董 浩 ， 李 楊

(安徽三聯(lián)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)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(zhǎng)的時(shí)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(kāi)啟時(shí)較為費(fèi)力，尤其對(duì)于啤酒、碳酸飲料等壓力式瓶蓋，不正確的開(kāi)啟方式可能會(huì)造成一定的危險(xiǎn)。因此，開(kāi)瓶器應(yīng)運(yùn)而生。日常生活中開(kāi)瓶器是一種經(jīng)常被使用的工具，早期由于技術(shù)工藝水平的限制導(dǎo)致開(kāi)瓶器造型比較單調(diào)，數(shù)量有限，沒(méi)有得到大量的推廣與應(yīng)用[2]。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們的生活品質(zhì)也得到了提升，對(duì)開(kāi)瓶器的形狀及功能要求也越來(lái)越高。目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)的開(kāi)瓶器看上去種類(lèi)繁多，但實(shí)際上只體現(xiàn)在外觀上，許多開(kāi)瓶器的設(shè)計(jì)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(kāi)瓶器僅能打開(kāi)一種形式的瓶塞，功能比較單一，導(dǎo)致使用效率不高，有的僅能開(kāi)啟啤酒、罐頭、飲料等壓力式或壓蓋式瓶蓋，有的僅能開(kāi)啟紅酒等瓶塞。單一功能的開(kāi)瓶器依然不能滿(mǎn)足人們的日常需求，所以設(shè)計(jì)一款多功能的開(kāi)瓶器很有必要。

1 開(kāi)瓶器的參數(shù)及開(kāi)瓶原理

1.1 飲料開(kāi)瓶器

飲料開(kāi)瓶器的材料普遍是剛性塑料和金屬，并且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通常由把手和開(kāi)瓶齒口等部件構(gòu)成。一般情況下，開(kāi)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(kāi)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(yīng)用到開(kāi)瓶器的設(shè)計(jì)中，即是利用一定程度的硬性撬棍，在力和支點(diǎn)的作用下，撬開(kāi)瓶蓋，而這個(gè)撬棍就是所謂的杠桿。杠桿的平衡條件為：動(dòng)力臂×動(dòng)力=阻力臂×阻力。為了在開(kāi)啟瓶蓋時(shí)較為省力，一般把開(kāi)瓶器設(shè)計(jì)成省力杠桿，即動(dòng)力臂大于阻力臂，以實(shí)現(xiàn)用較小的力即可撬開(kāi)瓶蓋[5]。

飲料開(kāi)瓶器所利用的杠桿原理比較簡(jiǎn)單，在制造及生產(chǎn)工藝方面也比較容易實(shí)現(xiàn)。而使用杠桿原理所帶來(lái)的弊端也不能忽視，因?yàn)辇X口作為開(kāi)瓶器杠桿原理中的受力點(diǎn)，在開(kāi)啟的整個(gè)過(guò)程中承受的作用力較大，而且一般此類(lèi)開(kāi)瓶器的齒口結(jié)構(gòu)尺寸較小，開(kāi)啟力較大或者日常長(zhǎng)期使用后開(kāi)瓶器的齒口難免會(huì)發(fā)生變形或斷裂而導(dǎo)致開(kāi)瓶器報(bào)廢，這種現(xiàn)象在日常生活中確實(shí)比較常見(jiàn)。

1.2 瓶塞開(kāi)瓶器

瓶塞開(kāi)瓶器通常造型美觀，所以其還具有一定的收藏價(jià)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(kāi)瓶器在結(jié)構(gòu)上通常是由把手、長(zhǎng)腿、短腿等組成。瓶塞開(kāi)瓶器組成的關(guān)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(kāi)瓶器所具的特點(diǎn)是需要將螺旋桿轉(zhuǎn)入軟木塞中，同時(shí)需要用力按下兩邊的硬桿，通過(guò)外力拉動(dòng)螺絲頭從而將軟木塞取出，其技術(shù)要點(diǎn)是如何在拉出木塞時(shí)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(kāi)瓶器，這些開(kāi)瓶器的特點(diǎn)是使用方式簡(jiǎn)單，位置的占用空間較小，但成本較高[7]。其中，氣壓式開(kāi)瓶器的特點(diǎn)是一個(gè)充滿(mǎn)二氧化碳的小罐子，其頂部有一個(gè)中空狀的小針，使用過(guò)程中首先將針插入瓶塞，然后將二氧化碳輕輕按壓排入瓶?jī)?nèi)，瓶塞被緩慢的擠出瓶口。電氣式開(kāi)瓶器的特點(diǎn)是外形像槍?zhuān)谄漕^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(kāi)關(guān)就可以輕易抽出瓶塞。

1.3 罐頭開(kāi)瓶器

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

2 多功能開(kāi)瓶器設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)以上傳統(tǒng)的開(kāi)瓶器的特點(diǎn)及原理進(jìn)行分析后，本次設(shè)計(jì)的多功能開(kāi)瓶器綜合利用了兩個(gè)原理，分別是杠桿原理以及摩擦原理。方案設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1所示。該開(kāi)瓶器不僅能夠打開(kāi)紅酒瓶塞和飲料、啤酒蓋，還具備打開(kāi)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(shè)計(jì)圖

此方案由6個(gè)零件組成，分別是2個(gè)固定板、1個(gè)螺旋鉆頭、2個(gè)把手、1個(gè)把手固定器。各組成零件的結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(dāng)開(kāi)啟類(lèi)似啤酒蓋的瓶蓋時(shí)作為力臂桿和支點(diǎn)；把手固定器的作用是為該側(cè)的把手旋轉(zhuǎn)時(shí)提供一個(gè)支點(diǎn)；螺旋轉(zhuǎn)頭的作用與傳統(tǒng)紅酒開(kāi)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(kāi)瓶器使用示范及工作原理

1）開(kāi)啟紅酒瓶。圖6所示是取出紅酒瓶塞時(shí)的狀態(tài)，工作過(guò)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(diǎn)，將左把手作為桿臂，外力向上拉，可實(shí)現(xiàn)瓶塞與瓶口分離。

2）開(kāi)啟瓶蓋。圖7所示是擰開(kāi)瓶蓋時(shí)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(gè)把手的弧形部位夾住瓶蓋并握緊把手進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，利用把手與瓶蓋之間的摩擦力扭開(kāi)瓶蓋。

圖7 開(kāi)啟瓶蓋時(shí)工作狀態(tài)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了市面上已有的多款開(kāi)瓶器的使用方法及工作原理，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種多功能開(kāi)瓶器，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)飲料、開(kāi)罐、開(kāi)紅酒等。該開(kāi)瓶器比已有的開(kāi)瓶器結(jié)構(gòu)變化明顯，操作簡(jiǎn)單，功能更加完善，解決了大多數(shù)開(kāi)瓶器使用效率不高的問(wèn)題。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，未來(lái)還會(huì)有更多類(lèi)型的瓶蓋出現(xiàn)，對(duì)開(kāi)瓶器的功能要求也會(huì)越來(lái)越高，開(kāi)瓶器是我國(guó)有待開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)業(yè)。