軸的結構設計就是使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。其主要要求;①滿足制造安裝要求，軸應便于加工，軸上零件要方便裝拆;②滿足零件定位要求，軸和軸上零件有準確的工作位置，各零件要牢固而可靠地相對固定;③滿足結構工藝性要求，使加工方便和節省材料;④滿足強度要求，盡量減少應力集中等。
為了方便軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯形。對于一般剖分式箱體中的軸，它的直徑從軸端逐漸向中問增大。可依次將齒輪、套筒、左端滾動軸承、軸承蓋和帶輪從軸的左端裝拆，另一滾動軸承從右端裝拆。為使軸上零件易于安裝，軸端及各軸段的端部應有倒角。軸上磨削的軸段，應有砂輪越程槽;車制螺紋的軸段，應有退刀槽。在滿足使用要求的情況下，軸的形狀和尺寸應力求簡單，以便于加工。
軸上零件周向固定的目的是使其能同軸一起轉動并傳遞轉矩。軸上零件的周向固定，大多采用鍵、花鍵或過盈配合等聯接形式。
軸的形狀，從滿足強度和節省材料考慮，最好是等強度的拋物線回轉體。但這種形狀的軸既不便于加工，也不便于軸上零件的固定;從加工考慮，最好是直徑不變的光軸，但光軸不利于軸上零件的裝拆和定位。由于階梯軸接近于等強度，而且便于加工和軸上零件的定位和裝拆，所以實際上軸的形狀多呈階梯形。為了能選用合適的圓鋼和減少切削加工量，階梯軸各軸段的直徑不宜相差太大，一般取(5一10) mm。