圓柱滾子軸承中的軸的結構設計須在經過初步強度計算，已知軸的小直徑以及軸上零件尺寸后才進行，其主要步驟為：確定圓柱滾子軸承中的軸上零件裝配方案：軸的結構與軸上零件的位置及從軸的哪一端裝配有關。確定軸上零件定位方式：根據具體工作情況，對軸上零件的軸向和周向的定位方式進行選擇。圓柱滾子軸承中的軸向定位通常是軸肩或軸環與套筒、螺母、擋圈等組合使用，周向定位多采用平鍵、花鍵或過盈配合聯結。

確定各軸段直徑：軸的結構設計是在初步估算軸徑的基礎上進行的，為了零件在軸上定位的需要，通常圓柱滾子軸承中的軸設計為階梯軸。根據作用的不同，軸的軸肩可分為定位軸肩和工藝軸肩（為裝配方便而設），定位軸肩的高度值有一定的要求；工藝軸肩的高度值則較小，無特別要求。所以直徑的確定是在強度計算基礎上，根據軸向定位的要求，定出各軸段的終直徑。

確定各軸段長度：主要根據圓柱滾子軸承中的軸上配合零件轂孔長度、位置、軸承寬度、軸承端蓋的厚度等因素確定。所謂圓柱滾子軸承的軸的結構的工藝性，是指圓柱滾子軸承的軸的結構應盡量簡單，有良好的加工和裝配工藝性，以利減少勞動量，提高勞動生產率及減少應力集中，提高軸的疲勞強度。

（1）為減少加工時換刀時間及裝夾工件時間，同根軸上所有圓角半徑、倒角尺寸、退刀槽寬度應盡可能統一；當軸上有兩個以上鍵槽時，應置于軸的同一條母線上，以便一次裝夾后就能加工。

（2）圓柱滾子軸承的軸上的某軸段需磨削時，應留有砂輪的越程槽；需切制螺紋時，應留有退刀槽。

（3）為去掉毛刺，利于裝配，軸端應倒角。

（4）當采用過盈配合聯結時，配合軸段的零件裝入端，常加工成導向錐面。若還附加鍵聯結，則鍵槽的長度應延長到錐面處，便于輪轂上鍵槽與鍵對中。

（5）如果需從軸的一端裝入兩個過盈配合的零件，則圓柱滾子軸承的軸上兩配合軸段的直徑不應相等，否則一個零件壓入后，會把第二個零件配合的表面拉毛，影響配合。