机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析。通过分析，进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。在此基础上，明确地写出设计任务的要求及细节，后形成设计任务书，作为本阶段的总结。设计任务书大体上应包括：机器的功能，经济性及环保性的估计，制造要求方面的大致估计，基本使用要求，以及完成设计任务的预计期限等。此时，对这些要求及条件一般也只能给出一个合理的范围，而不是准确的数字。例如可以用必须达到的要求、要求、希望达到的要求等方式予以确定。
根据不同的工作原理，可以拟定多种不同的执行机构的具体方案。例如仅以切削螺纹来说，既可以采用工件只作旋转运动而刀具作直线运动来切削螺纹（如在普通车床上切削螺纹），也可以使工件不动而刀具作转动和移动来切削螺纹（如用板牙加工螺纹）。这就是说，即使对于同一种工作原理，也可能有几种不同的结构方案。
阶段分别说明
（一）计划阶段
在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。
（二）方案设计阶段
本阶段对设计的成败起关键的作用。在这一阶段中也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。
机器的功能分析，就是要对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、要求及希望达到的要求进行综合分析，即这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。在这一步骤中，要恰当处理需要与可能、理想与现实、发展目标与当前目标等之间可能产生的矛盾问题。
确定出功能参数后，即可提出可能的解决办法，亦即提出可能采用的方案。寻求方案时，可按原动部分、传动部分及执行部分分别进行讨论。，较为常用的办法是先从执行部分开始讨论。
讨论机器的执行部分时，首先是关于工作原理的选择问题。例如，设计制造螺钉的机器时，其工作原理既可采用在圆柱形毛坯上用车刀车削螺纹的办法，也可采用在圆柱形毛坯上用滚丝模滚压螺纹的办法。这就提出了两种不同的工作原理。工作原理不同，当然所设计出的机器就会根本不同。特别应当强调的是，必须不断地研究和发展新的工作原理。这是设计技术发展的重要途径。
步骤
在设计开始之前，先要制定设计任务。当设计任务比较复杂时，一般采用三阶段设计，即初步设计、技术设计和工作图设计；当任务比较简单，如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计，则一开始就将设计做到技术设计深度，经审查、修改和批准后做工作图设计，而成为两阶段设计。在三阶段设计中的初步设计阶段，设计的主要步骤是：确定工作原理和基本结构型式，运动设计，设计主要零、部件、绘制初步总图,初步设计审查。在技术设计阶段,主要步骤是：根据审查意见修改设计，设计全部零、部件，绘制新的总图，技术设计审查。在工作图设计阶段，根据审查意见修改设计，绘制全部工作图和制定全部技术文件。对于批量或大量生产的产品，还要进行定型设计。
在设计的每个步骤中，都可能发现前面步骤中某些决定不合理，这就需要折回到前面那个步骤，修改不合理的决定，重做随后的设计工作。
1、制定设计任务 这是设计的前期工作。设计任务的根据是用户订货、市场需要和新的科研成果。设计部门应用各种技术和市场情报，拟列可能方案，比较其利弊，与经营部门和用户共同商议，制定合理的设计任务目标。这对新型设计特别重要。任务目标的失误将造成经济上的严重损失，甚至遭到失败。
2、确定工作原理和基本结构型式 如设计任务未作明确规定,设计的个步骤就是确定总体方案,即确定所要应用的工作原理和与之相应的结构型式。例如设计大功率船用柴油机，首先要确定是用二冲程、双作用、十字头、低速柴油机，还是用四冲程、单作用、中速柴油机。又例如设计用以粗碎岩石的破碎机械，首先要确定是采用以挤压和弯折为主要破碎作用的颚式或旋回式破碎机，或者采用以冲击为主要作用的单转子或双转子冲击式破碎机。
3、运动设计 设计的总体方案确定之后，接着需要运用机构学的知识，选用合适的机构以得到所需的运动方案。上面提到的颚式破碎机依靠其动颚板的摆动使进入破碎腔的岩石受到挤压、弯折和劈裂作用而破碎，而动颚板的摆动则可以采用双肘板机构的简单摆动，或者采用单肘板机构的复杂摆动。在新型设计中，可能会需要综合一个新的机构以得到所要求的运动方案，这常是一个困难的工作。因此，设计者一般尽量应用已有的和成熟的机构所提供的运动方案。
4、结构设计和绘制初步总图 运动设计之后，设计者开始进行结构设计，计算机械各主要零件的受力、强度、形状、尺寸和重量等，并绘制主要零、部件草图。这时如发现原来选用的结构不可行，就必须调整或修改结构。同时还应考虑有无可能产生过热、过度磨损或振动的部位。
在这一步骤中，设计者通过绘制草图会发现各部分的形状、尺寸、比例等方面的矛盾。为了加强或改进某一方面，可能会削弱或恶化另一方面。这时必须权衡轻重，进行协调，以达到综合效果。草图经反复修改认为初步满意后，便可绘制初步总图和估算造价。初步总图严格按比例绘制，选取足够的视图和切面图。
5、初步审查 初步总图绘制后，需要请对该类机械有经验的设计、制造和使用人员以及用户或委托设计单位的代表进行初步审查。审查结果如认为设计不适用(如重量、体积太大,造价太高,对结构的可靠性有怀疑等),则须重新进行运动设计，甚至改用别的工作原理和基本结构型式。多数情况是对设计采取某些改善措施。
6、技术设计 根据初步审查意见,对设计进行修改,并绘制所有的零件和部件图。对主要的零件和部件进行的应力分析，按分析结果修正零件的形状、尺寸等细节，并规定材质和热处理。确定零件加工精度以及部件和总装的装配条件。完成润滑设计、电气设计（驱动和控制）。重绘总图，某些重要的和批量生产的机械有时还要制作出模型。将完成的技术设计提交第二次审查。
7、绘制工作图 根据第二次审查的意见作后的修改后，就可以绘制正式的零件图、部件装配图和总装配图，编写零件表、易损零件清单、使用指南等技术文件。设计负责人应注意协调零件间的尺寸，核对耦合件间的公差配合，复核某些零件的强度和刚度。零件图完成后开始图纸核对，这是非常重要的工作。经过仔细校对的图纸能保证加工后装配顺利。可靠的校对方法是根据已绘制好的零件图重绘出一张总装配图，所有矛盾之处就会表现出来。在绘制零件图的同时还需要进行两项工作：一是工艺性审核,使零件便于加工并降低制造成本;二是标准审核，使零件结构要素、尺寸、公差配合、热处理技术条件以及标准和通用零件等符合标准的规定。
8、试生产和定型设计 对于单件或小批生产的机械,经过上述步骤完成的设计图纸可以投入正式生产。对于成批或大量生产的机械,在正式生产前要先试制样机,进行功能试验和鉴定，通过后，再按批量生产工艺进行批量试生产。在批量试生产中所出现的问题还可能需要对设计作相应的修改，方成为可供正式生产使用的定型设计。