Машины состоят из элементов машины, которые представляют собой отдельные части машины, которые движутся и воздействуют на другие части, заставляя машину работать. Хотя элемент машины может состоять из более мелких конструктивных частей, элементом считается вся установка, выполняющая функцию. Например, клапан состоит из нескольких компонентов, включая маховик и вал или шток, но только весь клапан будет называться элементом машины. Существует большое разнообразие различных элементов машин как общего, так и специального назначения, и их оптимальное проектирование является основной областью исследований инженерия.
Элементы машин общего назначения могут использоваться в любом приложении и включают в себя такие элементы, как шестерни, подшипники и валы. Шестерни представляют собой вращающиеся части с блокирующими зубьями, которые вращаются против других шестерен, заставляя их вращаться и передавать вращательное усилие или крутящий момент. Подшипники используются для передачи силы — например, шариковый подшипник, который позволяет уменьшить трение, поскольку он свободно катится под движущейся частью. Валы и муфты, как и шестерни, также передают крутящий момент и используются для соединения деталей, особенно в транспортных средствах, таких как автомобили и мотоциклы. Хотя существует множество вариаций и других типов элементов общего назначения, все они работают на основе одних и тех же принципов силы и движения и при необходимости могут быть включены практически в любую машину.
Другой основной категорией машинных элементов являются машинные элементы специального назначения. Эти устройства также используют для работы основные принципы силы и движения, но, в отличие от элементов общего назначения, их можно использовать только в конкретных приложениях. Поршни и клапаны являются примерами таких деталей. Клапаны контролируют поток жидкости или газа через трубу, перекрывая трубопровод, и могут открываться или закрываться с помощью внешнего переключателя или колеса. Поршни — это движущиеся компоненты, используемые в двигателях и насосах для передачи усилия от давления газа или жидкости в цилиндрической камере или для вытеснения этого газа или жидкости.
При проектировании элемента машины инженеры стремятся оптимизировать несколько факторов. Элемент машины должен обладать достаточной прочностью и долговечностью, чтобы надежно выполнять предназначенную ему функцию, но при этом должен быть как можно меньше и легче. В идеале он также должен быть простым и недорогим в производстве и обслуживании, но при этом соответствовать отраслевым стандартам. Поскольку основная функция элемента машины является наиболее важным фактором при проектировании, процесс начинается с приспособления элемента к его функции, а затем с учетом других факторов.
