本文针对大型工业回转窑的支撑系统(托轮、轮带和挡轮)的力学行为和断裂失效问题展开理论分析与数值仿真，获得若干有意义的结果。 全面研究回转窑支撑系统载荷及各组件之间的相互关系，根据力平衡研究了托轮和轮带相依滚动与轴向窜动的二维复合摩擦运动规律，建立了摩擦载荷与系数计算模型。从赫兹理论出发，分析了托轮和轮带在中心线平行与歪斜两种工况下的接触压力分布，计算出最大接触压力比与托轮歪斜角度的定量关系。 针对轮带的结构和运行特点，推导出轮带内壁受简体的压力载荷解析公式。应用ANSYS软件对托轮及其轮轴和轮带的应力与变形分别进行有限元仿真，结果表明，最大峰值应力发生在托轮和轮带的接触区表面，在动态回转周期应力作用下，托轮和轮带接触表面容易发生压溃、剥落和点蚀失效；托轮轴孔与轴的配合部位也有较高应力集中，可解释托轮轮幅与轴孔开裂的破坏现象。摩擦力对变形和应力影响很小，可忽略不计，证明了在工程分析中轮带取1/4简化模型的合理性。进一步研究了地基沉降对支承组件的载荷与强度安全的影响，得出了沉降的安全允许范围。 针对发生断裂失效的液压挡轮部件，进行了应力强度、疲劳寿命分析与优化设计。通过断口形貌分析和金相实验，得出失效机理为疲劳断裂的定性结论。利用ANSYS计算出挡轮应力和变形。在确定交变应力幅值及裂纹尖端应力强度因子的基础上，利用Paris公式预算了含缺陷挡轮的疲劳寿命。在选材及造型设计上提出了改进方案，将脆性材料铸钢替换为塑性材料锻件，通过计算挡轮轮辐减重孔直径不同时的等效应力分布获得减重孔直径的最优设计方案，并预算了改进后挡轮的疲劳寿命，从而在强度及韧性上均达到最优。设计长期交变应力状态下的工件必须兼顾材料的强度、韧性及其造型优化，这一结论对各类动态承载机械零部件的设计均具有参考价值。 上述结果对回转窑支撑系统的检修、设计和窑线调整具有实际参考价值。