圆锥破碎机是矿山破磨设备中的关键设备之一,主要应用于矿石的中、细碎阶段。随着对破碎产品生产效率和质量要求的不断提高,对圆锥破碎机的性能要求也越来越高。当下主流使用的圆锥破碎机常见问题是破碎腔内衬板使用寿命较短、结构参数与腔型匹配性差、生产率的理论计算不准确等。因此本文以圆锥破碎机为研究对象,基于岩石破碎理论,对圆锥破碎机进行运动学与动力学分析;通过理论计算研究与离散元法仿真验证结合的方法,改进了圆锥破碎机传统生产率计算方法;建立了动定锥腔型曲线的数学模型,通过MATLAB数值模拟使得腔型曲线与圆锥破碎机结构参数和性能参数达到最优匹配,;最后结合试验测得矿石力学特性,利用EDEM离散元仿真分析验证了设计方法的可靠性。本文首先对经典破碎理论与现代破碎理论进行了总结,并且对圆锥破碎机的运动学与动力学特性进行了分析与研究,总结了相关偏心部件的惯性力矩和惯性力的计算方法,并且基于圆锥破碎机两种平衡状态,得到了应该用大配重块来平衡惯性力矩的结论。其次对圆锥破碎机的动定锥、传动系统和主轴结构等主要结构进行了三维建模分析,给出了相关结构参数的设计计算方法,并对圆锥破碎机的性能参数进行了理论推导与计算,结合物料在破碎腔内运动状态,给出了动锥最合适摆速的计算推导过程,计算出了堵塞层物料量,改进了现有生产率数学模型的计算方法,提出了动锥和定锥曲线的数学模型,然后为了使其腔型与最佳工作参数相匹配,建立了腔型结构参数的优化数学模型,并通过MATLAB求解得到了优化后的结构参数,通过建立的动定锥数学模型与优化后结构参数确定最终腔型,为下一步仿真验证提供了理论模型基础。最后对散体矿石物料建模理论进行了探究与分析,结合矿石物理力学特性实验,建立了散体铁矿石物料的离散元仿真模型,对新腔型下的圆锥破碎机进行了离散元仿真分析,包括不同技术参数对破碎质量的影响,通过分析优化前后衬板在物料破碎过程中受到的最大单位破碎力,优化前最大值达到了约160Mpa,优化后达到最大值约150Mpa,本次采用的物料铁矿石,其最大抗压强度在148Mpa左右,因此证明了优化后腔型可以有效的降低破碎机的能耗,有效延长破碎机衬板的使用寿命。通过对比分析优化前后的产品粒度曲线,可知采用优化后腔型所得到的破碎产品质量较优化前有了一定程度的提高,证明了该优化设计方法的可靠性。