本发明公开了一种提高轴孔连接结构承载能力的设计方法，包括以下步骤：第一步，建立轴孔连接结构接触应力分析模型及理论计算方法；第二步，建立接触优化模型并设计计算；第三步，理论解与有限元解误差对比。传统轴孔连接结构没有考虑轴孔配合区存在的接触应力较大的现象，导致承载能力不高。本发明方法从影响接触应力的因素出发，通过改变孔接触面的曲面形状并优化其曲面参数，使最初接触点数目增多、接触面曲率得到优化，从而使外力增加时轴孔接触顺序从两侧逐步向中部扩展，增加了接触面积，降低了最大接触应力，提高了承载能力。本发明方法新颖，思路明确，操作可行，具有较强的普适性，可以在其他连接结构设计中推广应用。