Zestawem kołowym nazywa się zespół złożony z osi, kół bosych, obręczy i pierścienia zaciskowego lub (w przypadku kół monoblokowych) tylko z osi i kół. Zestaw jest zmontowany tak, że nie ma możliwości ruchu względnego części składowych. Ma to zarówno wady jak i zalety. Zaletą jest przede wszystkim wytrzymałość takiej konstrukcji i jej prostota, natomiast wadą - występowanie mikropoślizgów podczas jazdy w łukach. Jest to spowodowane tym, że koło wewnętrzne ma do pokonania mniejszą drogę niż zewnętrzne, a stałe przymocowanie obu kół do osi uniemożliwia ich względny ruch.

Istnieją rozwiązania konstrukcyjne z niezależnymi kołami lub kołami obracającymi się na nieruchomej osi. Są one wykorzystane w kilku tramwajach. Cechują się małą wytrzymałością, są skomplikowane w produkcji i dosyć kosztowne. Zastosowano je tylko w celu zapewnienia całkowitej niskopodłogowości pojazdu.

   Ze względu na przeznaczenie zestawy kołowe możemy podzielić na zestawy do pojazdów trakcyjnych i do wagonów.
Zestawy kołowe przeznaczone do pojazdów trakcyjnych dzielą się z kolei na toczne i napędne. Nie są one znormalizowane. Konstruuje się je w zależności od potrzeb dla danego pojazdu. Należy przy tym wziąć pod uwagę sposób przeniesienia napędu na koła. Zazwyczaj służy do tego duże koło zębate mocowane skurczowo na osi lub na wale drążonym.
Zestawy kołowe dla wagonów kolejowych składają się z części znormalizowanych. Rodzaj zastosowanego materiału i jego obróbka cieplna, wymiary i dokładność wykonania zależą głównie od prędkości konstrukcyjnej, do której przewidziany jest zestaw kołowy.

   Walec taki jest następnie kuty na tzw. kęsisko celem zmniejszenia jego średnicy (około 3-krotnie) lub bezpośrednio kuty na oś. Kucie osi odbywa się w temperaturze powyżej 860°C i w jego wyniku otrzymuje się zgrubny kształt osi wagonowej. Należy przy tym pamiętać o odcięciu głowy i stopy wlewka, w których gromadzą się zanieczyszczenia i gazy podczas odlewania.
   Po obróbce plastycznej przeprowadza się obróbkę cieplną. Osie w większości przypadków są normalizowane. Polega to na wygrzaniu osi przez kilka godzin w temp. 850°C i studzeniu w spokojnym powietrzu w hali. W przypadku powstania niewielkich skrzywień można jeszcze taką oś wyprostować na gorąco i ponownie normalizować. Normalizacja stali powoduje zmniejszenie i wyrównanie rozmiaru ziarna i ma na celu podniesienie przede wszystkim odporności na zmęczenie.
   Po obróbce plastycznej obrabia się oś mechanicznie, przez obróbkę skrawaniem. Ze względu na rozmiary osi wykorzystywane są specjalne tokarki.
Pierwszym etapem jest wywiercenie wstępnych nakiełków w czołach osi w celu jej zamocowania w kłach. Następnie oś jest toczona zgrubnie.
   Ostatnim etapem wykonywania osi jest obróbka mechaniczna na wymiar. W tej fazie wykonuje się ostateczny nakiełek normalny, wierci się i gwintuje otwory na nasadkę łożysk, planuje się czoła na wymiar i toczy zaokrąglenia na przejściach średnic osi (zabezpiecza to przed spętrzeniem naprężeń wywołanym zjawiskiem zmęczeniowym). Dodatkowym wzmocnieniem osi może być wytworzenie zgniotu przez rolowanie.

   Wszystkie wymiary osi wagonowych są znormalizowane wg PN i BN, z których najważniejsza jest norma PN-71/K-91046. Osie napędnych zestawów kołowych są wykonywane w zależności od sposobu przeniesienia napędu.

   Istnieje kilka rodzajów osi, z których kilka nie jest już wytwarzanych. Są to osie z końcówką gwintowaną, na którą wkręcało się nakrętki łożyskowe. Także osie z czopami do łożysk ślizgowych i z kołnierzem zabezpieczającym ich panewki przed zsunięciem są wykonywane rzadko. Obecnie łożyska ślizgowe są wykorzystywane właściwie tylko do łożyskowania oparcia silnika na wale drążonym. Prawie wszystkie wykonywane współcześnie osie mają na czołach otwory gwintowane, służące do przykręcenia nasadki łożysk tocznych.