The purpose of this study has two parts directed toward a common goal. First, a state-ofthe-art quarter-car test platform has been designed and constructed to offer increased testing flexibility at a reasonable cost not found commercially. With this new test rig completed, the second objective is a proof-of-concept evaluation of a well known adaptive control algorithm applied to this new quarter-car test rig for the purpose of replicating the dynamic suspension response, such as a response that was recorded during a road test. A successful application of this control algorithm on the quarter-car rig is the necessary first step toward its application on an 8-post test rig for a direct comparison to current practices. Before developing a new test rig, the current state-of-the-art in quarter-car rigs was first evaluated as well as indoor vehicle testing in general. Based on these findings, a list of desired functional requirements was defined for this new design to achieve. The new test rig was built and evaluated to determine how these goals were met and what the next steps would be to improve the rig. The study then focused on evaluating control policies used for reproducing dynamic responses on vehicle road simulators such as 4- post and 7-post shaker rigs. A least-mean squares (LMS) adaptive algorithm is introduced and applied first in software using a linear two-mass quarter-car model, and then to the actual hardware-in-the-loop quarter-car rig. The results of the study show that the resulting quarter-car test rig design is quite flexible in its ability to test a multitude of suspension designs and also its ability to accommodate new hardware in the future such as a body loaders. The study confirms that this particular implementation of the LMS algorithm is a viable option for replicating test vehicle response on an indoor quarter-car test rig. Thus, a future study to compare the use of this algorithm to the current industry standard batch processing method is possible. / Master of Science

This thesis regards the design process of a test rig for a new type of clutch. To save excessive fuel losses in heavy vehicles, a dog clutch has been designed with elastic engagement to lower peak torque. Currently, there is no way of testing this clutch. The purpose of this thesis is therefore to design a test rig that allows physical testing of this newly developed clutch. The thesis describes how suitable tests/measurements are found to indicate clutch functionality. By following a design process, these tests/measurements are incorporated in a test rig design. Initially, requirements were set. With these requirements, concepts have been generated. After some reviewing and improving, one final concept has been chosen. This concept has been designed using separate subsystems. When integrating these subsystems, a final design is realised. The final design measures the axial positions of components inside the clutch. It also measures torque and speed of the input and output. This all while having a variable input speed, engagement force, output braking torque, and output rotational inertia. The test rig is suitable for long-term testing to test wear of the different clutch components. Advice on future works has been given to the company based on the achieved results.

Accelerated durability testing of automotive components has become a major interest as it may predict the life characteristics of the vehicle by testing fatigue failure at higher stress level within a shorter period of time. In this work, a specially designed sub-scaled experimental testing bed with the rigid and elastic supports of a simply supported beam was designed and built to compare the effects of the elastic foundation on the change of modal parameters of the tested structure which was later used to tune the FE model. Afterwards, the accelerated loading profiles of both sine sweep and random vibration were applied on the FE model to compare the deviation of the cumulative fatigue damage between the elastic and rigid supports. This work reveals a significant amount of inaccuracy in the current laboratory testing system where the dynamic properties of the tested structure are not maintained close to the real situation. / October 2016

While there has been substantial body of work in the field of journal bearing research, much of it is today theoretical or simulated due to today’s computing power. Scania produces experimental data from motor testing, but these are expensive and time consuming. Furthermore there is a difficulty in keeping a sufficiently controlled environment, which at times makes it hard to draw conclusions from testing results. They therefore wish to develop a test-rig which can evaluate friction and wear in journal bearings. This thesis is a continuation of a project in the course Advanced Machine Design given at KTH Royal Institute of Technology. During this thesis the test-rig has been manufactured, built, and evaluated. Furthermore software for the test-rig was developed. Information on journal bearings, risk assessment and signal noise handling were sought. Mechanical development was done with Autodesk Inventor, while Matlab was used for software development. Factorial design was utilised when designing tests and compared to a simple theoretical model. Test results showed promising results for Stribeck curve-producing tests, with good resemblance to known frictional values and trends. Furthermore the test-rig showed good repeatability for replicated tests and produced wear on the bearing shells used. During a prolonged test, the shaft and support-bearings were damaged and requires servicing to be in an operational state. The test-rig requires to be further verified, but the tests that were carried out showed valuable and reliable information on wear and frictional values. Keywords: journal bearing, hydrodynamic lubrication, wear, start-stop, test-rig / Även om en betydande mängd forskning inom glidlager och fullfilmslager har genomförts så är med dagens datorkapacitet en stor del av resultaten numera teoretiska eller simulerade. Medan Scania producerar experimentella resultat, så är dessa dyra och tidskrävande. Vidare är det ibland svårt att hålla en tillräckligt kontrollerad miljö för att dra slutsatser från proverna. Med en dedikerad testrigg som kan tillförlitliga resultat tas fram billigare och snabbare. Detta examensarbete är en fortsättning av kursen Avancerad Maskinkonstruktion som ges vid Kungliga Tekniska Högskolan. Under detta examensarbete har testriggen tillverkats, byggts och utvärderats. Vidare har programvara för testriggen utvecklats. Informationssökning gjordes på glidlager, fullfilmslager, riskbedömning och signalbrushantering. Mekanisk utveckling har gjorts i Autodesk Inventor, medan Matlab användes för mjukvaruutveckling. Faktorial design har nyttjats vid utformningen av tester. Resultaten jämfördes med en enkel teoretisk modell. Testresultaten visade lovade resultat för Stribeck kurva-producerande tester, med god likhet till kända friktionsvärden och trender. Testriggen visade god reproducerbarhet vid replikerade tester. Testriggen producerar slitage på samtliga testade lagerytor. Under ett längre test så har axel och stödlager skadats, varför service behövs för att testriggen skall vara i brukbart skick. Testriggen kräver ytterligare verifiering, men resultaten från de prov som genomförts visar att test-riggen ger värdefull och tillförlitlig information om slitage och friktion kunna utrönas. Nyckelord: glidlager, hydrodynamisk smörjfilm, nötning, start-stop, testrigg

Bakgrunden till projektet är problem med kanterosion av turbinblad inom vindkraftverks- industrin. Det är ett fenomen som uppstår när turbinblad roterar i höga hastigheter och träffar partiklar, främst vattendroppar i regn. Denna erosion skadar turbinbladen, vilket både minskar vindkraftverkens effektivitet och sprider partiklar i den lokala miljön. För att både undersöka detta fenomen och ge möjlighet att utvärdera olika materials motståndskraft mot erosion ska en testrigg tas fram. Utöver detta ska testriggen även möjliggöra uppsamling av partiklar för vidare forskning kring deras effekt på miljön. Som utgångspunkt används en tribometer med rotationsmekanism från ett föregående maskinkonstruktionsprojekt på KTH. Ombyggnationen av denna avgränsas till att endast genomföras digitalt med hjälp av CAD för att hålla mängden arbete till en rimlig nivå. Förutom CAD har arbetet även inkluderat kravspecifikationer, beräkningar i MATLAB, FEA-analyser och kostnadskalkyler. Resultatet är en digitalt styrd testrigg med tillhörande komponentlista och instruktioner för tillverkning och genomförande. Inköpskostnad för ombyggnationen uppskattas till 28 000 kr. Riggen för en cylindrisk provbit genom ett artificiellt regn i hög hastighet, vilket resulterar i en accelererad nötningsprocess. Under testets gång dokumenteras erosionen visuellt med hjälp av en kamera och efter testet kan mängden förlorat material mätas i vikt och partiklar samlas upp. Flera andra parametrar dokumenteras automatiskt under testets gång för att ge en mer detaljerad bild av processen och data för undersökningar av repeterbarhet. Slutligen konstateras att testriggen uppnår alla krav ställda på den förutom att den inte har en nödbroms. Avsaknaden av nödbroms diskuteras och det leder till slutsatsen att testriggen, även utan nödbroms, är fullt fungerande, enkel och säker att använda. / The background for this project is a problem in the wind turbine industry, namely leading edge erosion of turbine blades. This occurs when wind turbine blades rotate at high speeds and collide with particles, mainly water drops in rain. This erosion damages the turbine blades, reducing the efficiency of the wind turbines and releasing particles into the local environment. To investigate this phenomenon and evaluate the durability of different materials, a test rig is to be developed. In addition, the test rig will enable the collection of particles to facilitate further research into their environmental impact. A tribometer with a rotation mechanism from a previous project at KTH serves as the starting point. The reconstruction of this tribometer is limited to a digital implementation using CAD to keep the amount of work at an appropriate level. In addition to CAD, the work has also included requirements specifications, calculations in MATLAB, FEA, and cost estimates. The result is a digitally controlled test rig with an accompanying component list and instructions for manufacturing and implementation. The estimated purchase cost for the reconstruction is 28,000 SEK. The rig tests a cylindrical sample by propelling it at high speed through artificial rain, resulting in an accelerated wear process. The erosion is visually documented using a camera during the test. Afterwards the amount of lost material can be measured by weight and the particles collected. Several other parameters are automatically recorded during the test to provide a more detailed picture of the process and data for investigations into repeatability. Finally, it is concluded that the test rig meets all its requirements except for the absence of an emergency brake. The absence of an emergency brake is discussed, leading to the conclusion that despite missing an emergency brake, the test rig is fully functional, easy to use, and safe.

This thesis presents the design and development of a versatile test rig specifically tailored for measuring frictional properties of diverse materials across a wide range of velocities and pressures. The ability to accurately quantify frictional behaviour under varying conditions is essential for understanding material performance in numerous applications, such as automotive, aerospace, and manufacturing industries. The primary objective of this research is to design a test rig capable of simulating real-world operating conditions, facilitating the evaluation of frictional forces experienced by different materials. The experimental setup incorporates a carefully designed sliding mechanism, pressure control system, and instrumentation to measure frictional forces with high precision. The test rig's sliding mechanism is built to accommodate various material samples, allowing for controlled movement along different planes with adjustable velocities. By subjecting these samples to controlled loads, the influence of pressure on frictional behaviour can be systematically investigated. Moreover, the test rig features to replicate conditions encountered in practical scenarios. To ensure accurate measurements, the frictional forces are captured using high-resolution load cells and strain gauges integrated into the test rig. This thesis contributes to the field of material science and engineering by providing a comprehensive framework for evaluating frictional behaviour under controlled conditions. The developed test rig serves as a reliable and versatile platform for studying material performance, guiding the design and development of more efficient and reliable systems in numerous industrial applications. / Denna avhandling presenterar designen och utvecklingen av en mångsidig testrigg speciellt anpassad för att mäta friktionsegenskaperna hos olika material vid olika hastigheter och tryck. Förmågan att exakt kvantifiera friktionsbeteendet under varierande förhållanden är avgörande för att förstå prestandan hos material inom många applikationsområden, såsom fordons-, flyg- och tillverkningsindustrin. Det primära målet med denna forskning är att designa en testrigg som kan simulera verkliga driftsförhållanden och underlätta utvärderingen av friktionskrafter som upplevs av olika material. Den experimentella uppställningen inkluderar en noggrant utformad glidmekanism, ett tryckkontrollsystem och mätutrustning för att mäta friktionskrafter med hög precision. Testriggens glidmekanism är utformad för att kunna hantera olika materialprover och möjliggör kontrollerad rörelse längs olika plan med justerbara hastigheter. Genom att utsätta dessa prover för kontrollerade belastningar kan tryckets inverkan på friktionsbeteendet systematiskt undersökas. Testriggen har dessutom funktioner för att återskapa förhållanden som uppstår i praktiska scenarier. För att säkerställa korrekta mätningar fångas friktionskrafterna med hjälp av högupplösta lastceller och töjningsgivare som är integrerade i testriggen. Denna avhandling bidrar till materialvetenskap och ingenjörskonst genom att tillhandahålla ett omfattande ramverk för att utvärdera friktionsbeteende under kontrollerade förhållanden. Den utvecklade testriggen fungerar som en pålitlig och mångsidig plattform för studier av materialprestanda och vägleder design och utveckling av effektivare och pålitligare system i många industriella applikationer.

Detta examensarbete går ut på att konstruera en upphängningsanordning för en provrigg på Scania. Scania har i dagsläget ett flertal olika provriggar, en provrigg de har är T22. Syftet med detta arbete är att utveckla en fixtur som har egenskapen att stödja en tung växellåda så den utgående axeln på växellådan kan provas i provriggen T22. Metoden som används för denna utveckling består av flera moment där den första delen är att mäta nuvarande mått på växellådan och modellera en fixtur med hjälp av de mått som tagits i CAD-programmet CATIA. Därefter kan fixturen som konstruerats i CATIA sammanställas ihop med växellådan för att se om dimensionerna stämmer. När sammanställningen har genomförts kan mekaniska analyser utföras och sedan avslutas med tester. Resultatet av projektet blev en upphängningsanordning som monteras på Scanias växellådor som i sin tur kopplas ihop med provrigg T22. Scanias befintliga komponenter som lyftbalk och cirkulär konsol användes och kompletterades med armar som möjliggör att montera växellådan bakifrån i provrigg T22. Av det här resultatet kan vi dra slutsatsen att Scania kan montera fixturen på de allra flesta GW växellådorna och utföra mätningar via provriggen T22. / This thesis is about designing a suspension device for a test rig at Scania. Scania currently has several different test rigs, one test rig they have is T22. The purpose of this work is to develop a fixture that has the property of supporting a large gearbox so that the output shaft of the gearbox can be tested in the test rig T22. The method used for this development consists of several parts where the first part is to measure the current dimensions of the gearbox and then create a fixture in the CAD program CATIA V5 adapted to the dimensions taken before on the gearbox. Then the fixture constructed in CATIA V5 can be assembled with the gearbox to check if the dimensions are correct and fits together. Once the compilation has been completed, mechanical analyzes can be performed and then conclude with tests.The result of the project was a suspension device that is mounted on Scania's gearboxes which in turn are connected to test rig T22. Scania's existing components such as lifting beam and circular adapter were used and supplemented with arms that allow the gearbox to be mounted from behind in test rig T22.From this result we can conclude that Scania can mount the fixture on most GW gearboxes and perform measurements using the test rig T22.

Mechanical face seals, MFS, are important machine components in the heavyduty-vehicle industry which generate a high frictional power loss. In order to lower these losses an investigation has to be performed on the frictional behavior of the MFS. A physical test rig allows an evaluation of existing seals and new concepts to compare their performances. Prior to this project, a test rig for MFS had been partially designed and manufactured by a group of students within a design project at KTH. This report presents the continuation of this work. A solid background study was performed in which the best testing equipment and theoretical models in the literature to characterize MFS were reviewed. The design and manufacturing of the test rig prototype has been completed and most importantly, it has been validated, achieving an acceptable assessment of repeatability. Tests have been planned and executed to assess the repeatability of the test rig and to study the effect of different parameters: speed, preload, eccentricity and angular misalignment. A theoretical loss model was performed which gave discrepant results for studies with mixed lubrication, making a comparison with the experiments impracticable. Further work has to be done to evaluate the applicability of the proposed model. In addition, a valuable Matlab tool has been developed and packaged to facilitate processing data of the test rig for future users. / Mekaniska glidringstätningar är viktiga maskinkomponenter inom tung fordonsindustri, men de orsakar höga friktionsförluster. För att sänka dessa förluster behöver först en undersökning utföras för att få förståelse för friktionsbeteendet hos de mekaniska glidringstätningarna. En fysisk testrigg gör det möjligt att utvärdera befintliga tätningar och jämföra deras prestanda med nya koncept. Denna rapport är en uppföljning på ett koncept av en testrigg för mekaniska för glidringstätningar som en grupp studenter på KTH tidigare tagit fram. Innan detta projekt hade en testrigg för konceptet delvis utformats och tillverkats. Fortsättningen av detta arbete innebar att en heltäckande bakgrundsundersökning utfördes samt även en granskning av teoretiska modeller för att karakterisera tätningarna. Konstruktion och tillverkning av den tidigare testriggen slutfördes. Dessutom validerades testriggen vilket visade att dess repeterbarhet var accepterbar. Tester planerades och utfördes för att studera effekten av följande parametrar: hastighet, kast, excentricitet och snedställning. En teoretisk förlustmodell utvecklades men visade sig ge avvikande resultat för blandsmörjning vilket gjorde jämförelser med experimenten ogenomförbara. Ytterligare arbete bör göras för att utvärdera tillämpligheten av den framtagna modellen. Utöver detta har även ett användargränssnitt i Matlab utvecklats och paketerats för att underlätta för framtida användare att bearbeta data från testriggen.

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.

Gears are an important part of many machines. This thesis is a study in how new mechano-chemical surface treatments can be used to improve the efficiency in gear transmissions, specifically those relating to electric vehicles. The primary equipment used for this research is the FZG-test rig, a rig dedicated for the evaluation of lubricant and gear behaviour. To achieve an understanding of the effects of surface treatment, how gear contacts interact, and how geometry affects the efficiency, a substantial background study was performed, mixing various fields of knowledge and incorporating results from previous projects utilizing the FZG-test rig. Throughout the experimental phase of the project many goals had to be adjusted based on various problems encountered. Notable gear wear was observed in addition to the fact that many of the examined gears fell outside some of the specified manufacturing tolerance requirement. As a result, the data acquired from the testing is inconclusive. It is not possible to clearly establish the correlation between the effects of the new surface treatments method and efficiency due to the uncertainty in the interaction between lack of quality and a previously untested lubricant. These results are however still of benefit as to establish future test conditions and to identify the potential problems with FZG-testing. / Kugghjul är en viktig del i många maskiner. Denna rapport är en studie i hur nya mekaniska-kemiska ytbehandlingar kan tillämpas för att förbättra effektiviteten i kugghjulstransmissioners, specifikt för tillämpning i elektriska fordon. Den centrala utrustningen som använts i denna undersökning är en FZG-testrigg, en testrigg vars huvudsakliga uppgift är utvärdering av smörjmedel och kugghjulsbeteende. För att uppnå en förståelse av effekterna av ytbehandlingar, hur kugghjulskontakter interagerar, och hur kugghjulsgeometri påverkar effektiviteten, har en betydlig bakgrundstudie genomförts. Denna studie blandade flera olika kunskapsområden, samt resultat från tidigare projekt som även tillämpande FZG-testriggen. I projektets experimentella fas krävdes justeringar i flera av projektets mål på grund av problem som uppstod. Betydlig nötning kunde identifieras i samband med att flera av kugghjulen var utanför de nödvändiga tillverknings toleranskraven. I följd av detta är data från experimenten som utfördes icke-slutgiltiga. Det är inte möjligt att med säkerhet etablera ett samband mellan effekterna av den nya metoden av ytbehandling och effektivitet på grund av den osäkerhet som uppstår via kvalitetsbrister och ett smörjmedel som tidigare ej testats på KTH. Detta är fortfarande viktiga positiva resultat för att kunna etablera framtida test förhållanden och identifiera möjliga problem i experiment med FZG-testriggen.