La fiabilidad funcional y la vida útil de los montajes de rodamientos normales depende, para un diseño de rodamiento específico, de las propiedades del par de materiales del rodamiento y el eje, y de las propiedades del lubricante. Según las condiciones de funcionamiento, prevalece el efecto de los materiales del par deslizante o el efecto de la lubricación.
Los parámetros de diseño, las condiciones de funcionamiento y los requisitos económicos constituyen la base para seleccionar los materiales de los rodamientos. Además de las propiedades de deslizamiento, se debe tener en cuenta el tamaño y las características de la fuerza de carga, el intervalo de la velocidad de deslizamiento y las temperaturas de funcionamiento que genera, la cantidad y el tipo de lubricante, la fiabilidad de la lubricación, el efecto del entorno, la vida útil que se pretende conseguir y los factores económicos. Es preciso tener en cuenta las propiedades de deslizamiento, mecánicas y físicas para seleccionar correctamente el material del rodamiento.
Los requisitos de los rodamientos normales son variados, por lo que los materiales de rodamientos conocidos no pueden satisfacerlos en todo el rango. Se debe determinar el orden de los requisitos más importantes en cualquier caso particular con el fin de seleccionar una solución parcial. En el caso de los rodamientos hidrostáticos, o para los que funcionen en la zona de lubricación hidrodinámica, con el fin de garantizar una resistencia dada se debe centrar la atención en el diseño del rodamiento y en la selección del lubricante. En el caso de los rodamientos que funcionen en la zona de lubricación limitada, que se calculan también para la zona de lubricación hidrodinámica, y para los rodamientos normales no lubricados, se deben considerar las propiedades de deslizamiento del material. Estas propiedades constituyen el criterio que rige en la zona de fricción mixta.
Los principales criterios para valorar los materiales de los rodamientos son:
El significado y el orden de estos criterios varían según las condiciones. En función de estas condiciones se pueden incluir otros criterios, como la propiedad de deslizamiento, las propiedades de emergencia, la afinidad entre el cojinete y el rodamiento para el lubricante, la dureza, la conductividad térmica, la dilatación térmica, la densidad, etc.
Las categorías de materiales para rodamientos más importantes son mezclas de estaño y de plomo, aleaciones de cobre con estaño y plomo, aleaciones de aluminio, otros materiales metálicos (hierro fundido gris, metales porosos, etc.), plásticos y otros materiales no metálicos (grafito, goma, madera, etc.). La siguiente tabla recoge los criterios de funcionamiento de las categorías de materiales principales:
|
Material del rodamiento |
Resistencia al atascamiento cuando se emplea un eje de acero |
Adaptabilidad y absorción de partículas sólidas |
Resistencia a la corrosión en contacto con aceite |
Resistencia a la fatiga |
|
Composiciones de estaño |
Excelente |
Excelente |
Excelente |
Muy mala |
|
Composiciones de plomo |
Excelente |
Excelente |
Media |
Muy mala |
|
Aleación de Cu y Sn |
Muy mala |
Muy mala |
Buena |
Excelente |
|
Aleación de Cu, Sn y Pb |
Media |
Mala |
Mala |
Buena |
|
Aleación de Al y Sn |
Buena |
Buena |
Muy mala |
Media |
|
Aleación de Cu y Pb |
Mala |
Media |
Excelente |
Excelente |
|
Hierro fundido gris |
Muy mala |
Muy mala |
Media |
Excelente |
|
Plásticos mixtos |
Excelente |
Excelente |
Excelente |
- |
|
Grafito |
Excelente |
Media |
Excelente |
- |
Cuanto mayor sea la dureza del material, mayores serán la capacidad de carga y la resistencia a la abrasión. Cuanto menor sea la dureza del material, menor será también su tendencia a dañar la superficie de los ejes y mayores la adaptabilidad, el deslizamiento y la capacidad de absorción de partículas sólidas, que son sus propiedades extraordinarias. Se puede afirmar por tanto que la relación entre ambos miembros del par de deslizamiento es fundamental. Cuando se utilice un material para el rodamiento, es preciso asegurarse de que:
En la siguiente tabla informativa se presentan los valores aproximados de las propiedades características correspondientes a los materiales para montajes de rodamientos normales:
|
Material |
Media de dureza HB a 20 °C |
Media de dureza HB a 100 °C |
Resistencia a tracción [MPa] |
Módulo de elasticidad [MPa] |
Temperatura de funcionamiento máxima permitida [°C] |
|
Composición de Sn |
26 |
9 |
80 |
48 000 |
110 |
|
Composición de Pb |
22 |
8 |
77 |
30 000 |
100 |
|
Aleaciones de Cu y Sn |
80 |
60 |
250 |
110 000t |
250 |
|
Aleaciones de Cu y Pb |
30 |
25 |
60 |
85 000 |
160 |
|
Aleaciones de Cu, Sn y Pb |
60 |
50 |
300 |
98 000 |
220 |
|
Aleaciones de Al y Cu |
60 |
40 |
400 |
70 000 |
120 |
|
Aleaciones de Al y Sn |
35 |
30 |
150 |
65 000 |
120 |
|
Acero |
160 |
150 |
550 |
210 000 |
más de 250 |
|
Hierro fundido |
200 |
190 |
250 |
150 000 |
más de 250 |
Las propiedades principales, la capacidad de carga máxima y los ejemplos del uso adecuado de algunos tipos de materiales para rodamientos se presentan en los siguientes párrafos.