一種多功能開瓶器設計＊

董 浩 ， 李 楊

(安徽三聯學院機械工程學院，安徽 合肥 230000)

作為商品流通的飲料、酒等大多是裝在密閉的瓶子里，為了能在較長的時間內保證產品的品質，瓶口需要使用密封的瓶蓋。這些瓶蓋大多是壓蓋式或軟木塞式，其中壓蓋式瓶蓋外圍呈波浪形，比如啤酒瓶、汽水瓶等；軟木塞式瓶蓋是從瓶口壓入軟木塞，比如紅酒瓶[1]。密封的瓶蓋開啟時較為費力，尤其對于啤酒、碳酸飲料等壓力式瓶蓋，不正確的開啟方式可能會造成一定的危險。因此，開瓶器應運而生。日常生活中開瓶器是一種經常被使用的工具，早期由于技術工藝水平的限制導致開瓶器造型比較單調，數量有限，沒有得到大量的推廣與應用[2]。隨著經濟和科學技術的迅速發展，人們的生活品質也得到了提升，對開瓶器的形狀及功能要求也越來越高。目前，市場上出現的開瓶器看上去種類繁多，但實際上只體現在外觀上，許多開瓶器的設計比較注重外觀，而忽略了其使用功能[3]。目前市面上的大多數開瓶器僅能打開一種形式的瓶塞，功能比較單一，導致使用效率不高，有的僅能開啟啤酒、罐頭、飲料等壓力式或壓蓋式瓶蓋，有的僅能開啟紅酒等瓶塞。單一功能的開瓶器依然不能滿足人們的日常需求，所以設計一款多功能的開瓶器很有必要。

1 開瓶器的參數及開瓶原理

1.1 飲料開瓶器

飲料開瓶器的材料普遍是剛性塑料和金屬，并且結構比較簡單，通常由把手和開瓶齒口等部件構成。一般情況下，開槽齒的規定尺寸是半徑為1.5mm，把手的規定尺寸是5mm×8mm[4]。

飲料開瓶器的工作原理通常采用的是杠桿原理，杠桿原理曾經是阿基米德。杠桿定理應用到開瓶器的設計中，即是利用一定程度的硬性撬棍，在力和支點的作用下，撬開瓶蓋，而這個撬棍就是所謂的杠桿。杠桿的平衡條件為：動力臂×動力=阻力臂×阻力。為了在開啟瓶蓋時較為省力，一般把開瓶器設計成省力杠桿，即動力臂大于阻力臂，以實現用較小的力即可撬開瓶蓋[5]。

飲料開瓶器所利用的杠桿原理比較簡單，在制造及生產工藝方面也比較容易實現。而使用杠桿原理所帶來的弊端也不能忽視，因為齒口作為開瓶器杠桿原理中的受力點，在開啟的整個過程中承受的作用力較大，而且一般此類開瓶器的齒口結構尺寸較小，開啟力較大或者日常長期使用后開瓶器的齒口難免會發生變形或斷裂而導致開瓶器報廢，這種現象在日常生活中確實比較常見。

1.2 瓶塞開瓶器

瓶塞開瓶器通常造型美觀，所以其還具有一定的收藏價值，不少人把其列為收藏品，使用的材料通常為一些高端的材料，比如不銹鋼、明膠、鐵、紅木、皮革等[6]。瓶塞開瓶器在結構上通常是由把手、長腿、短腿等組成。瓶塞開瓶器組成的關鍵是其頭部所呈現的螺紋，通常情況下螺紋段尺寸為螺旋節距5mm。杠桿式開瓶器所具的特點是需要將螺旋桿轉入軟木塞中，同時需要用力按下兩邊的硬桿，通過外力拉動螺絲頭從而將軟木塞取出，其技術要點是如何在拉出木塞時比較省力，因此，為了便于拉出木塞，又陸續出現了氣壓式和電氣式瓶塞開瓶器，這些開瓶器的特點是使用方式簡單，位置的占用空間較小，但成本較高[7]。其中，氣壓式開瓶器的特點是一個充滿二氧化碳的小罐子，其頂部有一個中空狀的小針，使用過程中首先將針插入瓶塞，然后將二氧化碳輕輕按壓排入瓶內，瓶塞被緩慢的擠出瓶口。電氣式開瓶器的特點是外形像槍，在其頭部有螺旋狀的旋桿，外部被透明的罩子罩住，內部安裝電池后，只需要輕輕按壓開關就可以輕易抽出瓶塞。

1.3 罐頭開瓶器

罐頭的瓶蓋一般為金屬制，并且表面比較光滑。罐頭開瓶器的材料主要涉及不銹鋼、塑膠等，結構組成包括把手和防滑膠圈。罐頭開瓶器開啟瓶蓋是利用摩擦力，把手內側的橡膠圈有助于增大開瓶器與瓶蓋之間的摩擦力。

2 多功能開瓶器設計

2.1 方案設計

通過對以上傳統的開瓶器的特點及原理進行分析后，本次設計的多功能開瓶器綜合利用了兩個原理，分別是杠桿原理以及摩擦原理。方案設計見圖1所示。該開瓶器不僅能夠打開紅酒瓶塞和飲料、啤酒蓋，還具備打開金屬制表面光滑的瓶蓋，比如罐頭瓶蓋、料酒瓶蓋等。

圖1 方案設計圖

此方案由6個零件組成，分別是2個固定板、1個螺旋鉆頭、2個把手、1個把手固定器。各組成零件的結構見圖2～圖5。其中，固定架的作用是固定其他零件；把手的作用是當開啟類似啤酒蓋的瓶蓋時作為力臂桿和支點；把手固定器的作用是為該側的把手旋轉時提供一個支點；螺旋轉頭的作用與傳統紅酒開瓶器的螺旋鉆頭相同。

圖2 固定板

圖3 螺旋鉆頭

圖4 把手

圖5 把手固定器

2.2 多功能開瓶器使用示范及工作原理

1）開啟紅酒瓶。圖6所示是取出紅酒瓶塞時的狀態，工作過程是將螺旋鉆頭旋轉插入木塞內，用右把手的齒口卡住瓶口將其作為杠桿的支點，將左把手作為桿臂，外力向上拉，可實現瓶塞與瓶口分離。

2）開啟瓶蓋。圖7所示是擰開瓶蓋時的工作狀態，工作前需將把手固定器拆掉，左右兩把手向后方旋轉至合適位置，利用兩個把手的弧形部位夾住瓶蓋并握緊把手進行旋轉，利用把手與瓶蓋之間的摩擦力扭開瓶蓋。

圖7 開啟瓶蓋時工作狀態

3 結束語

本文分析了市面上已有的多款開瓶器的使用方法及工作原理，并在此基礎上設計了一種多功能開瓶器，可實現開飲料、開罐、開紅酒等。該開瓶器比已有的開瓶器結構變化明顯，操作簡單，功能更加完善，解決了大多數開瓶器使用效率不高的問題。隨著社會的不斷進步，未來還會有更多類型的瓶蓋出現，對開瓶器的功能要求也會越來越高，開瓶器是我國有待開發的新產業。