機(jī)械設(shè)計(jì)(machine design)，根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。機(jī)械設(shè)計(jì)的努力目標(biāo)是：在各種限定的條件(如材料、加工能力、理論知識(shí)和計(jì)算手段等)下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環(huán)境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對(duì)重要性因機(jī)械種類(lèi)和用途的不同而異。

設(shè)計(jì)者的任務(wù)是按具體情況權(quán)衡輕重，統(tǒng)籌兼顧，使設(shè)計(jì)的機(jī)械有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。過(guò)去，設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要依靠設(shè)計(jì)者的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和遠(yuǎn)見(jiàn)。隨著機(jī)械工程基礎(chǔ)理論和價(jià)值工程、系統(tǒng)分析等新學(xué)科的發(fā)展，制造和使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料的積累,以及計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計(jì)算。各產(chǎn)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)，特別是整體和整系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，須依附于各有關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)而難于形成獨(dú)立的學(xué)科。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)性的機(jī)械設(shè)計(jì)分支學(xué)科。機(jī)械設(shè)計(jì)可分為新型設(shè)計(jì)、繼承設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)3類(lèi)。

1、新型設(shè)計(jì)應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計(jì)過(guò)去沒(méi)有過(guò)的新型機(jī)械。2、繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新，以提高其性能、降低其制造成本或減少其運(yùn)用費(fèi)用。3、變型設(shè)計(jì)為適應(yīng)新的需要對(duì)已有的機(jī)械工作部分的修改或增刪而發(fā)展出不同于標(biāo)準(zhǔn)型的變型產(chǎn)品。

1、根據(jù)用戶(hù)訂貨、市場(chǎng)需要和新科研成果制定設(shè)計(jì)任務(wù)。2、初步設(shè)計(jì)。包括確定機(jī)械的工作原理和基本結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制初步總圖以及初步審查。3、技術(shù)設(shè)計(jì)。包括修改設(shè)計(jì)(根據(jù)初審意見(jiàn))、繪制全部零部件和新的總圖以及第二次審查。4、工作圖設(shè)計(jì)。包括最后的修改(根據(jù)二審意見(jiàn))、繪制全部工作圖(如零件圖、部件裝配圖和總裝配圖等)、制定全部技術(shù)文件(如零件表、易損件清單、使用說(shuō)明等)。5、定型設(shè)計(jì)。用于成批或大量生產(chǎn)的機(jī)械。對(duì)于某些設(shè)計(jì)任務(wù)比較簡(jiǎn)單(如簡(jiǎn)單機(jī)械的新型設(shè)計(jì)、一般機(jī)械的繼承設(shè)計(jì)或變型設(shè)計(jì)等)的機(jī)械設(shè)計(jì)可省去初步設(shè)計(jì)程序。一部機(jī)器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計(jì)質(zhì)量。制造過(guò)程對(duì)機(jī)器質(zhì)量所起的作用，本質(zhì)上就在于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵。所討論的設(shè)計(jì)過(guò)程僅指狹義的技術(shù)性的設(shè)計(jì)過(guò)程。它是一個(gè)創(chuàng)造性的工作過(guò)程，同時(shí)也是一個(gè)盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗(yàn)的工作。要很好地把繼承與創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的機(jī)器。作為一部完整的機(jī)器，它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須有一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)程序。雖然不可能列出一個(gè)在任何情況下都有效的惟一程序，但是，根據(jù)人們?cè)O(shè)計(jì)機(jī)器的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)，一部機(jī)器的設(shè)計(jì)程序基本上可以如表2 -1所示。以下對(duì)各階段分別加以簡(jiǎn)要說(shuō)明。

(一)計(jì)劃在計(jì)劃階段中，應(yīng)對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器的需求情況做充分的調(diào)查研究和分析。通過(guò)分析，進(jìn)一步明確機(jī)器所應(yīng)具有的功能，并為以后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、加工以及時(shí)限等各方面所確定的約束條件。在此基礎(chǔ)上，明確地寫(xiě)出設(shè)計(jì)任務(wù)的全面要求及細(xì)節(jié)，最后形成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，作為本階段的總結(jié)。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)大體上應(yīng)包括：機(jī)器的功能，經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性的估計(jì)，制造要求方面的大致估計(jì)，基本使用要求，以及完成設(shè)計(jì)任務(wù)的預(yù)計(jì)期限等。此時(shí)，對(duì)這些要求及條件一般也只能給出一個(gè)合理的范圍，而不是準(zhǔn)確的數(shù)字。例如可以用必須達(dá)到的要求、最低要求、希望達(dá)到的要求等方式予以確定。

(二)方案設(shè)計(jì)根據(jù)不同的工作原理，可以擬定多種不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體方案。例如僅以切削螺紋來(lái)說(shuō)，既可以采用工件只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而刀具作直線運(yùn)動(dòng)來(lái)切削螺紋(如在普通車(chē)床上切削螺紋)，也可以使工件不動(dòng)而刀具作轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)來(lái)切削螺紋(如用板牙加工螺紋)。這就是說(shuō)，即使對(duì)于同一種工作原理，也可能有幾種不同的結(jié)構(gòu)方案。原動(dòng)機(jī)部分的方案當(dāng)然也可以有多種選擇。由于電力供應(yīng)的普遍性和電力拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以說(shuō)絕大多數(shù)的固定機(jī)械都優(yōu)先選擇電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)部分。熱力原動(dòng)機(jī)主要用于運(yùn)輸機(jī)、工程機(jī)械或農(nóng)業(yè)機(jī)械。即使是用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，也還有交流和直流的選擇，高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速的選擇等。傳動(dòng)部分的方案就更為復(fù)雜多樣了。對(duì)于同一傳動(dòng)任務(wù)，可以由多種機(jī)構(gòu)及不同機(jī)構(gòu)的組合來(lái)完成。因此，如果用Ⅳ，表示原動(dòng)機(jī)部分的可能方案數(shù)，N2和N3分別代表傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分的可能方案數(shù)，則機(jī)器總體的可能方案數(shù)Ⅳ為Ni×N2×N3個(gè)。在如此眾多的方案中，技術(shù)上可行的僅有幾個(gè)。對(duì)這幾個(gè)可行的方案，要從技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)及環(huán)保等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的方法很多，現(xiàn)以經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)為例略做說(shuō)明。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，既要考慮到設(shè)計(jì)及制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，也要費(fèi)用考慮到使用時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。如果機(jī)器的結(jié)構(gòu)方案比較復(fù)雜，則其設(shè)計(jì)制造成本就要相對(duì)地增大，可是其功能將更為齊全，生產(chǎn)率也較高，故使用經(jīng)濟(jì)性也較好。反過(guò)來(lái)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、功能不夠齊全的機(jī)器，設(shè)計(jì)及制造費(fèi)用雖少，但使用費(fèi)用卻會(huì)增多。評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)制造經(jīng)濟(jì)性時(shí)，還可以用單位功效的成本來(lái)表示。例如單位輸出功率的成本、單件產(chǎn)品的成本等。進(jìn)行機(jī)器評(píng)價(jià)時(shí)，還必須對(duì)機(jī)器的可靠性進(jìn)行分析，把可靠性作為一項(xiàng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)。從可靠性的觀點(diǎn)來(lái)看，盲目地追求復(fù)雜的結(jié)構(gòu)往往是不明智的。一般地講，系統(tǒng)越復(fù)雜，則系統(tǒng)的可靠性就越低。為了提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性，就必須增加并聯(lián)備用系統(tǒng)，而這不可避免地會(huì)提高機(jī)器的成本。