在机械设计过程中，根据设计方案和机器的功能，一般将机器分为几个主要部分，然后按照设计过程分别进行技术设计和结构设计，因此，技术设计和结构设计是针对主要零部件的设计，常用的设计和计算方法有以下几种。
(1)理论设计。理论设计是一种创造性设计，也称作开放性设计。设计者按机械零件的结构及其工作情况，将它简化成一定的力学模型，运用理论力学、材料力学、弹性力学、塑性力学、流体力学、热学、摩擦学理论等或利用这些理论推导出来的设计公式和实验数据进行设计称为理论设计。按照设计顺序的不同，零件的理论设计计算可分为设计计算和校核计算。
设计计算是根据零件的工作情况、要求，进行失效分析，确定零件工作能力准则，并按其理论设计公式确定零件的形状和尺寸；校核计算是先参照已有实物、图纸和经验数据，初步拟定出零件的结构和尺寸，然后根据工作能力准则所确定的理论校核公式进行校核计算。
(2)经验设计。经验设计也称作继承性设计，根据某些零件长期以来的设计与使用经验归纳出经验公式，或者设计者根据经验用类比的方法，确定一些尺寸进行设计，称为经验设计。这对于某些典型零件是很有益的设计方法。例如减速箱体、传动件、机床手柄等的某些结构尺寸。
(3)模型实验设计。模型实验设计也可以称作实验设计，对于一些尺寸大、结构复杂的重要零件，如大型水轮机、大型轧钢机的关键零件，为了提高设计的可靠性，可以把初步设计的零部件或机器做成小模型或样机，进行实验，根据实验结果改进产品的设计；而对于大量生产的机器(如汽车)，则常用实物进行实验。
在一部机器的设计中，有时会综合使用以上三种设计方法，在设计不同部分时使用不同的方法。机器的设计是一项复杂的工程，通常要由一个设计集体合作完成。由于现代机器不仅是由机械部分组成，其他部分的设计与机械设计要配合，一般机械设计是为机器实现其功能提供硬件基础，机器的控制、照明、冷却等其他辅助部分通常在机械设计时都要统筹考虑，预留设计空间，切记机器是一个整体，机械设计是机器设计的一部分。
机械设计的一般过程：
机械的设计过程是一个复杂的过程，不同类型的产品、不同类型的设计，其产品的设计过程不尽相同。机械产品的设计过程大致包括规划设计、方案设计、技术设计、施工设计及改进设计5个阶段。
1、规划设计
根据用户订货需求、市场需要和新科研成果制订设计任务。市场调查是在明确任务的基础上广泛地开展，内容主要包括用户对产品功能、技术性能、价位、可维修性及外观等的具体要求；国内外同类产品技术经济情报；现有产品的销售情况及对该产品的预测；原材料及配件供应情况；有关产品可持续发展的政策、法规等。可行性分析和报告是针对上述技术、经济、社会等各方面信息进行详细分析，并对开发的可能性进行综合研究，提出产品开发的可行性报告，报告一般包括：
产品开发的必要性，市场需求预测。
有关产品的国内外水平和发展趋势。
预期达到的最低目标和最高目标，包括设计技术水平、经济和社会效益等。
在现有条件下开发的可能性论述及准备采取的措施。
提出设计、工艺等方面需要解决的关键问题。
投资费用预算及项目的进度、期限等。
技术任务书下达对开发产品的具体设计要求，它是产品设计、制造、试制等评价决策的依据，也是用户评价产品优劣的尺度之一，内容主要包括：
产品功能、技术性能、规格及外形要求。
主要物理和力学参数、可靠性、寿命要求。
生产能力与效率的要求。
环境适应性与安全保护要求。
经济性要求。
操纵、使用、维护要求。
设计进度要求。
2、方案设计
市场需求的满足是以产品功能来体现的。实现产品功能是产品设计的核心，体现同一功能的原理方案可以是多种多样的。因此，这一阶段就是在功能分析的基础上，通过创新构思、优化筛选，取得较理想的功能原理方案。产品功能原理方案的好坏，决定了产品的性能和成本，关系到产品的水平和竞争力，是这一设计阶段的关键。
方案设计包括产品功能分析、功能原理求解、方案的综合及评价决策，最后得到最佳功能原理方案。对于现代机械产品来说，其机械系统(传动系统和执行系统)的方案设计往往表现为机械运动示意图(机械运动方案图)和机械运动简图的设计。
3、技术设计
技术设计的任务是将功能原理方案得以具体化，成为机器及其零部件的合理结构。在此阶段要完成产品的参数设计(初定参数、尺寸、材料、精度等)、总体设计(总体布置图、传动系统图、液压系统图、电气系统图等)、结构设计、人机工程设计、环境系统设计及造型设计等，最后得到总装配草图。
4、施工设计
施工设计的工作内容包括由总装配草图分拆零件图，进行零部件设计，绘制零件工作图、部件装配图；绘制总装配图；编制技术文件，如设计说明书、标准件及外购件明细表、备件和专用工具明细表等。
5、改进设计
改进设计包括样机试制、测试、综合评价及改进，以及工艺设计、小批生产、市场销售及定型生产等环节。根据设计任务书的各项要求对样机进行测试，发现产品在设计、制造、装配及运行中的问题，细化分析问题。在此基础上，对方案、整机、零部件做出综合评价，对存在的问题和不足加以改进。
工艺设计包括以下两方面的内容。
制定零件制造与装配工艺，设计与生产批量相适应的工艺装备及专用设备。
进行标准化、系列化检查，尽量采用标准化、系列化、通用化的零部件，所有文档资料符合标准化的要求。
通过小批生产及市场销售反馈对产品设计、工艺设计及生产规模实践考核，在进一步完善的基础上，进入定型生产。
6、定型设计
定型设计用于成批或大量生产的机械。对于某些设计任务比较简单(如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计等)的机械设计可省去初步设计程序。
必须强调指出，整个机械设计的过程是复杂的，并反复进行。在某一阶段发现问题，必须回到前面的有关阶段进行并行设计。因此，整个机械设计是一个“设计—评估—再设计”不断反复、不断修改、不断优化完善的过程，以期逐渐接近最佳结果。
