Le macchine sono costituite da elementi della macchina, che sono singole parti della macchina che si muovono e urtano altre parti per far funzionare la macchina. Sebbene un elemento della macchina possa essere costituito da parti strutturali più piccole, l’intero setup che svolge la funzione è considerato l’elemento. Ad esempio, una valvola è costituita da diversi componenti, tra cui un volantino e un albero o stelo, ma solo l’intera valvola sarebbe chiamata elemento macchina. Esiste un’ampia varietà di diversi elementi della macchina, sia generici che speciali, e il loro design ottimale è un importante campo di studio in ingegneria.
Gli elementi macchina per uso generico possono essere utilizzati in qualsiasi applicazione e includono elementi come ingranaggi, cuscinetti e alberi. Gli ingranaggi sono parti rotanti con denti ad incastro che girano contro altri ingranaggi, facendoli girare e trasmettere la forza di rotazione, o coppia. I cuscinetti vengono utilizzati per trasportare la forza: un esempio è il cuscinetto a sfere, che consente un attrito ridotto mentre scorre liberamente sotto una parte mobile. Anche alberi e giunti, come gli ingranaggi, trasmettono la coppia e vengono utilizzati per collegare parti, soprattutto in veicoli come automobili e motocicli. Sebbene esistano molte varianti e altri tipi di elementi generici, funzionano tutti sulla base degli stessi principi di forza e movimento e possono essere incorporati in quasi tutte le macchine, se necessario.
L’altra categoria principale di elemento macchina è l’elemento macchina speciale. Questi dispositivi utilizzano anche i principi di base della forza e del movimento per funzionare, ma a differenza degli elementi generici, possono essere utilizzati solo in applicazioni specifiche. Pistoni e valvole sono esempi di tali parti. Le valvole controllano il flusso di fluido o gas attraverso un tubo ostruendo la tubazione e possono essere aperte o chiuse utilizzando un interruttore esterno o una ruota. I pistoni sono componenti mobili utilizzati nei motori e nelle pompe per trasmettere la forza dalla pressione di gas o fluido in una camera cilindrica o per espellere quel gas o fluido.
Nella progettazione di un elemento della macchina, gli ingegneri cercano di ottimizzare diversi fattori. L’elemento della macchina deve avere una resistenza e una durata sufficienti per svolgere in modo affidabile la funzione prevista, ma deve anche essere il più piccolo e leggero possibile. Idealmente, dovrebbe anche essere facile ed economico da produrre e mantenere, pur rimanendo conforme agli standard del settore. Poiché la funzione di base dell’elemento macchina è la considerazione più importante nella progettazione, il processo inizia adattando l’elemento alla sua funzione e quindi incorporando altri fattori.