2 4

3

×2

×2

12:12 = 1:1

#76 3

×2

12:12 = 1:1


×2

×2

×2

#77 3

×2

×2

×2

×2

×2

12:12 = 1:1

#78 3

×2

12:12 = 1:1


#79 ×2 3

×2

×2

16:20 = 4:5


×2 6

×2

×2

×2

×4 ×2

×2

#80

×2

×2

×2 3

×2

6

4

×2

×2

16:24 = 2:3

#81

×2 6

×4

12:20 = 3:5


#82 ×2

12:20 = 3:5

#83

×2 ×2 3

4

×2

24:40 = 3:5


×2

#84

×2 6

4

×2

8:24 = 1:3

#85

×2

×2 3

4

×2

8:24 = 1:3


#86 ×2 ×2

24:20 = 6:5 ×2 ×2 3

4

×2 ×8

#87

3

×3

20:12 = 5:3


×3

×2

#88

×2 4

3

×2

24:16 = 3:2

#89

8

×2 ×4

36:12 = 3:1


Powering up with worm drives #90

5

×2

3

×2

1:8

52 Powering up with worm drives

#91

×2 3

×2

×2

×2

1:8

Powering up with worm drives 53

#92

×2

×2 ×2 6

5

×2

1:8


×2 ×6

#93

×4 5

×2

×2

1:12


#94 ×2

×2

×2

1:16


×2 5

4

×5

×4 6

×2

#95

×2

×2

×2

×2

×2 4

3

×4

×2

5

×2

1:16


#96

×2

×4

×2

×2

5

×2

1:16


×2

#97

×2

×4 ×2 3

×2 ×2

5

6

×2

×6

1:20


#98

×2

×2 3

×2

1:24


6

×2

#99 ×2

×2 4

6

×2 ×4 ×6

1:24


#100

×2

×3

×2 ×3

×2

×2

1:24


×3

6

3

×2

×2

×4

#101 ×2

×2

×2

×2 3

×2

×4

6

×2 ×12

1:24


#102 ×2 ×2 ×2

1:36


3

×2

×3 5

6

×2 ×2

×10

#103

×3 ×2

×2 6

×2 ×2

×2

×8

1:40


Using turntables #104 ×2

×2 5

×2

12:12 = 1:1 8:56 1:7

66 Using turntables

3

×3

×8

#105 ×2

×2

×4

×2 5

3

×2

×2

×2

×8

24:56 = 3:7

Using turntables 67

#106

×2

×2

×2 ×2

3

×3

1:56

68 Using turntables

7

×5

#107

×3

×2

×2 5

3

×5

×8

16:24 = 2:3 8:56 3:21

Using turntables 69

#108

×2

×2 ×2 ×2

×2

×2 5

3

×2

×2

×3

×2

12:12 1:1 8:24 = 1:3 3:21 8:56

70 Using turntables

×8

8:24

12:20

16:16

20:12

24:8

Using turntables 71

#109

×2

×4

×2 3

×2

12:28 = 3:7

72 Using turntables

×2

#110

5

3

×4

12:28 = 3:7

Using turntables 73

#111

×3

×2

×2 5

×2

1:28

74 Using turntables

6

×2 ×4

#112

×2 ×2 4

×4

×10

8:24 = 1:3 12:28 3:7

Using turntables 75

Gear systems #113

4

×2

40:8 = 25:5 40:8 5:1

76 Gear systems

×2

×2

×2

#114

×4

×2

4

3

×2

×4

×2

×3

×2

8:24 = 1:3 8:24 3:9

Gear systems 77

#115

×2 4

×3

×3

8:24 1:3 8:24 = 3:9 9:27 8:24

78 Gear systems

4

×2

#116

×2

×4

×2 ×4

3

×2

×2

×2

4

×6

16:24 = 4:6 16:24 6:9

Gear systems 79

#117

×2 ×2 4

3

×2

12:20 = 9:15 12:20 15:25

80 Gear systems

×2

×2 ×8

#118

×3

5

×2 3

×2

×2

12:36 = 1:3 12:20 3:5

Gear systems 81

#119

×4

×2

6

7

3

×2

×2

1:24 = 1:24 1:24 24:576

82 Gear systems

×2

×4

×4

×4

#120

×2

4

5

×2 3

×2

6

×2 ×2

×2

×4

×2

×12

12:20 9:15 1:8 = 15:120 120:200 12:20

Gear systems 83

Tilting the angle of the axle #121

×2

×2 ×2 3

×2

×2

×2

12:36 = 1:3 36.87°

84 Tilting the angle of the axle

#122 ×2

3

×2

×4

53.13° 16:20 = 4:5

#123

4

×2

20:36 = 5:9

3

×4

×2

53.13°

Tilting the angle of the axle 85

#124

×4

×2

×2

3

×3

×4

12:20 = 3:5

36.87°

36.87° 5

4

5

4 3

3 86 Tilting the angle of the axle

53.13°

#125

×2

3

×2 ×2

×2

×2 ×2

20:16 = 5:4 67.5°


#126 ×2

×2

×4 ×2 3

×3

×4

12:12 = 1:1

22.5°

88 Tilting the angle of the axle

22.5°

×4 5

×6

×4

#127

×4

×4 ×2

×3

×2

×2

4

3

×5

×4

×3

×5

20:20... = 1:1...

45° 45° 45°

45°


Changing the angle of the axle freely #128

×2

×3

×2 4

5

×2

12:20:12 = 3:5:3

90 Changing the angle of the axle freely

#129 ×2 3

×3

×3

×2

×6

5

×3

12:12:12 = 1:1:1

Changing the angle of the axle freely 91

#130

×2

×2

×3

24:8 = 3:1


×2 ×3

4

3

×2

×2

×2

×4

#131

×3

×4

×2 ×2 3

×3

4

×2

×2

5

×2

×7

12:12:12 = 1:1:1


#132 ×4

×6 ×2 ×4

12:20:12 = 3:5:3 12:20:12 3:5:3


6

3

×3

×2 ×8

4

×4 ×2

×4

4

×12


Universal joints #133

×3

×2

×2

4

×3

96 Universal joints

×2

#134

×2

×2

×2

5

×6

#135

×2

×3

×2

5

×3

×3

Universal joints 97

#136 ×2

×4

×2

4

×3 3

×4 5

×6

12:20 = 3:5

98 Universal joints

#137 ×4

×2

×2

×2

4

3

×2

×2

×4

×3 ×10

Universal joints 99

#138 ×4

×4 ×2

×4

6

3

×2

100 Universal joints

×4

×2

×4 ×4 ×4 ×12

#139

×3

×4

×2

×4

×4

4

3

×2

×3

×3

×2 ×2 ×6

Universal joints 101

#140 ×2

×2

×2

×2

×4

×4

×4 4

3

×2


×2

×4

×2

×8

#141

×4

×2

×2

×2

×4 3

×2

×2

×6

×3

×6


#142 ×6

×2

×2 ×2


×2

×4

×2 4

×5

×2 ×2

×2 ×2

×4

×2 ×2

3

×2

×2

×2

×4

5

×4

10

×4 ×10 ×2


Transmitting rotation with chains and treads #143

×24 3

×2

24:24 = 1:1

106 Transmitting rotation with chains and treads

×2

#144

×2 3

×2

×29

×2

×6

×15

×2

24:16 = 3:2

#145 4

4

×2

6:10 = 3:5

Transmitting rotation with chains and treads 107

#146

×40 3

×2

×2

×3

×2

16:24 = 4:6 16:24 6:9

#147

×23 ×2

3

×3

×2

16:16 = 1:1

108 Transmitting rotation with chains and treads

×4

#148

×23

×2

×2 ×2

×2

×2

×2

5

4

×2

×2

×3

16:16 = 1:1

Transmitting rotation with chains and treads 109

Transmitting rotation with rubber bands #149

3

×2

1:3.6

6.2 mm

110 Transmitting rotation with rubber bands

22.3 mm

6.2:22.3 ≈ 1:3.6

#150

4

4

×2

×2

#151 ×2

×2

×2

×2

5

×2

×6

Transmitting rotation with rubber bands 111

#152

×2

×4 3

112 Transmitting rotation with rubber bands

×6

#153

×3

×2 4

3

×2

×3

×3 ×2 ×4

Transmitting rotation with rubber bands 113

Rack-and-pinion gears #154

×2

×2

×2 ×2 3

4

×3

×2

4

×6

114 Rack-and-pinion gears

#155

×5

×2

×2 ×2

×3

×2

×2

×4

3

×2

×4

Rack-and-pinion gears 115

#156

×2 3

×2


×3

×2

×2

×2

×2 4

×2 ×2 ×10

#157

×2

×2

×2

×3

×3

×2 4

×2

5

×2 ×2 ×4


#158

×2

×2 3

×2


×2 ×4

4

×2

×2

#159 ×2

×2 5

×4


#160

×2

×4

×2 ×2 8

3


5

×2

×2 ×2

×2

×2

×2

×2

×2

6

×2 ×10


#161

×2

×2 ×3

4

×3


×4

×4

×2 ×2

×4

×4

6

3

×2

×4

5

×2

×2

×3

×3

×2

×4


Swinging mechanisms #162 ×2

×3 3

×2

#163 ×2

×3 3

×2

124 Swinging mechanisms

#164

×2 3

×2

#165

×3 3

×2

Swinging mechanisms 125

#166

×2 4

3

×2

×2

#167

×2

×2 3

4

4

×2


#168

×4

×2

×2 4

3

×2

×2

×4


#169 ×2

×2

×2 ×2

3

×2


×2

×2

×2

#170

3

×2

×2

×2

×2

×2

×2

×4 ×6

7

5

×2

×2


#171

×2

×2

×2

×2 4

3

×2


×2 6

×4

#172

×2 ×2

×2 3

×2

×4


#173

×2 ×2

3

×2

×2

4

×2

×3 8

×2


×2 ×2

×2 ×2 ×2


Reciprocating mechanisms #174

×2

×3 4

6

×2 ×2

134 Reciprocating mechanisms

#175

3 7

×2

#176

×2 3

5

4

×2

×2 ×2 ×4

Reciprocating mechanisms 135

#177

×2 ×2

5

3

×4


×2

×2

×2

×3

×4

#178 ×2

×2 3

4

×3

×2

×10


#179

×3

×4

×2

×2

×2 ×3

5

3

×4


×4

×2

×4

#180

×2

×2

×2 ×2

×2

5 12

×4 ×2

×2

×2


#181 ×2

×2 ×2

×2 ×3

×2 ×2

×2

×2

4

3

×8


4

×3

×13


Cam mechanisms #182

3

×2 ×2

142 Cam mechanisms

×2

×3

#183

×2

×2 ×2 3

4

×2

Cam mechanisms 143

#184

×2 3

×4

144 Cam mechanisms

#185 4

×2

×2 3

×2

6

×4 ×6

Cam mechanisms 145

#186

×2

×2 ×2

×2 ×4

×2

×4

6

3

×3

146 Cam mechanisms

×2

4

×2

×6

#187

3

×2

×4 ×4 4

×8

×6

8

×4

×10 ×4

Cam mechanisms 147

#188

×2

×2 ×2

×10 ×2

×3

148 Cam mechanisms

×2

×8 ×4

×6

×2

8

6

3

×2

×4

×10

Cam mechanisms 149

#189 ×2

×2

×6

×2 ×4

150 Cam mechanisms

×4

×2 6

4

3

×2 ×4

×10 ×2

×2

×7 ×2

×2

×3

×4

×3 ×2

×9

×9

Cam mechanisms 151

152 Cam mechanisms

Cam mechanisms 153

Gear systems with whole number ratios #190 3

×2

1:1

154 Gear systems with whole number ratios

×2

#191

×2

×2

×2

4

3

×4

×6

1:2

#192 3

×2

1:3 Gear systems with whole number ratios 155

#193

×2

×2

×2

×2

×2

×2

1:4


×2

4

3

×2

×6

#194

×4 ×2

7

×3

×2

×8

1:4

Gear systems with whole number ratios 157

#195

4

×2 ×2

×2

×2 ×5

×4 ×4

×3

1:4


×2

4

×8

7

×2

×10

#196 3

×2

1:5


#197

×2

×2

×4

×2 4

3

×4

×2

1:6


×2

×11

#198 ×2

×2

×2

5

×2

×4

×6

1:7

#199

5

×2 ×2

×2

1:8


#200 4

3

×2

×2

1:9


×2

×2

#201

×2

×2

×3 8

×2

×2 4

×4

4

×2

1:10


#202

1:11

×2 ×2

×2

×2

×3

×2 ×4

×2 3

×2

×2 4

6

×2 ×2 ×2

×4 ×6 ×8



#203

3

×3 ×5

4

4

×3

×6

×3

5

×2 6

×2

×2

×2 7

×3

×5

×2

×6

×2 ×13 ×6 ×22

1:13





#204

×3

×2 ×2

×2 ×3

×2 ×2

×2

×6

×6

3

×2 4

7

×3 ×3 ×2

×6 ×4 ×12

1:17



Attaching a battery box #205

×2 ×4

#206 ×2 ×2

172 Attaching a battery box

×14 ×2

#207 ×2

×4

×2

×4 ×8

#208 ×4 ×2

×4

×8 ×8

Attaching a battery box 173

#209 ×2 ×2

×4

#210 ×4 ×2


×4

×12

×4 ×4

#211

×4

×2 ×2

#212

×4

×2 ×4


#213

×2

×4

×2

#214

×2 ×2

×2 ×2


×2

×2

×4

#215

×2 ×2 ×2

×6 ×2

×2

×6


Attaching an infrared receiver

#216

×2 ×2 ×2

×4

178 Attaching an infrared receiver

#217

×2 ×2

×2

×2

×2 ×2 ×4

#218

×6 ×2

#219

×4

×2

Attaching an infrared receiver 179

PART 2

Arms, Wings, and Other Movements 182

214

250

294

188

226

262

304

204

238

284

Flapping wings #220 ×2

×2 ×3

×2 ×2

×3 ×2

×2 3

×2 6

×3

×2 ×4 ×2 ×2

182 Flapping wings

#221 ×4

×2 3

×2

×3

×8 ×2

5

×2

×4

Flapping wings 183

#222

×2

×2 ×4

×3

6

4

×6

184 Flapping wings

×2 ×2 ×2

#223

×2

×2

×2 ×2 ×2

×4

×2 4

3

×3

×2

×2

×2

×2

×2

7

×6 ×2

Flapping wings 185

#224

×2

×2 ×4 ×2 3

×4

186 Flapping wings

×2

×4

6

×2 ×2

×2 ×2

5

×2

×2

×2 7

×10 ×4

Flapping wings 187

Gripping fingers #225 ×2

×2

×2 3

×2

188 Gripping fingers

×2

×2 ×2 ×4

#226 ×2 ×2

×2

×4

5 6

3

×2

×2

×2

×2 ×12

Gripping fingers 189

#227 ×2

×2 ×2

×2

×2


×5 ×2

4

3

×3

×8

×3

5

×3


#228

×4

×4 ×2

×2

×2

×2

4

×2

×2

×4

5

×2

×2 7

×2


×2

×3 ×16


#229 ×2

×2 ×2 ×2

×2

×2

×2

3

×2 4

×4


×2

×3

×3 7

×10


#230

×10

×4 ×4

×2

×3

×4 ×2

×4


×2

×2

6

×2

×4 10

5

4

×2

3

×4

×2

×4 ×8


#231 ×6 3

×4

×3

×2

×2 ×4 5

×2 7

×5 ×6 ×2 ×4 ×7 ×18


×3

×3


#232

3

×8

×2

×2

×2


×4

6

×2 ×2

×2

×2

×2

×2

×6

×2

×3 ×2

×4

5

×2 ×2

4

×2

7

9

×2

×3 ×3 ×10 ×22




Lifting things #233

×3 ×4 ×2 ×4

204 Lifting things

×6

3

×3 7

×2

×2

×2 ×3

Lifting things 205

#234

×4 ×2

×2

×2

3

5

×2

×2 7

×2

206 Lifting things

×31

×2

×3

×2 ×5 ×4 ×2 ×8

Lifting things 207

#235

×2

×2

×2

3

×2

×4 ×3

×4 ×2

6

×2

×5 7

×4

208 Lifting things

×2

×14

Lifting things 209

#236

×3 ×3 ×28 ×2 ×2

×2

×4

×2

×2 5

×2

3

×3 ×3

6 12

×4

×2

×4 ×6

210 Lifting things

Lifting things 211

#237 ×7

×2 ×4

×2 ×3 3

×3 4

4

7

×4

×3

×2 ×4 ×8 ×7

212 Lifting things

×3

Lifting things 213

Shooting things #238

×4 ×3 ×2 ×2

214 Shooting things

×2

4 6

×2

×2 8

3

×3

×3

#239

×2 ×2 ×2 ×3

×2

×7 ×8

Shooting things 215

#240 ×2

×2

×4

×2

3

1

×2 ×3

7

8

×2

12

×5

×2 ×3

2

216 Shooting things

×2 ×2

×2

×2

3

×2

×12

Shooting things 217

#241

4

×2

×2

×2

×3 ×4

4

5

×2 6

3

×2

218 Shooting things

×2 ×2 ×4 ×3 ×11

Shooting things 219

#242

×3 ×2

3

×2

×4

5

×4

×10

6

×2

220 Shooting things

×2

×3

×2

×6

Shooting things 221

#243

3

×4

×2 ×8

4

×2

5

×4 ×4 ×3

222 Shooting things

×2

×2 ×4

9

×6 ×3

×3 ×4 ×2 ×6 ×12

Shooting things 223

224 Shooting things

Shooting things 225

Automatic doors #244

×2

×4

×2 ×4 ×2

×2 ×6 ×4

×2

×2 4

×2

×2

8 12

×2

3

×11

226 Automatic doors

×2 ×21

Automatic doors 227

#245

×10 ×2 ×4

×2

3

×2

×2

6

×2

228 Automatic doors

×2

×2

×2

×15

Automatic doors 229

#246

×2

×2

×2 ×4 ×2 ×2

×3 ×2 ×5 3

×3 7

×4

×4

×7

230 Automatic doors

Automatic doors 231

#247

4

×2

×8

×3 5

232 Automatic doors

×3

4

×4 ×2

×4

×3

×2

×15

Automatic doors 233

#248

×2

×3 ×2 ×4

×2

×2

×2 ×2

×2

×3 3

×2

12 5

×2

×3

×16 234 Automatic doors

×2 ×2 ×11

Automatic doors 235

#249

×2

×5 ×2 ×4

×2 3

4

×2

4

×2 ×3

6 10

×2 ×3

×2 ×8

236 Automatic doors

Automatic doors 237

Moving arms #250 ×6 ×8

×2

×2 ×3

×2 ×2

×2

238 Moving arms

×3

6 7

×4 ×6

×4 3

4

5

×7

×4 ×18

Moving arms 239

240 Moving arms

Moving arms 241

#251

×2 ×2

×2 ×2

×2

×5

×2 ×2

×2

×3 ×4

×3

×2 3

×2 ×3

4

×2 8

×2

242 Moving arms

×4

×10 ×10 ×4 ×9

Moving arms 243

244 Moving arms

Moving arms 245

#252 ×2

×5

×2

×2 ×6

×3 ×2 ×2

×2

×6

×3 3

×6 4

4

×3 ×2

×6 ×3 ×8 ×17 246 Moving arms

Moving arms 247

248 Moving arms

Moving arms 249

Caution! These models spin. Protect your eyes.

Spinning fans #253

×2 ×3

3

×6

250 Spinning fans

#254 ×2

×2 3

4

×2

×6

Spinning fans 251

#255

3

×2 ×2

252 Spinning fans

4

×2

#256

×2

×2

3

×5 ×2

×4

×4

×6

8

×2 ×6

Spinning fans 253

#257 ×4

×2

×2 ×2

×2 ×4

254 Spinning fans

×4

×4

4

4

×4

7

×2

×16

Spinning fans 255

#258 ×4 ×2 ×4

×2 ×2

×2 ×2

×4

×2

5

3

×2

7

×2

256 Spinning fans

×2

×4

4

8

×2 ×2 ×6 ×8

Spinning fans 257

#259 ×6

×2 ×2

×9

×2

×2

5

×2 ×2

258 Spinning fans

3

×6 ×3 ×2

×4

×2

×2

×6

4

×4

7

×8 10

×5

×2

×20 ×32

Spinning fans 259

260 Spinning fans

Spinning fans 261

Drawing pictures #260

×2

×2

×4 3

×2

262 Drawing pictures

4

×4

Drawing pictures 263

#261

4

×2

×3

×2

4

×4 ×8

5

×2


×4

×3

×2


#262

×4

×2

×2 ×4 ×4

×4

×2 3

×2

×5 ×2

4

×3

5

×6 7

8

12

×2 ×4

×6 ×9


×4

×2 ×2

×2

×2 ×5

×2




#263

×6

3

4

×3

×2 ×2

5

×2

×4

×2

×2


×2

×4 ×4

7

×2

×4

×2

×2 6

×4

×3

10

×2

×5




#264

×8

×2

×3 3

×2 ×2

×2

×2 ×2

5

×2

6

×2

×4 ×8 ×2

×2

×2

×2 ×2 ×5

×4 ×14 274 Drawing pictures




#265

×4

×3

×2 ×2

4

×2

×2

×2

×4 ×4 ×2

×2

×2


5

×8

×2 ×2

×6 ×2

×2

×4

×4 ×4

×2 3

×4

×4

×4

×3 12

×2

×4 ×2

6

×4

×6 ×4 ×11 ×21






Complex movements via rotation #266 ×2 ×2

×2 ×2 ×2

×2 3

×2

×2

4

6 8

×6 ×2 ×6

×4

284 Complex movements via rotation

×2

×2 ×2

Complex movements via rotation 285

#267

×2 ×2 ×2

×3

×2 3

×3 ×2 ×2

4

7

×4 ×6 286 Complex movements via rotation


#268

×3

×2

3

×5

×2 4

×4 ×2

4

×2 7

×2 ×5 ×9

×2 10

×3


×2

×2

×2


#269

×4 ×4 ×2 ×3

×4

×4

×4 ×2

×3

×4 3

4

×5

×2

×4

×4

12

×3

×6

×2

×8

×22





Using attachments to change motion

294 Using attachments to change motion

Using attachments to change motion 295

#270

3

×2 ×2 4

×2


×2

×6

#271

3

×2 ×2

6

×2

×2


#272 ×2

9 3

×3

×2


×2

5

×2 ×2

#273 ×2

×2

×2

×2 4

×3

5

×2 7

×2 ×6

3

×2

×2

×2

×2

×3


#274 ×5

×2

×3

×2

5

×2 ×2

×2

×2 ×2 ×2


4

×2

×2 3

×3

×2

7

×6 ×3

9

×2

×6


#275

×2

5

×6

×2

6

×2

×2

×2

3

×2


×6

7

×2

×2 ×2 ×8


Combining modules

304 Combining modules

Combining modules 305

#276 ×2

×2 ×2 ×2 ×4 3

×6


#277 ×2

3

×2

×2

×2

×2

×6

#278 ×2 ×2

×2

×3 ×2

3

×3

×7


#279

×3

×2 ×2

×2

×2

#280

×2 ×2


3

×2

×3

×7

×4

3 7

×6

#281 ×2 ×2

×2

×4

×2

3

×5

×6

4

×2

×2

×8


#282

×2 3

×3


×2

×2 4

×7

#283

×2 ×2 ×2

3

×2

×4

5

×2

×6


Parts list

This is the maximum number

This is the maximum number of this part needed

of this part needed to build any

to build any single model in both volumes

single model in this book.

of The LEGO Power Functions Idea Book (Machines and Mechanisms and Cars and Contraptions).

5 ×2 (×2)

×8 (×12)

×1 (×1) ×0 (×4)

×1 (×2) ×1 (×1)

6

×4 (×5)

7

×1 (×2)

×1 (×1)

×1 (×1) ×7 (×7)

3

×8 (×9)

×0 (×1)

×4 (×4)

8

×4 (×4)

8

×2 (×2)

×1 (×3)

9

×4 (×6)

×2 (×4)

10 ×1 (×1)

4

×6 (×9) 12

4

312 Parts list

×3 (×7)

×4 (×4)

×5 (×5)

×0 (×2)

×8 (×8) ×1 (×1)

×1 (×1) ×0 (×2)

×0 (×2) ×4 (×4)

×4 (×5) ×2 (×2)

×0 (×2) ×0 (×2)

×4 (×6) ×4 (×6)

×8 (×8)

×4 (×6)

×1 (×1)

×2 (×2)

×40 (×92)

×1 (×2)

×4 (×6)

×29 (×98)

×2 (×4)

×2 (×2) ×2 (×2)

×4 (×6) ×31 (×58) ×2 (×2)

×5 (×6) ×2 (×2) ×1 (×1) ×0 (×4)

×1 (×1) ×1 (×2) ×1 (×1) ×1 (×8)

×3 (×9)

×2 (×4) ×6 (×6)

×0 (×1)

×0 (×4) ×2 (×2)

×1 (×1)

×2 (×2) ×1 (×1) ×4 (×4)

×2 (×2)

×1 (×1)

Parts list

313

×1 (×1)

×0 (×1)

×6 (×8)

×6 (×13)

×2 (×2)

×4 (×4)

×0 (×1)

×10 (×10) ×1 (×1)

×3 (×4)

×9 (×9)

×32 (×42)

×10 (×10)

×6 (×13) ×2 (×4)

×8 (×12)

×8 (×8)

×4 (×10)

×2 (×2)

×5 (×6)

×6 (×6) ×4 (×4)

×2 (×2)

×9 (×9)

×4 (×4)

×3 (×3)

×2 (×2)

×2 (×2)

×10 (×10)

×16 (×18) ×2 (×2)

×3 (×3)

×4 (×20)

×4 (×4)

×1 (×5)

×20 (×22)

×6 (×14)

×2 (×2) ×2 (×4)

×21 (×26)

×4 (×4)

×4 (×5) ×2 (×2)

×6 (×10)

×4 (×8)

×4 (×4) ×8 (×8) ×2 (×2) ×4 (×4)

×1 (×1) ×4 (×4) ×1 (×1)

×4 (×4) ×2 (×2) ×5 (×8)

×1 (×4)

314 Parts list

×4 (×4)

×3 (×3)

×4 (×4)

×1 (×1)

×5 (×16)

×2 (×2)

×3 (×4)

×2 (×2)

×0 (×2) ×6 (×10)

×6 (×6)

×2 (×2) ×8 (×8) ×5 (×5)

×6 (×10)

×4 (×4)

×4 (×4)

×7 (×7)

×3 (×6)

×2 (×4)

×4 (×4)

×2 (×2)

×4 (×4) ×6 (×6)

×2 (×2)

×2 (×2)

×2 (×2)

×2 (×2)

×1 (×1) ×4 (×4)

×2 (×2)

×3 (×3)

Parts list

315

×2 (×2)

×2 (×2)

×1 (×2)

×2 (×2) ×4 (×4) ×4 (×4)

×1 (×1)

×1 (×1) ×2 (×2)

×2 (×2) ×1 (×1) ×1 (×1) ×2 (×4) ×2 (×2)

×2 (×2)

×2 (×2)

×2 (×3) ×1 (×1)

×3 (×3) ×1 (×1) ×1 (×1)

×0 (×1) ×10 (×10)

×2 (×2)

316 Parts list

×1 (×1)

v ol u m e 1

Each model includes a list of required parts and colorful photographs that guide you through the build without the need for step-by-step instructions. As you build, you’ll explore the principles of simple machines, gear systems, power translation, and more. Yos hi hi to Is og awa

®

You’ll learn to build sliding doors, grasping claws, rack-and-pinion mechanisms, and ball-shooting devices of every sort!

T h e L EG O P o w e r Fun ct i o n s I de a B ook

This first volume of The LEGO ® Power Functions Idea Book, Machines and Mechanisms, showcases small projects to build with LEGO Technic gears, motors, gadgets, and other moving elements. You’ll find hundreds of clever, buildable mechanisms, each one demonstrating a key building technique or mechanical principle.

M ach ines and M e cha n i s m s

Imagine. Create. Invent. Now, what will you build?

T he LEGO Power Functions Idea Boo k, ®

®

Machines and Mechanisms

is a LEGO luminary with 46 years Y o s h i h i t o

of building experience. In addition to running Isogawa Studio, Inc., he reg ularly holds LEGO workshops, lectures at schools and science museums, and creates LEGO models for events and exhibitions. He is the author of the LEGO ® Technic Idea Book series

I s o g a w a

and The LEGO ® MINDSTORMS ® EV3 Idea Book (No Starch Press), as well as many Japanese-language LEGO titles.

T H E F I N E S T I N G E E K E N T E R TA I N M E N T ™ w w w.nostarch.com

This book is not authorized or endorsed by the LEGO Group.

Shelve in: Hobbies/LEGO

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Y o s h i h i t o

I s o g a w a

The LEGO Power Functions

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