本文通过对纱线的运动和动力学分析,推导出两种条件下的气圈形态微分方程,一种是无空气阻力的,另一种是有空气阻力的。然后分别对这两组微分方程进行求解。在对无空气阻力的气圈微分方程的求解过程中,选定了四组不同的参数对方程进行求解,分别是钢丝圈转速、纱线密度、气圈高度以及导纱钩处的纱线张力。比较这四种参数对气圈形态的影响,同时根据气圈形态曲线图和纱线张力曲线图,对不同形态的气圈曲线进行分类,并总结出气圈形态随纱线张力的变化规律,提出了一些特定工作条件下满足正常气圈形态所需的相关参数,这些参数具有一定的实用价值。在对有空气阻力的微分方程的求解过程中,采用有限差分法进行求解,通过绘制气圈形态曲线在水平面里的投影图,比较了不同纱线参数和机械参数下,气圈形态受空气阻力的影响情况;比较了无空气阻力气圈和有空气阻力气圈在形态上的区别,并分析了其中原因。利用气圈形态方程的求解结果,把纱线在钢丝圈处的纱线张力以及切入角两个参数作为钢丝圈动平衡分析的输入参数,通过钢丝圈的动平衡方程,获得了特定气圈形态下的钢丝圈质量。在钢丝圈动平衡分析的基础上,对给定气圈形态下的钢丝圈进行了结构分析。通过采用ANSYS提供的层合单元Solid46较好地模拟钢丝圈的层合结构,得到钢丝圈的应力分布规律;分析了特定载荷下层间应力的分布情况。通过比较单一材料和复合材料钢丝圈的拉应力和剪应力分布图,明确了应力梯度是造成钢丝圈层间应力集中的原因,同时确定了应力集中区域。