环锭纺是用于生产高品质纱线的重要手段,相较于转杯纺、喷气纺及涡流纺等新型纺纱技术,环锭纺纱产出的纱线质量好,但生产效率低。制约细纱机产能的主要原因在于现有加捻机构中钢丝圈和钢领存在着不可避免的摩擦,当锭子转速过高时,加捻机构产生的摩擦会导致钢丝圈磨损严重,甚至烧毁纱线。近年来,将高温超导磁悬浮轴承作为环锭纺纱加捻元件的创新,为环锭细纱机的发展指明了新的方向。该装置使用永磁转子代替了原有加捻机构中的钢丝圈,将钢丝圈在钢领上的回转运动转为悬浮永磁转子在空气中的无摩擦自转,从而大幅提高细纱机的产能。要达到这一目的,主要有两个问题需要解决,一方面是在超导体冷却进入超导态的同时保证纱线品质不受液氮低温的影响,另一方面是保证高速转动的永磁加捻转子平稳运行。针对第一个问题,本文提出了一种将高温超导定子置于液氮低温恒温器中使之冷却的设计方案,设计了高温超导组件及低温恒温器的机械结构。既保证了纱线品质不受液氮低温影响,也防止了外界温度影响高温超导定子工作的稳定性。对于第二个问题,本文从两个方向研究了永磁转子的动态稳定性。一是悬浮系统自身的悬浮性能,从永磁体的分子电流假说出发,应用毕奥-萨伐尔定律和矢量叠加原理,建立了用完全椭圆积分形式表示的单块空心永磁环的磁场分布计算公式,并通过比较理论值、实测值和有限元仿真值,证实了所推导计算公式的准确性。超导体的电磁本构关系采用幂指数模型,运用H法建立了磁悬浮加捻系统的电磁场数值计算模型。在此基础上,给出了悬浮刚度随永磁转子外径、永磁转子厚度和场冷高度的变化规律,初步确定了相关的磁悬浮参数。二是加捻时气圈纱曲线的张力以及气圈共振对永磁转子造成的干扰。本文通过变分法和微分法两种方法求解了气圈形态和纱线张力。除了以往常用的微分法,本文还利用哈密顿原理建立了气圈纱曲线的变分方程,利用Bezier函数作为气圈纱曲线的逼近曲线,利用伽辽金法逐次线性化方程得到了稳态气圈纱曲线的半解析解,并与相关文献及变分法得到的结果进行了对比。搭建了双目立体视觉系统,通过BM算法在Open CV-Python中提取了气圈纱曲线的空间坐标。着重研究了气圈纱曲线对PM环所施加的径向张力,分析了影响径向纱线张力的关键因素。通过伽辽金法消除非线性位移项,将纱线运动方程线性化。计算了气圈纱曲线在不同工况下的振型和固有频率,与现有文献的结果进行了比较。设计了验证气圈固有频率的试验装置,令扰动频率与理论预测的固有频率重合,用频闪仪配合数码相机拍摄纺纱气圈在这些扰动频率下的照片,以此验证理论预测的气圈固有频率的准确性。