Значительную долю своих усилий он потратил на конструирование шарнирных механизмов. Его целью было усовершенствовать механизм Уатта, служащий для превращения кругового Движения в прямолинейное. Дело заключалось в том, что этот основной для паровых двигателей и других машин механизм был весьма несовершенен и давал вместо прямолинейного движения криволинейное. Это нежелательное явление вызывало вредные сопротивления, портившие и изнашивавшие машину. Семьдесят пять лет прошло со времени открытия Уатта; сам Уатт, его со – временники и последующие поколения инженеров пробовали бороться с этим дефектом, но, идя ощупью, путем проб, результатов добиться не могли. П. Л. Чебышев взглянул на дело с новой точки зрения и поставил вопрос так: создать механизмы, в которых криволинейное движение возможно меньше отклонялось бы от прямолинейного, и определить при этом наилучшие размеры частей машины. С помощью специально созданного аппарата он решил эту задачу. На основе разработанного им метода он сделал такие конструкции, которые до сих пор находят себе практическое применение в современных приборах.