随着铁道车辆向高速，重载方向不断发展，空心车轴作为一种新型车轴结构应运而生，但其运行安全性尤其重要。空心轴在我国尚处于预研阶段，国内对于空心轴较全面的结构参数的数值分析还有待完善。 本文首先阐述了国内外铁路及火车轴的发展概况，其次介绍了有限元方法及有限元软件MSC.Marc的主要分析过程，然后研究了空心车轴在静载状态的应力分布及变形分布特点，最后针对空心车轴在高速运行条件下的不同的载荷工况，对空心车轴重要结构参数进行了分析，并在此研究的基础上得出了空心车轴在高速运行条件下轮轴过盈量取0.2mm，可以保证轮轴装配紧固度要求且强度在安全范围内；轴身与轮座过渡圆弧曲线半径取51.5mm、轴颈内侧过渡圆弧曲线半径约取20～35mm、防尘板座内侧过渡圆弧曲线半径约取20～35mm时为最佳取值范围；空心车轴内孔径取70mm可以兼顾空心轴减重及轮座处的摩擦腐蚀疲劳的减轻。并且通过模态分析得出不同壁厚车轴的固有频率和振型，探明了空心轴壁厚对各阶自振频率的影响。 本文通过有限元计算，表明优化结构参数后的空心车轴在减轻自重的同时仍具有足够的强度和刚度，可以满足高速运行的要求。对于我国制定统一的空心轴标准规范具有参考意义。