回转窑是对固体物料进行机械、物理或化学处理的超大型筒体设备，在建材、冶金、化工等行业广泛使用。回转窑运行时工况复杂，在运行过程中筒体轴线会偏离理论轴线，导致各部件受力不均，各运动部件磨损加剧、寿命缩短，进而引发一系列问题。因此，回转窑要根据轴线测量结果按一定的方法进行轴线调整，使回转窑各部件受力均衡，同时各部件剩余寿命尽可能相等，使回转窑设备处于更好的工作状态，以此来实现设备的运行健康维护。回转窑是一个复杂的有机整体，其优化设计是多目标优化问题，在设计中需要综合考虑各个目标对设备的影响。本文首先以回转窑整体模型为目标，充分考虑了耐火砖的保温作用和对总体结构的影响，同时把物料的动态安息角添加到了模型中，接着对滚圈、托轮、托轮轴和筒体进行热力耦合场分析。在上述有限元分析的基础上，同时在回转窑满足各部件受力均衡及筒体轴线平直的前提下，以各档位之间的间距、滚圈变形的初始值、调窑量和支承角为设计变量，通过最优拉丁超立方设计，做出统计评价，寻找到最优参数。在此基础上通过计算数据建立二次多项式响应面模型，通过响应面分析图，局部效应图和Pareto图得出回转窑变形的初始值、调窑量、各档间距和支承角各因子对结果的影响程度的大小，同时得到托轮在垂直和水平方向受力响应面模型的数学表达式。利用上述表达式以滚圈、托轮、托轮轴的剩余寿命相等作为目标函数，对各档滚圈与托轮的支承角进行优化。在优化过程中，通过Matlab软件编写出回转窑各部件剩余寿命的计算程序，然后将该程序集成到Isight优化软件中，采用模拟退火算法，经过迭代循环，直至计算结果收敛，寻找各档支承角的最优解，计算出滚圈、托轮、托轮轴的剩余寿命值。最后，将模型调整到滚圈最佳间距和各档位最佳支承角，对优化结果进行验算。通过优化前后的数据对比，分析出经过调窑后筒体直线度有所改善，滚圈的平均寿命有一定的提高，在滚圈寿命提高的同时，各目标的寿命值更加均衡，优化结果同时达到了等载同轴与等寿命优化的目的。