grandfather clock -1

பழங்கால மணி கூண்டில் பயன்படுத்தப்படும் கியர் மற்றும் வெயிட் சிஸ்டத்தை பயன்படுத்தி மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய முடியுமா

ஆம், பழங்கால மணி கூண்டில் (grandfather clock) பயன்படுத்தப்படும் கியர் (gear) மற்றும் எடை அடிப்படையிலான (weight-driven) சிஸ்டம் மூலம் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய முடியும். ஆனால், உற்பத்தி செய்யும் மின்சாரம் மிகக் குறைவாக இருக்கும், ஏனெனில் இது மெதுவாக இயக்கும் குறைந்த சக்தி உடைய ஒரு அமைப்பு.

⚙️ எவ்வாறு இது வேலை செய்யும்?

மணி கூண்டின் அடிப்படையிலான அமைப்பு:

எடை (Weight): ஒரு சுழலும் புள்லியைத் (pulley) வழியாக கயிறு அல்லது சங்கிலியுடன் தொங்கும்.
கியர் சிஸ்டம்: மெதுவாக சுழலும் வகையில் டைமிங் கியர்களை கொண்டது.
அங்கீலக வினை (Escapement): மெதுவாக இயக்கக் காரணமான கியர் பிரிண்சிபிள்.

⚡ மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும் அடிப்படை:

எடை கீழே விழும் போது, அது ஒரு ஜெனரேட்டரை மெதுவாக சுழற்சிக்க வைத்தால், அது மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும்.
நீங்கள் air-core coil + permanent magnet அல்லது DC motor as generator பயன்படுத்தலாம்.
இது ஒருவித gravity-powered generator ஆகும்.

📐 சுருக்கக்கணக்குகள்:

உதாரணமாக:

எடை: 5 kg
உயரம்: 2 மீ
Potential Energy (PE) = mgh = 5 × 9.8 × 2 = 98 joules

இந்த 98 ஜூல்கள் மெதுவாக (say, 24 மணி நேரத்துக்குள்) மாற்றப்படும் kinetic energy ஆகவும், பின்னர் generator மூலம் மின்சாரமாக மாற்றப்படும்.

Power output:

$P = \frac{Energy}{Time} = \frac{98 J}{86400 s} \approx 0.00113 \text{ watts}$

இதன் மூலம் தெரிகிறது, ஒரு சாதாரண மணிக்கூடு எடை மிக குறைந்த power தான் உற்பத்தி செய்யும்.

🛠️ மேம்படுத்தும் வழிகள்:

மிக அதிக எடைகள் (10–50 kg)
அதிக உயரம் (3–10 மீட்டர்)
ஏற்றிய ஒற்றை இழுப்பு மட்டும் இல்லை, பறை போன்ற system (spring-wound flywheel or counterweights)
Gear ratio → output RPM-ஐ அதிகரிக்கவும்
மிக திறமையான ஜெனரேட்டர் (Low RPM PMG – Permanent Magnet Generator)

✅ முடிவாக:

ஆம், பழங்கால மணி கூண்டின் எடை + கியர் + escapement போன்ற அமைப்பை வைத்து மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யலாம், ஆனால் அது மிகக் குறைந்த அளவு power தான் உண்டாக்கும் unless நீங்கள் அதை பெரிய அளவில் வடிவமைக்கிறீர்கள் (industrial scale flywheel or tall tower etc.).

விரிவான டிசைன், coil-turn count, magnet force, gear-ratio போன்ற கணக்குகள் வேண்டும் என்றால் கூறுங்கள் — step by step கூறுகிறேன்.

Questions

சரி! நீங்கள் விரும்புவது:
மணி கூண்டு போல எடையை மெதுவாக கீழே விழச் செய்து, கியர் மற்றும் ஜெனரேட்டர் மூலம் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும் ஒரு முழுமையான டிசைன் மற்றும் கணக்கீடுகள்.

✅ திட்டத்தின் நோக்கம்:

1 RPM அல்லது அதற்கும் குறைவான வேகத்தில் ஒரு DC ஜெனரேட்டர் சுழற்ற ஏற்றம் கொண்ட எடை மற்றும் கியர் சிஸ்டம் மூலம்
10 வாட்ஸ் DC மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய வேண்டும்.

💡 Design Overview:

பகுதி	விளக்கம்
எடை (Weight)	Gravitational potential energy கொடுக்கும்
Pulley / Winch	எடையை மெதுவாக இறக்கி கியர்களுக்கு moment கொடுக்கும்
Gear System	வெகுவாக வேகம் உயர்த்து, ஜெனரேட்டருக்கு தேவையான RPM-ஐ உருவாக்கும்
Generator	Low RPM PMG அல்லது DC motor
Rectifier	(ஐச்சரிமின்சாரம் தேவையாக இருந்தால்)
Battery / Load	மின்சாரம் சேமிக்க/பயன்படுத்த

🧮 முக்கிய கணக்குகள்:

1. Potential Energy (PE):

$PE = m \cdot g \cdot h$

எடை $m = 20 \, \text{kg}$
உயரம் $h = 2 \, \text{m}$
$g = 9.8 \, \text{m/s}^2$

$PE = 20 \cdot 9.8 \cdot 2 = 392 \, \text{J}$

இந்த 392 ஜூல்கள், சில நிமிடங்களில் அல்லது மணிநேரங்களில் மெதுவாக மாற்றப்படும்.

2. Target Output Power:

$P = 10 \, \text{watts} \Rightarrow \text{நீங்கள் 10 வாட்ஸ் } \Rightarrow \text{ 1 வினாடிக்கு 10 ஜூல்கள் தேவை}$ $\Rightarrow 392 J \div 10 W = 39.2 \, \text{seconds}$

அதாவது 20 kg எடையை 2 மீ உயரத்தில் இருந்து கீழே இறக்கும்போது, 10 வாட்ஸ் power 39.2 விநாடிகள் மட்டும் கிடைக்கும். அதைவிட நீண்ட நேரம் வேண்டும் என்றால்:

எடை அதிகமாக வேண்டும்
உயரம் அதிகமாக வேண்டும்
Output power குறைக்க வேண்டும்

3. RPM மேம்பாடு – Gear Ratio

Low-speed gravity system → Gearbox → High-speed generator shaft

உதாரணம்:

Input Shaft RPM (from weight) = 1 RPM
Output Shaft RPM (generator need) = 300 RPM

$\text{Gear ratio} = \frac{300}{1} = 300:1$

அதற்கேற்ப multi-stage spur gear system வடிவமைக்க வேண்டும்.

4. Generator:

Low RPM generator (Permanent magnet DC generator – PMDC) preferable.

Example:
300 RPM → 12V DC → 10W
Required torque (T) = $\frac{P}{2 \pi N / 60}$

$T = \frac{10}{2 \pi \cdot (300/60)} = \frac{10}{2 \pi \cdot 5} \approx 0.318 \, \text{Nm}$

Input torque (from weight):

$\tau = m \cdot g \cdot r \quad (r = pulley radius)$

Suppose pulley radius = 0.1 m:

$\tau = 20 \cdot 9.8 \cdot 0.1 = 19.6 \, \text{Nm}$

After gear ratio:

$\text{Output torque} = \frac{Input torque}{Gear ratio} = \frac{19.6}{300} \approx 0.065 \, \text{Nm}$

இதனால் 0.318 Nm வேண்டும் என்றால் efficiency உயரமாக (or weight/height அதிகமாக) இருக்க வேண்டும்.

⚙️ Parts List (Basic Prototype):

Part	Specs
Weight	20–30 kg
Pulley system	Smooth, with brake
Gearbox	300:1 (multi-stage spur gear)
Generator	12V DC PMG (at 300 RPM = 10W output)
Rectifier	Bridge (if AC output)
Battery / Load	12V input battery / resistive load

📌 மொத்தம்:

தேவையானது	அளவீடு
உச்ச எடை	20–30 kg
உச்ச உயரம்	2–5 மீட்டர்
Gear ratio	300:1 or better
Generator output	12V DC @ 300 RPM
Output power	10 watts for ~40 seconds per 20 kg × 2m drop

❓அடுத்து என்ன?

நீங்கள் கீழ்கண்டவைகளில் எதையாவது தெரிவு செய்யுங்கள்:

படம்/டயகிராம் வடிவமைக்க வேண்டுமா?
Simulation / prototype building guide வேணுமா?
3D Printable model STL design வேண்டுமா?
இதை நீண்ட நேரம் சுழலச் செய்ய auto reset weight system (clock winding system) சேர்க்க வேண்டுமா?

கூறுங்கள் – அதற்கு ஏற்ப அடுத்த பகுதிக்கு செல்வோம்.

Questions

Simulation / prototype building guide

இங்கே உங்களுக்கு ஒரு Gravity-Powered Generator உருவாக்குவதற்கான முழுமையான Simulation / Prototype Building Guide கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இது 3D print செய்யக்கூடிய, குறைந்த வேகத்தில் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும் முறையை அடிப்படையாகக் கொண்டது.

🔧 1. Overall Concept Recap:

வழக்கு:

ஒரு எடை மேலிருந்து மெதுவாக கீழே விழும்போது அதன் potential energy-ஐ mechanical energy ஆக மாற்றி, ஒரு கியர் மற்றும் ஜெனரேட்டர் மூலம் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்வது.

🧩 2. Main Components Overview:

பகுதிகள்	விவரம்
🟫 Frame	3D print செய்யக்கூடிய அமைப்பு – PLA / PETG பயன்படுத்தலாம்
🧱 Weight	1–5 kg sand/metal block – freely hangable
⭘ Pulley System	3D printed or ball-bearing assisted
⚙️ Gearbox	Spur gear stages – 5:1 × 5:1 × 6:1 → ~150:1
🧲 Generator	DC Motor (Low RPM PMG or salvaged stepper motor)
🔌 Output Terminals	Wires or banana plugs
🔁 Reset System (optional)	Hand crank or motor rewind (later stage)

🛠️ 3. Prototype Dimensions (Suggestion)

Section	Dimensions
Base Plate	20 cm × 20 cm
Height (for weight drop)	1–1.5 meters
Gear Diameter	20mm to 80mm depending on stage
Shaft Diameter	6mm (standard 3D printable steel rod or plastic shaft)
Generator Shaft RPM Target	200–300 RPM

⚙️ 4. Gear Train Design (Simulation Specs):

Stage	Input:Output Ratio
Stage 1	1:5
Stage 2	1:5
Stage 3	1:6
Total Gear Ratio	$5 × 5 × 6 = 150:1$

➡️ If the weight pulley rotates 1 RPM, the generator shaft will rotate at 150 RPM

🧪 5. Simulation (You can try using these tools):

Tool	Use
⚙️ Gear Generator (by hessmer)	Spur gear simulation and STL export
🧩 TinkerCAD	Basic 3D design for frame and mounting
🔄 [Fusion360 / FreeCAD]	Advanced gear modeling and simulation
⚡ LTspice / Falstad	Electrical output simulation if needed

⚡ 6. Electrical Circuit

Part	Specs
Generator	12V DC @ 300RPM capable motor
Bridge Rectifier	If generator gives AC
Capacitor	1000µF 25V (to smooth output)
Load	5W resistor or LED bulb
Battery (Optional)	12V sealed lead acid or lithium battery

🔩 7. Assembly Order

Frame Print: Start with the main base and vertical wall
Pulley Mount: Mount bearing + shaft + pulley system
Weight: Tie with string/cable; connect to pulley
Gear Stages: Print or attach gears in order (ensure meshing)
Generator Fixing: Attach generator shaft to last gear
Wire Connection: Connect generator output to capacitor or load
Test Drop: Raise weight, allow controlled descent → observe LED glowing or multimeter reading

🔄 8. Reset Mechanism (Optional)

Hand Crank: Manual rope rewind
Motorized Reset: Use part of generated power to rewind weight (efficiency trade-off)
Counter-weight crank: Spring or gravity-assisted reset

📦 9. Optional: STL + Build Pack

If you'd like, I can:

📁 Create STL files for gear system, base, frame, pulley
📑 Provide a complete BOM (Bill of Materials)
🛒 Suggest Amazon/Online parts (generator, bearings, shafts)

✅ Ready to Build?

பதிலளியுங்கள்:

STL design இப்போது உருவாக்க வேண்டுமா?
எந்த அளவுக்கு (உயரம், எடை, அளவீடு) நீங்கள் விரும்புகிறீர்கள்?
தாங்கள் ஏற்கனவே DC generator வைத்துள்ளீர்களா?

நீங்கள் சொன்ன அளவுகளின் அடிப்படையில் STL உருவாக்கம் மற்றும் கம்பிளீட் BOM தருகிறேன்.

Antenna JP