轴承作为现代机械设备的“关节”,在国民经济建设中有着举足轻重的地位。轴承滚动体是轴承中最核心的零部件,其制造质量直接决定轴承运行性能。而钢球作为最常用的一种轴承滚动体,对其检测水平的提升能促进轴承行业的快速发展。作为钢球加工生产的首道工序,冷镦成型至关重要,必须使用有效手段加以监控。冷镦力的信号特征可以反映钢球冷镦机的生产状态,但目前所使用的测力传感器存在一定的局限性,不能完全满足冷镦力测量中对重载、高动态和三维力测量的要求。因此,展开了钢球冷镦成型用支撑式PVDF三维力传感器的研究。首先,建立了钢球冷镦机上模的运动规律数学模型,利用DEFORM仿真软件对钢球冷镦过程进行计算和分析,获得了冷镦成型过程中冷镦机底模的实时载荷信号,发现了底模载荷的内在变化规律,证明了通过提取底模载荷信号来监测钢球冷镦成型质量的可行性。其次,针对钢球冷镦成型过程中的底模载荷信号的特点,对比了不同压电材料的特性,选取了适合的力敏元件。结合PVDF压电薄膜三维力测量原理、力敏元件布局分析、传感器并联分载原理和PVDF压电薄膜面域分割技术,运用理论分析和ANSYS仿真分析相结合的方法,完成了钢球冷镦成型用支撑式PVDF三维力传感器的方案设计。再次,基于机理建模法,建立了PVDF压电薄膜三维力传感器的静动力学数学模型,得出了传感器力电转换效率、电荷灵敏度和固有频率计算公式。运用MATLAB软件计算分析后得出了传感器各结构参数对其静动态性能的影响规律,根据该规律确定了传感器的外形尺寸。最后,运用ANSYS软件进行传感器静力学仿真分析,得到了传感器在三维力作用下的输入与输出之间的关系曲线和电荷灵敏度;对传感器进行模态分析后得到了传感器的固有频率。向满足设计要求的PVDF三维力传感器施加任一三维力,发现该传感器的实际输入载荷与解耦计算得到输出载荷保持高度一致。