一、軸的分類
按承受的載荷不同, 軸可分為：
轉軸——工作時既承受彎矩又承受扭矩的軸。如減速器中的軸。虛擬現實。
心軸——工作時僅承受彎矩的軸。按工作時軸是否轉動，心軸又可分為：
轉動心軸——工作時軸承受彎矩，且軸轉動。如火車輪軸。
固定心軸——工作時軸承受彎矩，且軸固定。如自行車軸。虛擬現實。
傳動軸——工作時僅承受扭矩的軸。如汽車變速箱至後橋的傳動軸。
二、軸的材料
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。
鋼軸的毛坯多數用軋製圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
由於碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故採用碳鋼製造尤為廣泛，其中最常用的是45號鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，並要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處於高溫或低溫條件下工作的軸，常採用合金鋼。
必須指出：在一般工作溫度下（低於200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據的是強度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉剛度。但也應當注意，在既定條件下，有時也可以選擇強度較低的鋼材，而用適當增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。
各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強化處理（如噴丸、滾壓等），對提高軸的抗疲勞強度都有著顯著的效果。
高強度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成複雜的形狀，且具有價廉，良好的吸振性和耐磨性，以及對應力集中的敏感性較低等優點，可用於製造外形複雜的軸。
軸的常用材料及其主要力學性能如圖。
三、軸的結構設計
軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。
軸的結構主要取決於以下因素：
1，軸在機器中的安裝位置及形式；
2，軸上安裝的零件的類型、尺寸、數量以及和軸聯接的方法；
3，載荷的性質、大小、方向及分佈情況；
4，軸的加工工藝等。由於影響軸的結構的因素較多，且其結構形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式。
設計時，必須針對不同情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結構都應滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；
軸上的零件應便於裝拆和調整；
改善應力狀況，減小應力集中；
軸應具有良好的製造工藝性等。
下面討論軸的結構設計中的幾個主要問題。
擬定軸上零件的裝配方案
各軸段直徑和長度的確定
軸上零件的定位
提高軸的強度的常用措施
軸的結構工藝性
軸上零件的定位
為了防止軸上零件受力時發生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有遊動或空轉的要求者外，都必須進行必要的軸向和周向定位，以保證其正確的工作位置。
零件的軸向定位
軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來保證的。
軸肩 分為定位軸肩和非定位軸肩兩類，利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但採用軸肩就必然會使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應力集中。另外，軸肩過多時也不利於加工。因此，軸肩定位多用於軸向力較大的場合。定位軸肩的高度h一般取為h=（0.07～0.1）d，d為與零件相配處的軸徑尺寸。滾動軸承的定位軸肩高度必須低於軸承內圈端面的高度，以便拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊中軸承的安裝尺寸。為了使零件能靠緊軸肩而得到準確可靠的定位，軸肩處的過渡圓角半徑r必須小於與之相配的零件轂孔端部的圓角半徑R或倒角尺寸C。軸和零件上的倒角和圓角尺寸的常用範圍見下表。非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設置的，其高度沒有嚴格的規定，一般取為1～2mm。
零件倒角C與圓角半徑R的推薦值（mm）
套筒定位 結構簡單，定位可靠，軸上不需開槽﹑鑽孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度，一般用於軸上兩個零件之間的定位。如兩零件的間距較大時，不宜採用套筒定位，以免增大套筒的質量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉速較高時，也不宜採用套筒定位。
圓螺母 定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應力集中，會降低軸的疲勞強度，故一般用於固定軸端的零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動墊片兩種型式。當軸上兩零件間距離較大不宜使用套筒定位時，也常採用圓螺母定位。
軸端擋圈 適用於固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。
軸承端蓋 用螺釘或榫槽與箱體聯接而使滾動軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來實現。利用彈性擋圈﹑
緊定螺釘及鎖緊擋圈等進行軸向定位，只適用於零件上的軸向力不大之處。緊定螺釘和鎖緊擋圈常用於光軸上零件的定位。此外，對於承受衝擊載荷和同心度要求較高的軸端零件，也可採用圓錐面定位。
各軸段直徑和長度的確定：
零件在軸上的定位和裝拆方案確定後，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關。初步確定軸的直徑時，通常還不知道支反力的作用點，不能決定彎矩的大小與分佈情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應力來確定軸的直徑。但在進行軸的結構前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑。
將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑dmin，然後再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從dmin處起逐一確定各段軸的直徑。在實際設計中，軸的直徑亦可憑設計者的經驗取定，或參考同類機械用類比的方法確定。
有配合要求的軸段，應儘量採用標準直徑。安裝標準件（如滾動軸承、聯軸器、密封圈等）部位的軸徑，應取為相應的標準值及所選配合的公差。
為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，並減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應採用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件易於裝配，相配軸段的壓入端應制出錐度；或在同一軸段的兩個部位上採用不同的尺寸公差。
確定各軸段長度時，應儘可能使結構緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調整空間。軸的各段長度主要是根據各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂長度短2～3mm。
四，提高軸的強度的常用措施
合理佈置軸上零件以減小軸的載荷
為了減小軸所承受的彎矩，傳動件應儘量靠近軸承，並儘可能不採用懸臂的支承形式，力求縮短支承跨距及懸臂長度等。下圖中a)方案較b)方案優。
當轉矩由一個傳動件輸入,再由幾個傳動件輸出時,為了減小軸上扭矩,應將輸入件放在中間,而不要置於一端。下圖中，輸入扭矩為T1=T2+T3+T4,按圖a佈置時，軸所受的最大扭矩為T2+T3+T4，若改為圖b佈置時，軸所受的最大扭矩減小為T3+T4。
改進軸的結構以減小應力集中的影響
軸通常是在變應力條件下工作的,軸的截面尺寸發生突變處要產生應力集中,軸的疲勞破壞往往在此發生。為了提高軸的疲勞強度，應儘量減少應力集中源和降低應力集中程度。為此軸肩處應採用較大的過渡圓角半徑r來降低應力集中。但對定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。當靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時，為了增大軸肩處的圓角半徑，可採用內凹圓角或加裝隔離環。
用盤狀銑刀加工的鍵槽比用鍵槽銑刀加工的鍵槽在過渡處對軸的截面削弱較為平緩，因而應力集中較小；漸開線花鍵比矩形花鍵在齒根處的應力集中小，在作軸的結構設計時應予以考慮；由於切制螺紋處的應力集中較大，故應儘量避免在軸上受載較大的區段切制螺紋。
當軸與輪轂為過盈配合時,配合邊緣處會產生較大的應力集中。為了減小應力集中，可在輪轂上或軸上開卸載槽；或者加大配合部分的直徑。由於配合的過盈量愈大，引起的應力集中也愈嚴重，因而在設計中應合理選擇零件與軸的配合。
改進軸上零件的結構以減小軸的載荷
通過改進軸上零件的結構也可減小軸上的載荷。下圖的兩種結構中b)方案(雙聯)均優於a)方案(分裝)，因為a)方案中軸Ⅰ既受彎矩又受扭矩，而b)方案中軸Ⅰ只受扭矩。
改進軸的表面質量以提高軸的疲勞強度
軸的表面粗糙度和表面強化處理方法也會對軸的疲勞強度產生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強度也愈低。因此，應合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。當採用對應力集中甚為敏感的高強度材料製作軸時，表面質量尤應予以注意。
表面強化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學熱處理；碾壓、噴丸等強化處理。通過碾壓、噴丸進行表面強化處理時可使軸的表層產生預壓應力，從而提高軸的抗疲勞能力。軸的結構工藝性
軸的結構工藝性是指軸的結構形式應便於加工和裝配軸上零件，並且生產率高，成本低。一般地說,軸的結構越簡單,工藝性越好。因此,在滿足使用要求的前提下,軸的結構形式應儘量簡化。
為了便於裝配零件並去掉毛刺，軸端應制出45°的倒角；需要磨削加工的軸段，應留有砂輪越程槽；需要切制螺紋的軸段，應留有退刀槽。它們的尺寸可參看標準或手冊。
為了減少裝夾工件的時間，在同一軸上，不同軸段的鍵槽應佈置（或投影）在軸的同一母線上。為了減少加工刀具種類和提高勞動生產率，軸上直徑相近的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度和退刀槽寬度等應儘可能採用相同的尺寸。
通過上面的討論可以進一步明確，軸上零件的裝配方案對軸的結構形式起著決定性的作用。現以圓錐－圓柱齒輪減速器輸出軸的兩種裝配方案為例進行對比，顯然，第二種方案較第一種方案多了一個用於軸向定位的長套筒，使機器零件增多，質量增大，故不如第一種方案好。
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