設計源于對失效的認識。要設計出一根可靠的軸，必須預先了解它可能在哪些方面“倒下”。軸的失效形式多種多樣，但主要可歸納為以下三類：
1. 疲勞斷裂
這是軸主要的失效形式，約占所有失效案例的50%以上。軸在旋轉過程中，其內部應力呈周期性變化（交變應力）。即使在應力遠低于材料屈服強度的情況下，經過足夠多的循環次數后，軸也會在應力集中處（如鍵槽、過渡圓角、壓配合處）產生微裂紋，裂紋逐漸擴展，終導致突然的脆性斷裂。疲勞斷裂斷口通常有明顯的“貝殼狀”疲勞擴展區和粗糙的瞬時斷裂區。因此，設計中提高疲勞強度的措施（如降低表面粗糙度、增大過渡圓角、采用表面強化工藝）至關重要。
2. 過量變形
當軸的剛度不足時，會在載荷作用下產生過大的彎曲變形（撓度）或扭轉變形（扭轉角）。這種失效雖不立即致命，但會嚴重影響機器的正常工作精度。例如，機床主軸的過量變形會導致加工精度下降；齒輪軸的變形會使齒輪嚙合發生偏載，加速齒輪磨損。剛度計算就是為了預防此類失效。
3. 表面損傷
主要指軸頸等與軸承或輪轂配合表面的損傷。
磨損：由于相對運動、潤滑不良或雜質侵入，導致軸頸尺寸減小、形狀改變，影響配合精度，增大振動。
膠合：在高速重載且潤滑失效的極端情況下，摩擦表面局部高溫會使金屬發生“焊合”，隨后又被撕開，造成表面嚴重損傷。
腐蝕：在惡劣環境下，軸表面發生化學或電化學腐蝕，不僅會減小有效尺寸，更會形成應力集中點，成為疲勞裂紋的源頭。
通過對這些失效形式的深入理解，設計師才能在計算和結構設計中有的放矢，采取針對性的預防措施，真正做到“防患于未然”。