超细材料（Ultrafine material）及纳米材料（Nano-material）在冶金、化工、生命工程等领域有着广泛的应用，高能球磨机（High-energy ball mill, HEBM）作为机械制备或机械合金化制备微/纳米材料的重要设备，一直是国内外学术界和业界的研究热点。由于球磨罐内部磨球动力学参数和物料破碎行为的复杂性以及不同时期科学研究手段的局限，目前，国内外关于高能球磨机的结构设计参数、实验条件和球磨效率之间的关系尚不清晰。通过对高能球磨机进行结构优化和实验方案改进提高球磨效率，具有重要的理论和工程应用意义。本论文以一种新型的摆动式高能球磨机为研究对象，对其整机振动特性，球磨性能进行分析，基于磨球运动确定摆动式球磨机的最佳工况，并提出一种改良的球磨罐形状。建立摆动式球磨机的单自由度振动模型，水平方向的三自由度振动模型，竖直方向的三自由度振动模型和模态分析仿真模型。分析摆动式球磨机整机的振动特性和悬臂摆动过程中的动力学性能。建立悬臂摆动过程的动力学模型，并对其进动现象进行分析。分析结果为摆动式球磨机的性能分析和优化设计提供依据。分析摆动式球磨机磨球间碰撞过程，建立摆动式球磨机和行星式球磨机动力学仿真模型，从球磨罐运动形式和磨球间的碰撞能量角度对摆动式和行星式球磨机的性能进行对比分析，并采用摆动式球磨机和现有的实验用行星式球磨机分别进行了机械合金化制备Ti₃AlC₂实验，仿真结果和实验结果表明：摆动式球磨机的球磨效率高。基于磨球运动对摆动式球磨机进行分析，以球磨效率与磨球动力学的关系为基础，研究了球磨机转速、磨球数量、磨球直径、球磨罐形状、球磨罐体积对摆动式球磨机球磨效率的影响，得出优化的球磨过程工艺参数后，提出一种改良的球磨罐形状。