论文结合国家科技支撑计划课题“大型露天矿自移式破碎机半连续成套装备研制”（2012AA062002）对大型旋回破碎机的腔形优化设计问题进行深入研究，包括破碎理论分析、破碎机性能分析、腔形优化设计以及基于EDEM软件的离散元仿真验证四个主要部分。在查阅国内外相关文献的基础上，本文首先对国内外旋回破碎机研究与发展的历程与现状进行了综述并介绍了旋回破碎机的基本工作原理和结构。在此基础上总结了旋回破碎机的性能优势以及国内外主要机型的特点。进一步，对破碎机腔形设计理论的国内外研究现状和离散元方法在大型旋回破碎机腔形设计方面的应用进行了综述。基于料层破碎理论，本文针对赤铁矿石材料，给出了破碎函数、选择函数与破碎力分布函数；根据对动锥的运动学分析，提出了合理动锥转速范围的计算方法和破碎层位置的迭代计算方法，得到了堵塞层的速度分布情况；结合给料粒度和破碎层信息，计算得到了各破碎层的粒度分布情况和破碎力分布情况，在此基础上计算了堵塞层的出料粒度和理论生产率，并进一步计算得到实际生产率。针对出料粒度、理论生产率和破碎力分布这三个性能指标，分析了动锥运动参数对其产生的影响并据此以实际生产率作为目标函数，对定锥角、动锥角、进动角和转速这四个参数进行了优化设计以得到满足出料粒度要求、碰撞次数要求和几何约束条件的最佳旋回破碎机腔形。针对优化前后旋回破碎机腔形的破碎性能使用EDEM软件进行仿真计算。利用颗粒替换技术模拟实际矿石颗粒对破碎腔内的颗粒破碎行为进行仿真分析，计算结果能够说明理论计算方法的正确性同时证明了优化后腔形的破碎性能比优化前腔形有所提高。本文针对赤铁矿石建立的破碎出料粒度分布函数、结合给料粒度和进动角提出的合理转速范围确定方法以及基于动锥运动学分析得到的破碎层迭代计算方法对旋回破碎机腔形设计具有一定的学术意义，对于旋回破碎机腔形优化具有重要的工程实用价值。文中采用的基于离散元软件EDEM的仿真试验方法为旋回破碎机破碎效果的预测提供了参考。