机械结构设计的任务是依据设计任务在总体设计构想的基础上，确定的原理方案，绘制出具体的结构图，以实现设计所要求的功能。
设计的过程是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，包含确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面处理等，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。
结构件的几何要素
机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。
零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的不同设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。
结构件之间的关联
零件之间的相互关系分为直接相关和间接相关两类。两个零件有直接装配关系的成为直接相关。没有直接装配关系的成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。
运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以主轴与导轨为位置相关，而刀架与主轴为运动相关。
在进行结构设计时，两零件直接相关部位结构必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面等。同时还必须考虑满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；某零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。
功能设计
满足主要机械功能要求，在技术上的具体化。如工作原理的实现、工作的可靠性、工艺、材料和装配等方面。
质量设计
在现代设计中，质量设计相当重要，往往决定产品的竞争力。那种只关注满足主要技术功能要求的设计思想已成为过去，统筹兼顾各种要求，在满足主要功能的前提下对其他要求适当作出平衡和取舍，提高产品的质量，是现代机械设计的核心所在。
优化设计和创新设计
用结构设计变元等方法系统地构造优化设计空间，用创造性设计思维方法和其它科学方法进行优选和创新。
考虑装配的设计准则
（1）合理划分装配单元：整机应能分解成若干可单独装配的单元（部件或组件），以实现平行且专业化的装配作业，缩短装配周期，并且便于逐级技术检验和维修。
（2）使零部件得到正确安装：保证零件准确的定位、避免双重配合、防止装配错误。
（3）使零部件便于装配和拆卸：结构设计中，应保证有足够的装配空间，如扳手空间；避免过长配合以免增加装配难度，使配合面擦伤，如有些阶梯轴的设计；为便于拆卸零件，应给出安放拆卸工具的位置，如轴承的拆卸。
考虑维护修理的设计准则
（1）产品的配置应根据其故障率的高低、维修的难易、尺寸和质量的大小以及安装特点等统筹安排，凡需要维修的零件部件，都应具有良好的可达性；对故障率高而又需要经常维修的部位及应急开关，应提供最佳的可达性。
（2）产品特别是易损件、常拆件和附加设备的拆装要简便，拆装时零部件进出的路线最好是直线或平缓的曲线。
（3）产品的检查点、测试点等系统的维护点，都应布置在便于接近的位置上。需要维修和拆装的产品，其周围要有足够的操作空间。
考虑成本的设计准则
（1）设计时，要对产品功能进行分析权衡，合并相同或相似功能，消除不必要的功能，以简化产品和维修操作。
（2）设计时，应在满足规定功能要求的前提下，使其构造简单，尽可能减少产品层次和组成单元的数量，并简化零件的形状。
（3） 产品应尽量设计简便而可靠的调整机构，以便于排除因磨损或飘移等原因引起的常见故障。对易发生局部耗损的贵重件，应设计成可调整或可拆卸的组合件，以便于局部更换或修复。
