Sono costituiti da due anelli di diverso diametro detti "ralle" , tra i quali sono posizionati gli elementi principali ai quali è affidata la funzione di:

• supportare l'elemento ruotante
• ridurre l'attrito di rotazione
• preservare la sede di rotazione
• ridurre il pericolo d'intrusione di polvere e detriti nelle aree di lavoro delle sfere.

Il movimento , nei cuscinetti volventi, chiamati anche a "rotolamento" , è facilitato dall'interposizione tra parte fissa e perno di elementi volventi ( sfere o rulli). In questa tipologia di cuscinetti il lubrificante è molto importante e in molti casi è consigliato prevedere le protezioni per impedirne il trafilamento ; nonché ostacolare l'ingresso di sostanze contaminanti, umidità compresa.

I cuscinetti sono composti da tre diversi elementi : 

• Anello esterno, ossia elemento circolare più grande
• Anello interno: elemento circolare più piccolo
• Componente/i di rotolamento: nel caso di cuscinetti meccanici sono i vari tipi di rulli o sfere e relative gabbie.

I cuscinetti possono essere costruiti in modo da poter essere :

• Mono-elemento : i cuscinetti non si possono alterare nella loro struttura senza che questa venga danneggiata, in quanto non è creato per essere diviso nelle sue diverse parti
• Smontabili : un classico esempio è presente nei mozzi delle biciclette e dei motocicli, dove l'anello esterno viene tenuto chiuso dalla forcella e dal dado
• Scomponibili: questi cuscinetti si dividono in due o più parti.

Le sfere e i rulli qualora non siano disposti su tutto il volume sono mantenuti equidistanti tra di loro mediante una struttura chiamata "gabbia" ,  la quale può essere semplice o massiccia e realizzata in acciaio, bronzo, ottone o materiale plastico.

Il compito essenziale della "gabbia" consiste nel mantenere distanziati i corpi volventi ed impedire qualsiasi contatto fra questi ultimi, al fine di ridurre al minimo l'attrito.

Quando i cuscinetti sono scomponibili, la gabbia serve anche per trattenere i corpi volventi.

In alcuni casi specifici di cuscinetti ( ad esempio in quelli a rullini, o in quelli assiali a rulli cilindrici ) la gabbia serve anche per guidare i corpi volventi, in quanto serve per mantenere allineati in modo che possano rotolare con attrito minimo.

La gabbia può essere centrata o sui corpi volventi o su uno dei due anelli ed è guidata radialmente.

Le gabbie di acciaio o di ottone solitamente sono centrate sui corpi volventi.

Le gabbie massicce, centrate su uno dei due anelli consentono velocità di rotazione più elevate. Queste sono necessarie quando si hanno dei movimenti che si sovrappongono a quelli di semplice rotazione, specialmente quando sono prevalenti condizioni di forti accelerazioni.

Le gabbie dei cuscinetti volventi sono sollecitate meccanicamente da forze di attrito, di deformazione e d'inerzia. Per questi motivi la forma costruttiva delle gabbie e della scelta del relativo materiale sono di fondamentale importanza per le prestazioni di tale elemento.

• Gabbie in poliammide : i cuscinetti radiali ad una o due corone di sfere, gli orientabili a sfere, gli obliqui a sfere e i cuscinetti a rulli cilindrici sono dotati di gabbie in poliammide 6.6 stabilizzata termicamente e rinforzata con fibre in vetro ( materiale caratterizzato da una combinazione favorevole di resistenza ed elasticità). Le capacità di tali gabbie di lavorare con scarsa lubrificazione consentono funzionamenti continui senza rischi di ingranamenti o di danneggiamenti futuri. Queste gabbie sono inadatte per temperature di lavoro al di sotto dei - 40 °C, in quanto perdono elasticità e sono inadatte a temperature di lavoro elevate ,che a seconda del tipo di cuscinetto, sono comprese tra gli 80°C e i 120 °C - se i cuscinetti vengono utilizzati per breve tempo la temperatura varia 140°C a 210°C.
• Gabbie di acciaio : queste gabbie hanno una resistenza relativamente elevata e pesano poco. Per ridurre l'attrito e l'usura possono essere temprate e sottoposte a trattamenti superficiali. Le gabbie massicce di acciaio sono usate nei cuscinetti di grandi dimensioni. Per migliorare la scorrevolezza e la resistenza all'usura alcune gabbie massicce d'acciaio vengono carbonitrurate. Le gabbie in questione resistono a temperature fino a 300 °C e su di esse non hanno effetto né i lubrificanti a base di olio minerale o sintetico, né i solventi organici utilizzati per pulirli : c'è tuttavia il rischio di corrosione in presenza di acqua.
• Gabbie di ottone : queste tipologie di gabbie sono usate per cuscinetti medio piccoli. Le gabbie in ottone non possono superare i 300°C e su di esse non hanno effetto i lubrificanti ( compresi oli e grassi sintetici) ma possono essere pulite con normalissimi solventi organici. Si sconsiglia l'uso di agenti alcalini. Da prestare attenzione all'utilizzo dell'ammoniaca perché favorisce l'insorgere di cricche di tensocorrosione.

Nei cuscinetti lubrificati a grasso, parte di questo aderisce alla gabbia e forma una riserva (di lubrificante), assicurando una buona lubrificazione delle superfici di lavoro dei cuscinetti stessi.

La possibilità di un cuscinetto di raggiungere una certa velocità è influenzata dalla precisione del cuscinetto stesso e di quella dei componenti ad esso associati, nonché dall'esecuzione della gabbia.

La schermatura del cuscinetto può variare a seconda della necessità, dell'applicazione e lubrificazione del cuscinetto.

Sono presenti nelle seguenti versioni :

• Chiusa, dove le parti volventi del cuscinetto sono protette dagli agenti esterni.

Possono essere di due tipi:

• • Schermata : in questi cuscinetti le sfere o i rulli sono protetti all'interno dei due anelli da una coppia di sottili flange metalliche. E' efficace contro la polvere;
  • Stagna : in questi cuscinetti le sfere o i rulli sono protetti all'interno dei due anelli da una coppia di sottili flange di gomma, a tenuta stagna. In questo caso il lubrificante è necessario, sufficiente per l'intera vita del cuscinetto, è inserito dal costruttore in fase di assemblaggio. Questo tipo di protezione è efficace sia contro la polvere, sia contro i fluidi;

• Aperta, dove le parti volventi sono esposte all'ambiente esterno, e perciò non è consigliabile usarli in ambienti gravosi (presenza di polvere o fluidi corrosivi).

Per giuoco interno dei cuscinetti si intende lo spostamento totale possibile di un anello rispetto all'altro in senso radiale o in senso assiale. Il giuoco interno iniziale è superiore a quello che si ha in funzionamento, perché gli anelli si dilatano o si contraggono a seguito degli accoppiamenti. Questo giuoco è di molta importanza al fine di ottenere un funzionamento praticamente a zero o un leggero precarico. Il giuoco interno dei cuscinetti definito "normale" è stato scelto in modo che, quando i cuscinetti stessi sono montati con gli accoppiamenti consigliati, si ottenga un giuoco appropriato di funzionamento.

I cuscinetti per poter funzionare devono avere un determinato giuoco, in modo che andando in temperatura d'esercizio la loro dilatazione termica non porti a un serraggio del cuscinetto, compromettendo sia la scorrevolezza che la durata e la resistenza del cuscinetto.

Il giuoco in questione è di due tipi:

• Radiale, giuoco che determina lo spostamento radiale dell'anello interno del cuscinetto, caratterizzato dallo spazio vuoto che si ha tra le sfere/rulli e i due anelli
• Assiale, giuoco che determina lo spostamento assiale (lungo l'asse) dell'anello interno del cuscinetto.

Il precarico può essere espresso come una forza o come lo spostamento che dà luogo alla forza stessa.

In base alle applicazioni è utile che un determinato insieme di cuscinetti abbia in funzionamento o pignoni conici delle autovetture, un giuoco positivo oppure un giuoco negativo (è bene notare che nella grande maggioranza dei casi, il giuoco in funzionamento deve essere positivo).

Sono presenti casi in cui è conveniente avere un giuoco negativo, ossia un precarico con il fine di aumentare la rigidezza dell'insieme o la precisione di rotazione (come ad esempio i mandrini delle macchine utensili, i pignoni conici delle autovetture, i piccoli motori elettrici o i meccanismi con movimenti oscillatori). L'applicazione di un precarico è consigliabile quando i cuscinetti devono funzionare senza carico o ad alta velocità in presenza di carichi molto bassi. In questi casi il precarico serve ad evitare eventuali danneggiamenti dovuti a strisciamenti.

E' bene tenere presente che per un ottimale funzionamento, il cuscinetto deve essere sempre soggetto ad un certo carico minimo.

A seconda del tipo di cuscinetto il precarico può essere radiale od assiale. Il precarico ottimale alla temperatura di lavoro dipende dal carico applicato sul cuscinetto.

• cuscinetti a rulli cilindrici (a causa della loro forma costruttiva ) possono essere precaricati solo radialmente,
• cuscinetti assiali a sfere possono essere precaricati solo assialmente.
• cuscinetti obliqui ad una corona di sfere e cuscinetti a rulli conici ( vengono montati in opposizione con un secondo cuscinetto dello stesso tipo) vengono precaricati assialmente e in questo modo l'applicazione del precarico assiale comporta anche un precarico radiale.
• cuscinetti radiali a sfere normalmente vengono precaricati assialmente (dovrebbero avere un giuoco radiale interno superiore al normale).
• cuscinetti obliqui a sfere e i cuscinetti a rulli possono sopportare forze radiali ed assiali agenti contemporaneamente.

Sotto-elencati possiamo vedere i principali effetti del precarico :

1. lunga durata di esercizio : offre aumenti di affidabilità operativa.        Ha una influenza positiva sulla distribuzione del carico nei cuscinetti e pertanto anche sulla durata.
2. Compensazione dell'usura e degli assestamenti in funzionamento: l'usura e gli assestamenti che si verificano in funzionamento provocano un aumento del giuoco, che il precarico è in grado di compensare.
3. Maggior precisione di guida dell'albero : la guida più precisa e la maggior rigidezza offerte dai cuscinetti precaricati fanno si che l'ingranamento si mantenga preciso e costante nel tempo. Il risultato che ne deriva è il funzionamento silenzioso e una lunga durata della coppia stessa.
4. riduzione della rumorosità : tanto minore è il giuoco in funzionamento tanto migliore è la guida dei corpi volventi nella zona scarica e più silenziosa è la rotazione.
5. Aumento della rigidezza : viene definita come il rapporto tra lo sforzo che agisce su di esso e la deformazione elastica che si verifica all'interno del cuscinetto stesso.

L'attrito in un cuscinetto dipende dal carico che vi viene applicato e da molteplici fattori, come ad esempio dal tipo e dalla dimensione del cuscinetto stesso, dalla velocità di rotazione, nonché dalle caratteristiche e dalla quantità di lubrificante.  In un cuscinetto la resistenza complessiva al moto è costituita dall'attrito di rotolamento e da quello di strisciamento nei contatti volventi, nelle zone di contatto tra i corpi volventi stessi e della gabbia ed infine dall'attrito nel lubrificante e dall'attrito nei cuscinetti muniti di guarnizioni striscianti.

Nei cuscinetti esiste un limite alla velocità a cui possono essere fatti funzionare, ed è rappresentato dalla temperatura di lavoro che si può ammettere in relazione al lubrificante utilizzato o al materiale con cui i componenti dei cuscinetti stessi sono costruiti.

La velocità dipende dal calore che si genera per attrito all'interno del cuscinetto e dalla quantità di tale calore che può essere asportata dal cuscinetto stesso. Il tipo e le dimensioni del cuscinetto, la sua forma costruttiva interna, il carico, le condizioni di lubrificazione e di raffreddamento, nonché l'esecuzione della gabbia, la precisione e il gioco interno hanno tutti un proprio ruolo nella determinazione della velocità ammissibile.

Per poter sfruttare al massimo la capacità di carico di un cuscinetto, i rispettivi anelli o ralle devono essere sostenuti su tutta la loro circonferenza e per l'intera larghezza della pista. L'appoggio deve essere solido ed uniforme, inoltre gli anelli devono essere fissati in modo sicuro per evitare che in presenza di carico ruotino rispetto alle loro sedi.

(Attenzione: gli anelli che non vengono fissati in modo corretto danneggiano i cuscinetti e le parti che li accolgono)

Al momento della scelta degli accoppiamenti dei cuscinetti con le rispettive sedi è bene prendere in considerazione i fattori sotto-elencati :

• 1 condizioni di rotazione : si riferiscono al movimento dell'anello del cuscinetto rispetto alla direzione del carico. Esistono tre differenti condizioni:

- "carico rotante" : si verifica quando l'anello del cuscinetto ruota ed il carico è fermo (o viceversa) , di modo che tutti i punti della pista siano soggetti durante un giro a tale carico. Normalmente anche carichi elevati che non ruotano ma oscillano sono definiti tali.

-"carico fisso" : valido nel caso di un anello e di un carico fisso, o nel caso in cui carico e anello ruotino alla stessa velocità. In questa condizione non si verifica la rotazione dell'anello sulla sua sede e pertanto tale anello non ha bisogno di essere forzato sulla stessa sede

-"direzione indeterminata del carico" : si verifica quando si hanno carichi esterni variabili, carichi per urto e carichi dovuti a squilibrio in macchine ad alta velocità subiscono cambiamenti di direzione che non possono essere descritti con precisione.  In presenza di carichi elevati è opportuno che entrambi gli anelli siano montati con interferenza

• 2 Entità del carico : con l'aumentare del carico, l'interferenza dell'anello interno di un cuscinetto sulla sua sede viene ad allentarsi, visto che l'anello tende a dilatarsi. Sotto l'effetto di un carico rotante l'anello stesso può iniziare a ruotare. Maggiore è il carico, maggiore è l'interferenza necessaria.
• 3 Giuoco interno del cuscinetto : quando l'anello di un cuscinetto viene montato con interferenza sull'albero o nell'alloggiamento, esso si deforma elasticamente e provoca una diminuzione del giuoco interno del cuscinetto. Questo fattore dipende dal tipo e dalla dimensione del cuscinetto.
• 4 Condizioni termiche : in esercizio i cuscinetti raggiungono una temperatura che è superiore a quella dei particolari su cui sono montati. Questo può provocare un allentamento dell'accoppiamento dell'anello interno sulla sua sede; mentre la dilatazione dell'anello esterno può impedire il movimento assiale nel proprio alloggiamento.
• 5 Esigenze relative alla precisione di marcia : per ridurre la cedevolezza e le vibrazioni occorre evitare accoppiamenti liberi per quei cuscinetti che devono avere un alto grado di precisione di marcia.
• 6 Forma e materiale degli alberi e degli alloggiamenti : l'accoppiamento sulla sua sede non deve determinare una deformazione irregolare dell'anello interessato. Gli alloggiamenti di tipo diviso non possono essere adatti ad accogliere anelli esterni montati con forzamento, e gli accoppiamenti adottati non devono comportare un interferenza maggiore. E' bene assicurare un supporto adeguato agli anelli montati in alloggiamenti aventi pareti sottili o di leghe leggere o su alberi cavi, con montaggi più forzati di quelli normalmente scelti.
• 7 Facilità di montaggio e di smontaggio : i cuscinetti con accoppiamento libero sono più facili da montare e da smontare di quelli con accoppiamento forzato. Nel caso in cui le applicazioni prevedano l'utilizzo di accoppiamenti forzati si possono impiegare cuscinetti scomponibili o quelli con foro conico e bussola di trazione o pressione.
• 8 Spostamento del cuscinetto assialmente libero : quando si montano i cuscinetti è indispensabile che, in qualsiasi condizione di funzionamento, uno dei due anelli sia libero di spostarsi assialmente. Questo è garantito dall'adozione di un accoppiamento libero per l'anello soggetto a carico fisso. Quando è l'anello esterno ad essere soggetto a carico fisso il movimento assiale deve avvenire nel foro dell'alloggiamento.

Gli anelli montati con interferenza sono generalmente disposti in modo da appoggiarsi da un lato  contro uno spalleggiamento sull'albero o nell'alloggiamento.

L'anello interno viene fissato dal lato opposto allo spalleggiamento mediante una ghiera con una rosetta di sicurezza, mentre l'anello esterno viene fissato mediante il coperchio di estremità, raramente con una ghiera filettata.

In un applicazione i cuscinetti devono essere protetti per impedire la penetrazione al loro interno di impurità solide e di umidità e allo stesso tempo per trattenere il lubrificante.

Le protezioni devono possedere un attrito minimo e generare la minor usura possibile, affinché la durata e le prestazioni dei cuscinetti non siano compromesse.  Le protezioni sono di fondamentale importanza in quanto consentono il corretto funzionamento del cuscinetto.

Esistono vari tipi di protezione :

• protezioni non striscianti : non hanno attrito e non subiscono usura. Non vengono facilmente danneggiate da impurità solide e sono particolarmente adatte per alte velocità e alte temperature. Queste protezioni vengono usate in applicazioni in cui la presenza di impurità non è così elevata e non c'è rischio che acqua, vapore o altre sostanze vengano a contatto con il cuscinetto. Vengono usate quando l'assenza di attrito assume un ruolo di rilevante importanza.              Per aumentare l'efficacia delle protezioni di questa tipologia , spesso, vengono usati dei dischi rotanti che vengono montati sull'albero.

• protezioni striscianti : offrono una tenuta affidabile, specialmente se si riduce al minimo l'usura mediante un'appropriata finitura della superficie di strisciamento e mantenendo lubrificato il labbro strisciante. Inoltre, sono passibili di danneggiamento meccanico. Queste protezioni vengono utilizzate per applicazioni in cui non può essere prevista una protezione di tipo esterna efficace oppure perché non c'è abbastanza spazio. Si usano queste protezioni in tutte quelle applicazioni in cui si ha una moderata presenza di impurità, può essere presente dell'umidità, spruzzi d'acqua e anche quando si richiede una lunga durata di esercizio senza manutenzione.                In queste protezioni è presente la protezione a labbro radiale che vengono utilizzate nei cuscinetti lubrificati ad olio. Sono protezioni pronte per il montaggio ed hanno un rinforzo metallico oppure sono munite di una scatola di lamierino. Il labbro è normalmente di gomma sintetica e viene tenuto premuto contro la superficie di strisciamento mediante una molla

• protezioni esterne : questo tipo di protezione è la più semplice, in quanto è costituita dalla piccola luce che si forma in corrispondenza dell'uscita dell'albero dal sopporto. E' adeguata per macchine che lavorano in ambiente asciutto e privo di polvere.

 Si possono avere diversi tipi di lubrificazione :

• lubrificazione con grasso : il grasso può essere utilizzato per la maggior parte delle applicazioni per lubrificare i cuscinetti volventi che operano in condizioni di lavoro normali. Il principale vantaggio del grasso (come lubrificante) è di poter essere trattenuto più facilmente all'interno del sistema dei cuscinetti, specialmente quando l'albero è inclinato o verticale; contribuisce inoltre a proteggere il sistema stesso dalle impurità, dall'umidità o dall'acqua. Il grasso deve riempire solamente il cuscinetto, mentre lo spazio libero deve essere riempito solo parzialmente. I grassi lubrificanti sono oli minerali o sintetici addensati.

Da prestare attenzione : quando i cuscinetti devono funzionare a velocità molto basse e devono essere protetti dalla corrosione è consigliabile riempire completamente di grasso il sopporto.

La protezione con tale lubrificazione può essere aumentata ricavando una o più scanalature parallele e concentriche nel foro del supporto in corrispondenza dell'uscita dell'albero . Il grasso che fuoriesce dalla luce riempie le scanalature ed impedisce l'ingresso di sostanze estranee. Le protezioni a labirinto singolo o multiplo vengono utilizzate con questa tipologia di lubrificazione e la loro efficacia può essere aumentata introducendo un grasso a base di calcio o di litio.

• lubrificazione con olio : questa lubrificazione viene utilizzata solo quando le alte velocità o le temperature di lavoro elevate impediscono l'uso del grasso, quando si deve portar via il calore generato dall'attrito o apportato dall'esterno oppure quando le parti adiacenti sono già lubrificate con olio. La lubrificazione ad olio presenta diversi metodi, i quali possono essere :

- lubrificazione a bagno d'olio rappresenta il metodo più semplice, in quanto l'olio che viene pescato dalle parti rotanti del cuscinetto si distribuisce all'interno di quest'ultimo e successivamente rifluisce nel bagno. Quando il cuscinetto non ruota, il livello dell'olio, deve essere tale da raggiungere il centro del corpo volvente (rappresenta il punto più basso del cuscinetto)

- lubrificazione con circolazione dell'olio si utilizza quando il funzionamento ad alte velocità comporta un aumento di temperatura di lavoro ed un invecchiamento accelerato dell'olio. Questa lubrificazione viene effettuata con l'ausilio di una pompa.

-lubrificazione a getto d'olio si utilizza per funzionamenti a velocità molto elevate, dove occorre che nel cuscinetto entri una quantità di olio sufficiente ma non eccessiva. In questa lubrificazione un getto ad alta pressione viene diretto verso un lato del cuscinetto.

-lubrificazione olio/aria , con questo metodo delle piccole dosi di olio vengono indirizzate su ogni cuscinetto. Queste quantità minime in giuoco consentono un funzionamento, dei cuscinetti, a temperature inferiori o a velocità maggiori (rispetto a qualsiasi altro metodo di lubrificazione ) . L'olio viene inviato ai condotti ad intervalli ben determinati esso riveste l'interno dei condotti e cola lungo le pareti per poi essere indirizzato sui cuscinetti attraverso un iniettore. L'aria compressa serve a raffreddare i cuscinetti ed impedisce alle impurità di penetrare.

Nella lubrificazione ad olio ed albero orizzontale sono previste delle scanalature elicoidali che possono essere destrose o sinistrose a seconda del senso di rotazione dell'albero e servono a respingere verso il cuscinetto l'olio che cerca di fuoriuscire .

Il senso di rotazione dell'albero non deve variare. Per aumentare l'efficacia di questa lubrificazione si possono utilizzare anelli centrifugatori, dischi o scanalature.

La lubrificazione dei cuscinetti volventi serve ad impedire contatti diretti ( metallo su metallo) , tra le parti interessate al rotolamento tra : corpi volventi, le piste e le gabbie.

Serve anche ad evitare l'usura e a proteggere le superfici dei cuscinetti dalla corrosione.

La lubrificazione di un cuscinetto a sfere o a rulli è fondamentale, in quanto in assenza di lubrificante viene danneggiato in breve tempo.

La lubrificazione assolve determinate funzioni, ovvero:

• agevola lo scorrimento delle sfere, o dei rulli, riducendo sensibilmente gli attriti e il consumo delle parti in movimento
• protegge il cuscinetto dalla corrosione degli agenti esterni e dalle impurità
• dissipa il calore che si crea a causa dello scorrimento e degli attriti.
• La lubrificazione può essere sia a grasso che a olio. Solitamente viene usata la lubrificazione a grasso, ma in alcuni casi specifici è preferibile quella ad olio, in modo particolare all'interno di meccanismi lubrificati ad olio dove è quasi impossibile separare la lubrificazione dei cuscinetti da quella delle altri parti.