在外力作用下将物料由大颗粒状态变成小颗粒状态的过程称为破碎。对采矿、冶金和化工等诸多行业而言,原材料或产品的破碎是行业的基础性工作,破碎过程及产品质量常常对后续生产工艺流程产生重要的影响。作为重要的破碎设备之一,旋回破碎机被广泛应用于物料的粗碎过程。然而目前对旋回破碎机的研究大多以提高其某单一性能水平为目的,不能同时改善设备的生产能力、产品质量、材料磨损等综合能力。破碎腔是旋回破碎机的关键部件,其主要结构参数对整机的生产能力、能耗、产品质量等性能指标有着举足轻重的影响,因此对旋回破碎机的腔型进行深入研究和合理设计是提高破碎设备性能的有效途径。针对上述情况,本文以旋回破碎机腔型为研究对象,基于层压破碎理论,结合离散元及有限元仿真分析方法和现代优化设计理论,对腔型进行优化设计及优化效果仿真验证。论文主要包括以下内容:对旋回破碎机的工作机理与运动特性进行了深入分析。根据矿石颗粒的运动特性,确定了破碎机的临界转速和三种不同的运动方式,对每种运动方式下的颗粒运动学和动力学深入研究,得到物料颗粒的运动学参数,根据旋回破碎机的工作特点,确定以层压破碎理论为研究基础,并建立了破碎力分布模型。建立了旋回破碎机主要性能参数模型。根据目标旋回破碎机参数对其破碎层进行划分,并以此为基础结合层压破碎理论,对破碎机的生产率、产品粒度分布、动锥挤压磨损等关键性能参数建立了数学模型,计算结果说明了数学模型的准确性。建立了目标破碎机的仿真计算模型。根据旋回破碎机实际结构参数以及AbT10破碎理论,建立了破碎过程的离散元仿真模型,模拟了物料颗粒的真实破碎过程;并结合有限元分析方法对性能参数进行计算,结果说明了仿真计算模型的准确性。建立了多目标优化数学模型并进行仿真验证。在考虑到各性能参数之间的关系的基础上建立了以生产率、产品粒度分布、动锥衬板相对磨损系数为优化目标,以旋回破碎机相关结构参数为设计变量的多目标优化数学模型,腔型优化后的破碎机生产率较之前增高了24.2%,小于150mm粒度的产品颗粒比例增高了15.38%,相对磨损系数减小了2.29%,有效功率提高了10.7%。