軸鍛件的設計必須考慮多方面因素和要求，主要包括材料選擇、結構設計、強度和剛度分析。對于高速軸鍛件還應考慮振動穩定性問題。
軸鍛件的設計是以滿足結構功能要求為出發點的。就是首先根據軸在具體系統中的作用，設計出滿足功能要求的結構，然后再根據載荷與工作要求進行相應的承載能力驗算。
事實上，在軸鍛件的具體結構未確定之前，軸鍛件上力的作用點是難以精確確定的，彎矩的大小和分布情況不能求出。所以，軸鍛件的計算通常都是在初步完成結構設計后進行校核計算，計算準則主要包括軸鍛件的強度準則、剛度準則，以及軸的振動穩定性準則等。軸的設計通常是按照“結構設計一承栽能力驗算一結構改進設計一承載能力再驗算-…”的順序進行的。
通常軸鍛件設計的具體程序一般是：
a.根據機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案；
b.選擇軸的材料；
c.估算軸的最小直徑；
d.進行軸的結構設計；
e.進行承栽能力驗算，通常包括強度驗算、剛度驗算和振動穩定性驗算等；
f.根據承載能力驗算結果，或者確定設計，或者改進設計；
g.繪制軸的零件工作圖。
除了上述設計內容以外，還有鍵或花鍵的連接強度校核、滾動軸承的壽命驗算、滑動軸承的承載能力驗算等項工作，與軸的設計有一定的關系，需在軸的設計過程中一并考慮。
就設計方法而論，軸鍛件的設計可分為常規設計與計算機輔助設計。這兩類設計方法的主要差異在于，常規設計中針對軸的承栽能力的計算方法主要采用了較為簡化的力學模型，計算結果通常欠準確，通常需要用經驗數據對計算結果進行一定的校正，但常規設計方法已為廣大工程設計熟悉，并為此積累了大址有價值的經驗數據，在目前的工程設計中仍占主導地位。
在采用計算機輔助設計軸時，其承載能力計算主要采用有限元法，可以獲得較為準確的計算結果。對結構復雜的軸運用計算機輔助分析的手段凡有明顯的優勢。
通常，軸鍛件所傳遞的載荷、軸的極限應力等因素具有一定的隨機性。在常規的設計中，視這些因素為確定性變試，在判定軸的承載能力時，通過計入一定的安全系數來確保結構的安全余度。若在設計中考慮載荷與極限應力的隨機性，就可確定軸安全工作的概率一可靠度，這就有了軸的可靠性設計。 可靠性設計方法是現代設計方法的審要內容。
