机械结构设计是机械设计的核心环节，直接关系到产品的承载能力、运动精度与使用安全性，需重点关注结构强度、刚度、稳定性与轻量化四大要点。
结构强度是保障产品安全运行的基础。在设计时，需根据零部件的受力情况（如拉力、压力、扭矩、弯矩）选择合理的结构形式。例如，承受弯矩的梁类零件，采用工字形截面比矩形截面更合理，能在相同材料用量下提升抗弯强度；对于承受轴向载荷的柱类零件，需避免细长比过大，防止发生失稳破坏。同时，结构细节设计也至关重要，如在零件拐角处采用圆角过渡，可减少应力集中，避免疲劳裂纹产生。
刚度设计需满足产品运动精度要求。若结构刚度不足，在载荷作用下会产生过大变形，影响产品正常工作。例如，机床导轨若刚度不足，加工过程中会因变形导致工件加工精度下降。因此，在设计时可通过增加截面尺寸、设置加强筋、选用高弹性模量材料等方式提升结构刚度。此外，合理的结构布局也能优化刚度分布，例如将受力较大的部件靠近支撑点，减少力臂，降低变形量。
稳定性设计主要针对薄壁结构与细长构件。例如，压力容器的薄壁壳体需通过合理设计壁厚与加强结构，防止在内部压力作用下发生失稳；细长轴在高速旋转时，需设置导向支撑，避免因离心力导致的振动与失稳。同时，结构轻量化设计也成为现代机械设计的趋势，在保证强度与刚度的前提下，通过采用空心结构、拓扑优化等方式减少材料用量，降低产品重量与能耗，尤其适用于航空航天、汽车等对重量敏感的领域。
