一種多功能開瓶器設計＊

董 浩 ， 李 楊

(安徽三聯(lián)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(nèi)保證產(chǎn)品的品質(zhì)，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(jīng)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(diào)，數(shù)量有限，沒有得到大量的推廣與應用[2]。隨著經(jīng)濟和科學技術的迅速發(fā)展，人們的生活品質(zhì)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(xiàn)的開瓶器看上去種類繁多，但實際上只體現(xiàn)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(shù)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(shù)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(guī)定尺寸是半徑為1.5mm，把手的規(guī)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(jīng)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(xiàn)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(chǎn)工藝方面也比較容易實現(xiàn)。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(fā)生變形或斷裂而導致開瓶器報廢，這種現(xiàn)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(xiàn)的螺紋，通常情況下螺紋段尺寸為螺旋節(jié)距5mm。杠桿式開瓶器所具的特點是需要將螺旋桿轉(zhuǎn)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(xù)出現(xiàn)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(nèi)，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(nèi)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(nèi)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(tǒng)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(zhuǎn)時提供一個支點；螺旋轉(zhuǎn)頭的作用與傳統(tǒng)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(tài)，工作過程是將螺旋鉆頭旋轉(zhuǎn)插入木塞內(nèi)，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(xiàn)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(tài)，工作前需將把手固定器拆掉，左右兩把手向后方旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(tài)

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(xiàn)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(shù)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(xiàn)，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(fā)的新產(chǎn)業(yè)。