一种多功能开瓶器设计＊

董 浩 ， 李 杨

(安徽三联学院机械工程学院，安徽 合肥 230000)

作为商品流通的饮料、酒等大多是装在密闭的瓶子里，为了能在较长的时间内保证产品的品质，瓶口需要使用密封的瓶盖。这些瓶盖大多是压盖式或软木塞式，其中压盖式瓶盖外围呈波浪形，比如啤酒瓶、汽水瓶等；软木塞式瓶盖是从瓶口压入软木塞，比如红酒瓶[1]。密封的瓶盖开启时较为费力，尤其对于啤酒、碳酸饮料等压力式瓶盖，不正确的开启方式可能会造成一定的危险。因此，开瓶器应运而生。日常生活中开瓶器是一种经常被使用的工具，早期由于技术工艺水平的限制导致开瓶器造型比较单调，数量有限，没有得到大量的推广与应用[2]。随着经济和科学技术的迅速发展，人们的生活品质也得到了提升，对开瓶器的形状及功能要求也越来越高。目前，市场上出现的开瓶器看上去种类繁多，但实际上只体现在外观上，许多开瓶器的设计比较注重外观，而忽略了其使用功能[3]。目前市面上的大多数开瓶器仅能打开一种形式的瓶塞，功能比较单一，导致使用效率不高，有的仅能开启啤酒、罐头、饮料等压力式或压盖式瓶盖，有的仅能开启红酒等瓶塞。单一功能的开瓶器依然不能满足人们的日常需求，所以设计一款多功能的开瓶器很有必要。

1 开瓶器的参数及开瓶原理

1.1 饮料开瓶器

饮料开瓶器的材料普遍是刚性塑料和金属，并且结构比较简单，通常由把手和开瓶齿口等部件构成。一般情况下，开槽齿的规定尺寸是半径为1.5mm，把手的规定尺寸是5mm×8mm[4]。

饮料开瓶器的工作原理通常采用的是杠杆原理，杠杆原理曾经是阿基米德。杠杆定理应用到开瓶器的设计中，即是利用一定程度的硬性撬棍，在力和支点的作用下，撬开瓶盖，而这个撬棍就是所谓的杠杆。杠杆的平衡条件为：动力臂×动力=阻力臂×阻力。为了在开启瓶盖时较为省力，一般把开瓶器设计成省力杠杆，即动力臂大于阻力臂，以实现用较小的力即可撬开瓶盖[5]。

饮料开瓶器所利用的杠杆原理比较简单，在制造及生产工艺方面也比较容易实现。而使用杠杆原理所带来的弊端也不能忽视，因为齿口作为开瓶器杠杆原理中的受力点，在开启的整个过程中承受的作用力较大，而且一般此类开瓶器的齿口结构尺寸较小，开启力较大或者日常长期使用后开瓶器的齿口难免会发生变形或断裂而导致开瓶器报废，这种现象在日常生活中确实比较常见。

1.2 瓶塞开瓶器

瓶塞开瓶器通常造型美观，所以其还具有一定的收藏价值，不少人把其列为收藏品，使用的材料通常为一些高端的材料，比如不锈钢、明胶、铁、红木、皮革等[6]。瓶塞开瓶器在结构上通常是由把手、长腿、短腿等组成。瓶塞开瓶器组成的关键是其头部所呈现的螺纹，通常情况下螺纹段尺寸为螺旋节距5mm。杠杆式开瓶器所具的特点是需要将螺旋杆转入软木塞中，同时需要用力按下两边的硬杆，通过外力拉动螺丝头从而将软木塞取出，其技术要点是如何在拉出木塞时比较省力，因此，为了便于拉出木塞，又陆续出现了气压式和电气式瓶塞开瓶器，这些开瓶器的特点是使用方式简单，位置的占用空间较小，但成本较高[7]。其中，气压式开瓶器的特点是一个充满二氧化碳的小罐子，其顶部有一个中空状的小针，使用过程中首先将针插入瓶塞，然后将二氧化碳轻轻按压排入瓶内，瓶塞被缓慢的挤出瓶口。电气式开瓶器的特点是外形像枪，在其头部有螺旋状的旋杆，外部被透明的罩子罩住，内部安装电池后，只需要轻轻按压开关就可以轻易抽出瓶塞。

1.3 罐头开瓶器

罐头的瓶盖一般为金属制，并且表面比较光滑。罐头开瓶器的材料主要涉及不锈钢、塑胶等，结构组成包括把手和防滑胶圈。罐头开瓶器开启瓶盖是利用摩擦力，把手内侧的橡胶圈有助于增大开瓶器与瓶盖之间的摩擦力。

2 多功能开瓶器设计

2.1 方案设计

通过对以上传统的开瓶器的特点及原理进行分析后，本次设计的多功能开瓶器综合利用了两个原理，分别是杠杆原理以及摩擦原理。方案设计见图1所示。该开瓶器不仅能够打开红酒瓶塞和饮料、啤酒盖，还具备打开金属制表面光滑的瓶盖，比如罐头瓶盖、料酒瓶盖等。

图1 方案设计图

此方案由6个零件组成，分别是2个固定板、1个螺旋钻头、2个把手、1个把手固定器。各组成零件的结构见图2～图5。其中，固定架的作用是固定其他零件；把手的作用是当开启类似啤酒盖的瓶盖时作为力臂杆和支点；把手固定器的作用是为该侧的把手旋转时提供一个支点；螺旋转头的作用与传统红酒开瓶器的螺旋钻头相同。

图2 固定板

图3 螺旋钻头

图4 把手

图5 把手固定器

2.2 多功能开瓶器使用示范及工作原理

1）开启红酒瓶。图6所示是取出红酒瓶塞时的状态，工作过程是将螺旋钻头旋转插入木塞内，用右把手的齿口卡住瓶口将其作为杠杆的支点，将左把手作为杆臂，外力向上拉，可实现瓶塞与瓶口分离。

2）开启瓶盖。图7所示是拧开瓶盖时的工作状态，工作前需将把手固定器拆掉，左右两把手向后方旋转至合适位置，利用两个把手的弧形部位夹住瓶盖并握紧把手进行旋转，利用把手与瓶盖之间的摩擦力扭开瓶盖。

图7 开启瓶盖时工作状态

3 结束语

本文分析了市面上已有的多款开瓶器的使用方法及工作原理，并在此基础上设计了一种多功能开瓶器，可实现开饮料、开罐、开红酒等。该开瓶器比已有的开瓶器结构变化明显，操作简单，功能更加完善，解决了大多数开瓶器使用效率不高的问题。随着社会的不断进步，未来还会有更多类型的瓶盖出现，对开瓶器的功能要求也会越来越高，开瓶器是我国有待开发的新产业。