機械設計是壹個創造性的工作過程，同時也是壹份盡可能多地利用已有成功經驗的工作。只有很好地把繼承和創新結合起來，才能設計出高質量的產品，作為產品的設計，要求對產品的工作原理、功能、結構、零部件設計，甚至加工制造和裝配方法都確定下來。因此，不同的設計者可能有不同的設計方法和設計步驟。但是，人們根據設計的長期經驗，將機械設計分為五大步驟：動向預測、方案設計、技術設計、施工設計、試生產。
（1）動向預測。
根據實際需要提出所要設計的新產品後，動向預測只是壹個計劃和預備階段，此時所要設計的產品僅是壹個模糊的概念。在這階段中，應對所設計的產品作全面的調查研究和分析。
壹件機械產品的發展過程，與任何有生命的個體壹樣，假使希望所生產的產品，能夠不斷地推廣，不斷地更新，則在產品發展過程中，就需要考慮發展哪種產品，何時投產等問題，而且必須慎重考慮，周密策劃，嚴格執行，使其能在萬無壹失的情況下投入市場，並在上市後仍能不斷地獲取購買者的反映，作為將來改善產品的參考。即在產品生產前，必須對產品的功能、規格、用途、銷售市場，及競爭者產品的特性，作系統的調查和分析。從市場的觀點來看，產品必須具備比它的材料及加工成本更高的交換價值，否則它將無法在市場上立足。因此在設計前，必須進行情報調研和動向預測，如圖4-16所示。在進行非完全新型產品的設計時，調研和預測壹般選擇壹些知名品牌的同類產品作為調研對象，調研項目包括產品功能、市場銷售、顧客購買動機等方面。經過產品調研後，明確了本設計產品的優點和不足，然後清點外購件和原材料，收集各零部件的工時定額、材料消耗定額等，計算出各零、部件的目前成本，並初步摸清產品的實際成本。預測改進後的產品投入市場後的競爭能力，做出決策，並寫出技術建議。根據技術建議的分析來確定合理地制定產品文件的技術論證和技術經濟論證，最後簽發設計任務書。在設計任務書中，要說明設計對象的用途和特點，從而規定生產率、可靠性和壽命、重量、外廓尺寸、驅動能量、成本等指標。
圖4-16 設計調查（2）方案設計。
方案設計階段對設計的成敗起關鍵作用。這個階段充分地體現出設計工作有多個方案的特點。根據設計任務書提出的對所設計機器的工作要求，首先對能滿足工作要求的多種設計原理方案加以分析比較。由於任何工作原理都必須通過壹定的運動形式來實現，所以這壹步驟也是確定設計所需運動的方案。確定設計原理方案時，可把設計對象當作完整的系統，並將它分成具有各種分功能的機構及零件為子系統和元素，進行系統分析，最後選擇最優方案，如圖4-17所示。
在這壹階段，要按選擇最優方案所需的技術——經濟論證來制定產品總體和主要部件方案，同時要確定關於工作原理、可靠性和強度的問題範圍，這些問題必須加以研究，有些要得到實驗驗證。對設計目標影響不大的結構要素可以作近似計算。如果現在有接近於設計對象的實際樣機，就可以不經過計算而擬定各個結構要素。但在方案設計中，為了進行與選擇最優設計方案有關的技術—經濟計算，必須充分精確地估計對最終結果有影響的參數。
圖4-17 設計師在進行方案設計在確定設計原理方案時，還必須體現機械工業的技術發展政策。根據機械的實際工作情況，盡量采用微電子技術和新型材料，設計機電液壹體化產品。
（3）技術設計。
在技術設計中，要擬定設計對象的總體和部件，具體確定零件的結構。對所設計的機械產品提出的要求是：制造和維護經濟、操縱方便而安全、可靠性高和使用壽命長。為了能達到這些要求，零件應滿足壹些準則，其中最重要的準則是：強度、剛度、抗震性、耐磨性、耐熱性、工藝性等。標準化對所設計產品的制造成本和運行經濟有很大意義。實現了標準化，可使機械產品的成本有所降低，設計周期有所縮短，可靠性則有所提高。
設計人員按照他所繪制的初步設計總圖，如圖4-18所示，簡單計算或估算機械的各主要零件的受力、強度、形狀、尺寸和重量等，如發現原來所選的結構不可行或不實際，則要對結構進行調整或修改，此外還要考慮有沒有發生過熱、過度磨損及過早發生疲勞破壞的危險部位，並采取措施解決。
在技術設計階段，設想中的產品初步成形了，設計人員通過初步設計總圖的繪制，會發現各部分的形狀、尺寸和比例等有許多矛盾，當需要加強或改進某壹方面時，可能會削弱或惡化另壹方面，此時必須權衡取舍，在各方面保持平衡以達到最佳綜合效果。這時，設計人員的經驗起著重要作用。
在修改初步設計的總圖的過程中，還需對初步設計進行技術—經濟分析，壹般原則是：先將那些結構復雜、質量大、尺寸大、材料貴、性能差、技術水平低的，以及批量大、工藝復雜、原材料消耗高、成品率低的那些零件進行分析，並據此修改設計，以期得到技術—經濟指標高的初步設計總圖。
圖4-18 產品工程圖初步設計總圖經過反復修改滿意後，按比例繪制，凡可能發生幹擾碰撞之處要特別註意，必須有足夠的各方向視圖和剖面，以暴露各方面可能發生的矛盾等。初步設計總圖完成後，初估它的制造成本（供審查和報價），進行初步評審。
從初步設計總圖到技術設計裝配圖，需註意：
①盡量采用標準件、通用件或過去已經設計制造的零部件，以節省生產費用。
②確定毛坯材料，以及毛坯是由外廠供應還是本廠生產。
③改進加工和安裝工藝，例如，采用成組加工工藝和平行裝配操作等以降低制造成本，在設計中使采用先進工藝成為可能。
④按照造型設計原則改進結構。
⑤考慮安全設計要求。
⑥進行技術—經濟分析。最後，綜合上述工作，調整零件尺寸比例，畫出技術設計總裝圖，對於高速運動機械，還需進行系統的動力學驗算，內容包括整個結構的固有頻率和振型，確定結構承受的外載荷，計算在動載荷作用下的動應力，並采取措施避免***振和減少動應力等。
按照初步評審意見進行修改得到技術設計總裝配圖，畫出每壹零件的結構。由於此時零件的尺寸已知，便可較準確地計算出零件承受的載荷，再用零件設計專用程序，計算出零件受載後的應力分布狀況，找出其危險點，進行結構改進以降低危險點的峰值應力或對零件的某幾個主要尺寸作優化設計。再考慮選用材料、加工和裝配要求，確定零件的尺寸，對零件的危險點求出在工作載荷譜下的應力響應，計算疲勞強度和壽命，按壽命要求再修改零件設計。完成潤滑設計和電氣設計（驅動和控制）等，最後畫出技術設計總裝配圖，進行第二次評審。
第二次評審仍應請各方面的專家和使用人員代表***同審核，若此時改變設計，其代價將是很高的，但是若有必須改變之處則壹定要改。避免重新繪圖的最好方法，是在設計過程中與使用人員、制造工藝人員和其他有關專家多商量，某些重要的和批量生產的機械，有時要制造壹個模型。第二次評審通過後，正式畫出技術設計總體裝配圖和部件圖（分裝配圖）。
（4）施工設計。
根據技術設計總體裝配圖進行零部件設計。繪出零件圖，無遺漏地定出零件上的每壹個尺寸，定出公差配合，凡是有標準的地方在繪圖時都必須符合國家標準。再按實際的零件尺寸畫出施工設計總體裝配圖。接著，開始校對圖樣。首先校對零件圖的尺寸，檢查每張圖的尺寸有無遺漏或矛盾，尺寸標註有無錯誤，每張圖與它左鄰右舍的圖有無矛盾，對照總圖檢查發生幹涉或碰撞的可能性等。再對圖樣進行工藝性審核，要有熟練的工藝人員將每張圖都看過，檢查每壹個零件是否便於制造，易於安裝，對難於或甚至無法加工之處進行修改。壹部機器的零件、尺寸、配合等都有標準，設計人員雖然也熟悉標準，但最好要有專人進行標準審核。此外，還需對圖樣進行潤滑審核，研究潤滑方法和潤滑劑品種等。最後，編出零件清單及說明書等各種技術文件。
（5）試生產。
根據施工設計的圖樣和各種技術文件試制樣機，對樣機進行功能試驗，並對各項費用進行成本核算，向前反饋，改進設計。對樣機進行審批手續，再進行小批量試生產，改進後正式投入小批量生產。
小批量生產的產品投放市場後，如用戶對產品的“試售率”和“再售率”都很高，表明產品受用戶歡迎，可以批準大批量投產；如“試售率”低，“再售率”高，表明用戶對產品不了解，應加強廣告宣傳，然後再大批量投產；如“試售率”高，“再售率”低，或兩者都低，表明產品質量存在問題，應修改設計，提高質量，降低成本。
當產品可以批量生產時，還要研究適合批量生產的工藝並按照此工藝進行批量試生產。批量試生產中，可能發現在工藝性審核中考慮欠周到之處，使批量生產出現困難，難以穩定地保證質量，以及消耗大、成本高等，而且不能單是通過改進加工工藝來解決問題，這就需要對設計作某些相應的修改，以提高機械設計的工藝性，然後才可以開始正式批量或大量生產。當大批產品投入使用後，還要及時從用戶那裏收集使用和維護的信息，如有必要則對設計作改進修改。