Under senaste periodens omställningar har Scanias Transmissionsenhet i monteringsverkstaden DT haft utmaningar med att uppnå den förväntade kvaliteten på deras skruvförband, vilket utgör majoriteten av deras monteringsmoment. Syftet med detta arbete var att ta reda på vilka typer av problem hos förbanden som kan uppstå, vad orsakerna till dem kan vara och vad som skulle kunna lösa problemen.Centrala områden som undersökts är dels hur friktion och skruvförlängning kan påverka förbandets klämkraft. Det har också handlat om vilken påverkan en monteringsmiljö kan ha på klämkraften och beteendet vid åtdragning. Förbandets egenskaper som styvhet, material och dimensioner har haft en viktig roll för att uppfylla arbetets syfte. Vidare har sambandet mellan vridmoment, friktion och klämkraft studerats.De slutsatser som kan dras är att friktionen har en stor inverkan på hur stor klämkraften blir efter åtdragning. För att mäta skruvens förlängning över tid för att ta reda på hur klämkraften varierar görs detta bäst med ultraljud, då den metoden möjliggör mätningen då det är väldigt svårt att komma åt skruven på annat sätt. Ändrar man åtdragningshastigheten kan man få ändringar av både friktion och sättningar, vilket påverkar förbandets klämkraft. En snabbare åtdragningshastighet har fördelen att momentet inte tar lika lång tid, men ökar man hastigheten behöver man ha koll på vad det påverkar, och om man tolererar den påverkan.Med metoden vridmoment-vinkelövervakning kan man upptäcka avvikelser som sker under åtdragning och visar att en monteringsmiljö kan ställa till med problem hos förbanden. Angående hur en monteringsmiljö kan påverka kvaliteten hos förbanden rekommenderas även att faktorförsök ska utföras. Med faktorförsök kan man få reda på hur stor effekt olika faktorer som närvarar i en monteringsmiljö påverkar det man vill undersöka, samt om något samspel råder.För att förbanden ska klara av det de förväntas och hålla god kvalitet, bör man följa instruktioner för dimensionering av flänsförband. / During the latest period’s changes, Scania’s Transmission unit in the DT assembly workshop has seen that the expected quality of their screw joints has not been met, which accounts for the majority of their assembly steps. The purpose of this thesis is to identify which types of problems can occur with screw joints, what the causes can be and how the problems can be solved.The central areas examined are partly how friction and screw extension can affect the clamping force, as well as the impact an assembly environment can have on the clamping force and its behavior when tightening. Characteristics of the screw joint such as stiffness, materials and dimensions have played an important role in fulfilling the purpose of the thesis. Furthermore, the relationship between torque, friction and clamping force has been studied.The conclusions reached are that friction has a major impact on how great the clamping force becomes after tightening. Measuring the extension of the screw over time to find out how the clamping force varies is best done with an ultrasonic device as this method makes it possible and easy to measure when it is very difficult to access the screw in any other way. If the tightening speed is changed, then there are changes in both friction and how the material sets which affects the clamping force of the screw joint. A faster tightening speed has the advantage that the tightening step does not take as long, but if the speed is increased then it is important to know what this affects and if this can be tolerated.The torque-angle monitoring method allows deviations to be detected during tightening and shows that an assembly environment can cause problems with the screw joints. Regarding how an assembly environment can affect the quality of the screw joints, it is also recommended that factor tests should be used. With factor tests it is possible to identify how great the effect of different factors which are present in an assembly environment can be, as well as if there are any interaction between the factors.For the screw joints to cope with what is expected and to keep good quality, instructions should be followed for the dimensioning of flange joints.

his study explores clamp force estimation using Unscented Kalman Filtering (UKF) in torque-controlled tightening scenarios with various velocity profiles. Previous research has explored the impact of velocity levels on target torque and clamping force, but only using hand-held tools. Prior research is extended by implementing UKF in a fixed setup, using the QST42, to remove user errors. Four strategies, Continuous Drive, TurboTight, Accelerating Tightening, and Paused Tightening, are analyzed using error and quality factor metrics. In Continuous Drive, both hand-held and fixed rigshave mean errors of approximately 4.09% and 4.14%, with quality factors of 88.38% and 97.72%.UKF adapts well in TurboTight, with mean errors of 3.50% (hand-held) and 5.23% (fixed rigs), and quality factors of 93.02% and 94.44%, respectively. Dynamic strategies like Accelerating Tightening- yield higher mean errors (10.33%) and quality factors (94.86%), while Paused Tightening results in a mean error of 5.17% and a quality factor of 76.86%. Tailoring UKF calibration is crucial for accuracy. Overall, this research underscores the close correlation between UKF’s performance and the dynamics of the tightening strategy. The implications extend to industrial applications, advocating for strategy-specific adjustments to enhance clamp force estimation accuracy. This study contributes to advancing UKF’s applicability in real-world scenarios, providing a foundational framework to enhance the accuracy and reliability of clamp force estimations. / Denna studie utforskar kraftuppskattning för klammer i momentkontrollerade åtdragnings-scenarier med olika hastighetsprofiler med hjälp av Unscented Kalman Filtering (UKF). Tidigare forskning har utforskat påverkan av hastighetsnivåer på målmoment och klämkraft, men endast med användning av handhållna verktyg. Tidigare forskning utökas genom att implementera UKF i en fast inställning, med QST42 verktyget, för att eliminera användarfel. Fyra strategier, Continuous Drive, TurboTight, Accelerating Tightening och Paused Tight-ening, analyseras med hjälp av fel- och kvalitetsfaktormetoder. I Continuous Drive har både handhållna och fixta åtdragningar medelvärdesfel på cirka 4,09% och 4,14%, med kvalitetsfaktorer på 88,38% och 97,72%. UKF anpassar sig väl i TurboTight, med medelvärdesfel på 3,50% (handhållna) och 5,23%(fixt rig) och kvalitetsfaktorer på 93,02% och 94,44%, respektive. Dynamiska strategier som Accelerating Tightening ger högre medelvärdesfel (10,33%) och kvalitetsfaktorer (94,86%), medan Paused Tightening resulterar i ett medelvärdesfel på 5,17% och en kvalitetsfaktor på 76,86%. Sammanfattningsvis understryker denna forskning den nära korrelationen mellan UKF:s prestanda och dynamiken i åtdragningsstrategin. Implikationerna sträcker sig till industriella tillämpningar och förespråkar strategispecifika justeringar för att förbättra noggrannheten i klämkraftsuppskattningen. Denna studie bidrar till att främja användningen av UKF i verkliga scenarier och tillhandahåller en grundläggande ram för att förbättra noggrannheten och tillförlitligheten i klämkraftsuppskattning.

This report describes the development of a modular friction test rig for threaded fasteners. This device can measure the shank torque and the clamp force during the tightening of threaded bolts, with a size of M3-M14 and clamp length of 30-160mm. The design allows the use of several load and torque cells and the range is up to 100kN clamp load and 200Nm applied torque. The test rig will be used for research purposes by Atlas Copco to determine the frictional characteristics in tightening and will allow the experiments on bolts with several materials, coatings and surface finishes. This report concludes to a design proposal evaluated with analytical methods and a prototype 3D model that demonstrate the working principle of the test rig. The measurements are taken from custom-made sensors that are developed with high standards, are easily interchangeable and can be calibrated individually. In addition, a device is developed to allow the user to change the stiffness of the joint. Finally, a future recommendation is made to allow the measurement of the under-head torque. This proposal is a breakthrough compared to other test rigs, and will assist in verifying the friction measurements and having high precision results. / Denna rapport beskriver utvecklingen av en modulär friktionsprovrigg för gängade fästelement. Den utvecklade enheten kan mäta moment och klämkraft under åtdragning av gängade skruvar, med en storlek mellan M3 och M14 och klämlängd på 30-160mm. Designen möjliggör användning av flera last- och vridmomentceller och intervallet är upp till 100kN klämbelastning och 200Nm påfört vridmoment. Provriggen är en forskningsrigg, och den kommer att användas av Atlas Copco för att bestämma friktionsegenskaperna i åtdragning och möjliggöra experiment på skruvar av olika material, och med olika ytbeläggningar och ytbehandlingar. Denna rapport avslutas med ett designförslag, som utvärderas analytiskt och testprincipen demonstreras med hjälp av en prototyp. Mätningarna tas från skräddarsydda sensorer, som kan kalibreras individuellt och som är enkelt utbytbara. Dessutom är en anordning utvecklad för att tillåta användaren att ändra styvheten hos förbandet. Slutligen ges en rekommendation för en vidareutveckling, som möjliggör mätning av skallmomentet. Detta förslag är ett genombrott jämfört med andra existerande testriggar, och kommer att bidra till att verifiera friktionsmätningarna med hög precision.

Bolts and nuts are one of most common joining methods since they are simple and low-cost to connect parts. Appropriate clamp force from bolted joint remains resultant joints secured, but higher/lower preload on bolted joint increases risk of the failure of mechanism. Therefore, achieving accurate clamp force in bolted joint is always the aim of tightening process. Torque control tightening tool are the most common tightening tool present in the market. The clamp force obtained from torque control tightening is highly dependent upon friction. Only small part of applied torque is transferred into the effective torque that turns in to clamp forces because most of applied torque is consumed by friction forces under bolt /nut head and in a thread interface. However, friction coefficient does not remain constant during tightening process and it relates to many factors such as tightening speed, speed profile, tightening time, joint’s material, etc. Hence, it changes the distribution ratio and leads to an error in estimation of clamp force between the components. This project aims to develop a tribometer which is capable of operating in different speeds and load conditions corresponding to different tightening process. A new concept of pin-on-disc tribometer is proposed and the speed and load profile are achieved by using closed loop control in the linear actuator and the motor. The test rig was built up and the several validation tests were done. / Skruv och mutter tillhör bland de vanligaste medlen att binda ihop två ytor med varandra då det är ett billigt och enkelt sätt att uppnå det önskade resultatet. Det är viktigt att rätt klämkraft uppnås i skruvförbandet, vid för låg/hög klämkraft är risken för haveri i konstruktionen stor. Därför är att uppnå korrekt klämkraft i ett skruvförband alltid målet i en åtdragningsprocess. Skruvdragare som drar åt med ett förinställt moment (torque control) är för tillfället det vanligaste verktyget på marknaden för att uppnå rätt klämkraft. Klämkraften som uppstår vid åtdragning av ett skruvförband med ett sådant verktyg är i största del beroende på friktionskraften i skruvförbandet för korrekt moment. Endast en liten del av momentet som påverkar skruven övergår till effektivt fasthållande moment i skruvförbandet, det mesta momentet går åt för att övervinna friktionen mellan skruv och mutter. Friktionskoefficitenten håller sig inte konstant vid ett åtdragande moment utan beror på flera faktorer såsom åtdragningshastighet, profilhastighet, åtdragningstid och vilket material skruvförbandet är gjort av bland annat. Eftersom friktionskoeffiecienten ständigt ändrar sig leder detta till ett fel då man ska uppskatta klämkraften mellan två ytor. Detta examensarbete ämnar till att bygga en tribometer som är kapabel till att fungera vid olika hastigheter och kraftförhållanden som korresponderar till olika åtdragningsprocesser. Ett koncept på en ny pin-on-disc tribometer föreslås och hastighets samt kraftprofiler skapas genom ett closed-loop reglertekniksystem i ett linjärt ställdon och motorn. Testriggen konstruerades och flertalet utvärderingstester utfördes.