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轴的力学模型是梁、多数要转动，因此其应力通常是对称循环。轴上通常要安装一些带轮毂的零件，因此大多数轴应作成阶梯轴，切削加工量大。
轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。
设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出设计方案，以下是一般轴结构设计原则：1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；2、易于轴上零件定位、稳固、装配、拆卸和调整；3、采用各种减少应力集中和提度的结构措施；4、便于加工制造和精度。
传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。
对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255等普通碳素钢。对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。
型材毛坯分热轧或冷拉棒料，均适合于光滑轴或直径相差不大的阶梯轴。锻件毛坯经加热锻打后，金属内部纤维组织沿表面分布，因而有较高的抗拉、抗弯及抗扭转强度，一般用于重要的轴。
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