机车轮对的车轴压装在轮心内，轮箍热套在轮心上，这些都会引起轮箍、轮心和车轴的组装应力。闸瓦制动时，因摩擦发热，轮箍和轮心还产生热应力。因此轮对的应力情况复杂，应具有足够的强度。另外，轮对属于簧下部分，为了减轻对线路的动力作用，还要求尽量减小轮对的重量，这对于速度较高的机车尤为重要。有些机车特别是高速机车、动车组、地铁及轻轨车辆，通常采用整体辗钢车轮，取消了轮箍，以便减轻车轮重量并提高运用的可靠性，但车轮踏面磨耗到限度时必须更换整个车轮，而不是仅更换轮箍，因而经济性较差。

机车轮对车轴是轮对转动的。为了运行的安全必须严格控制车铀的材质、制造及维修要求。车轴分轴颈、轴身、轮座等几部分。车轴受力复杂：机车重量及垂向动态附加载荷由轴箱压在轴颈上，牵引电动机的扭矩通过从动齿轮传给车轴，作用于轮周的牵引力、通过曲线时的侧压力等均对车轴产生弯曲作用。由于车轴在转动，上述载荷在车轴内产生的应力都是交变的，所以车轴的裂损都是疲劳引起的。因此必须注意减少车轴上的应力集中：车轴上直径不同处的交接均用圆弧过渡，而且圆弧半径要尽可能大些；车轴表面粗糙度必须得到保证，车轴各配合部分均须进行磨光或滚压。

机车轮对伴随着运行速率的提升，轮对平衡日渐具备不容忽视的必要性。由于煤矿生产的特殊环境，一般的矿车在使用90-180d后，轮对部位因进水、煤、泥或非正常磨损而需要更换轴承、密封件甚至轮对。同时，现行使用的矿车轮对设计存在一些问题，使用过程中常出现掉道脱轨，甚至翻车，严重影响矿井的生产安全，因此，选择设计良好性能的矿车轮对是至关重要的。矿车机车轮对在工矿的的使用中是非常广泛的。

机车轮对分为车辆轮对和机车轮对两类。机车轮对又依机车类型分为蒸汽机车轮对、柴油机车轮对、电力机车轮对和动车组的动轴轮对等。柴油机车、电力机车以及动车组的动轴轮对在轴身上装有传动齿轮现代高速客车和动车组均采用盘形制动，在轴身或车轮上装有制动盘。蒸汽机车的轮对有导轮轮对、动轮轮对、从轮轮对和煤水车轮对之分。导轮轮对位于机车前部，起机车导向的作用。动轮轮对起传递机车动力的作用，直接由汽缸活塞(鞲鞴)通过摇杆带动的为主动轮轮对，由主动轮通过连杆带动的为他动轮轮对。动轮轮对的轮心上有曲柄、曲拐销孔和均衡块，且左右两轮的曲柄在组装时应有90°相位差。动轮和导轮的轴承都在车轮内侧。从轮轮对和煤水车轮对与客货车辆轮对形状相似。