丝杠传动是主流的直线传动方式
　　丝杠传动基本原理：螺杆作为主动旋转体时，螺母会随螺杆的转动角度按照对应规格的导程将螺杆的旋转运动转化成直线运动。
　　丝杠的分类：按其摩擦特性可分为三类：滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠，人形机器人中常使用的滚动丝杠又可细分为滚珠和行星滚柱丝杠。
　　滚珠与行星滚柱丝杠的差异性：行星滚柱丝杠在承载能力、转速、寿命、传动噪音上较滚珠丝杠进一步提升，并能适应更多样的工作环境，缺点是成本高、难以做到高精度、传动效率略低于滚珠丝杠。
　　滚动丝杠的下游应用：1）传统领域：工业制造业是滚珠丝杠应用的最主要下游行业，市场占比为32%，数控机床是主要应用方向。2）人形机器人领域：特斯拉Optimus直线关节预计采用14个反向式行星滚柱丝杠，其中肘部2个，腕部4个，腿部8个。
　　丝杠的市场总空间：2030年人形机器人带来的丝杠市场空间有望达到270亿元，传统领域市场空间约217亿，总计达到487亿元。预计人形机器人中丝杠价值量占据半壁江山。
　　滚珠丝杠VS行星滚柱丝杠——运动控制的核心环节
　　核心壁垒：1）加工工艺及设备：目前有轧制和磨制两种工艺路径，轧制加工效率高、精度低。磨制效率低、精度高。核心设备是高精度的磨床。2）精度：数控机床普遍要求0-1级，人形机器人要求4-5级。人形机器人中丝杠主要作用是驱动而非定位，对精度要求相对较低。3）国产现状：目前国产丝杠普遍存在精度范围有限，尺寸范围有限，承载能力弱等缺点；人形机器人对降本要求高，国内成本优势明显，国产空间巨大。
　　市场空间：传统领域市场空间较小。1）滚珠丝杠：2022年全球市场规模126.41亿，2015-2022年CAGR为6.16%。2）行星滚柱丝杠：2022年全球市场规模为20.59亿元，2019-2022年CAGR为14.83%。
　　竞争格局：1）滚珠丝杠：生产厂商大部分来自于欧洲和日本，CR5为46%，亚太是主要应用区域，市场份额为49.46%。2）行星滚柱丝杠：竞争格局分散，国内市场份额前三为Rollvis、GSA以及瑞典的斯凯孚，CR3=66%。国产品牌南京工艺、博特精工占比均为8%。国内企业追赶速度快，专利数量已经成为全球第一，占比约44%。
　　投资建议：轴承企业有望通过技术迁移切入丝杠生产，传统丝杠企业的产品高端化进程加速，建议关注：
　　轴承：
　　五洲新春，成功研发RV减速器轴承及谐波减速器柔性轴承，并送样知名机器人减速器企业；车用滚珠丝杆业务拓展顺利，且具备技术迁移能力。
　　长盛轴承，特斯拉二级供应商，产品已用于工业减速器，并积极拓展在人形机器人中的应用；22年定增项目进一步扩大滚珠丝杠及轴承生产规模。
　　丝杠：
　　新剑传动，先发布局机器人传动部件生产，拥有成熟的滚轧技术，具备行星滚柱丝杠批量生产能力。
　　鼎智科技，线性执行器市占率全球第二，具备滚动丝杠自主设计能力，微型行星滚柱丝杆里程碑式达成。
　　贝斯特，全面布局高精度滚珠丝杠及滚动导轨，并导入“工业母机”新赛道。目前公司生产的首套滚珠丝杠副、直线导轨副已成功下线。
　　恒立液压，液压行业龙头企业，依托定增项目横向切入线性驱动器（含电动缸、滚珠丝杆）生产。
　　秦川机床，机床工具行业的龙头骨干企业，具备高精度螺纹磨床生产能力；依托先进机床，先发布局高精度滚动丝杠及导轨生产，竞争优势显著。
　　恒而达，切削工具领域头部企业，依托领先切削工艺跨入滚动部件生产，高精度直线导轨已迈入产业化进程，并持续开拓滚珠丝杠等工件生产线。
　　风险提示：人形机器人发展不及预期；国内丝杠的研发生产进度不及预期；新产品对丝杠产生替代风险

研究报告全文：行业研究证券研究报告电力设备及新能源2023年09月21日电力设备及新能源行业深度研究报告推荐维持人形机器人系列之二奇点时刻丝杠崛起丝杠传动是主流的直线传动方式华创证券研究所丝杠传动基本原理螺杆作为主动旋转体时螺母会随螺杆的转动角度按照对应规格的导程将螺杆的旋转运动转化成直线运动证券分析师黄麟丝杠的分类按其摩擦特性可分为三类滑动丝杠滚动丝杠及静压丝邮箱huanglin1hcyjscom杠人形机器人中常使用的滚动丝杠又可细分为滚珠和行星滚柱丝杠执业编号S0360522080001滚珠与行星滚柱丝杠的差异性行星滚柱丝杠在承载能力转速寿命证券分析师苏千叶传动噪音上较滚珠丝杠进一步提升并能适应更多样的工作环境缺点是邮箱suqianyehcyjscom成本高难以做到高精度传动效率略低于滚珠丝杠执业编号S0360523050001滚动丝杠的下游应用1传统领域工业制造业是滚珠丝杠应用的最主要下游行业市场占比为数控机床是主要应用方向人形机器322行业基本数据人领域特斯拉Optimus直线关节预计采用14个反向式行星滚柱丝杠占比其中肘部2个腕部4个腿部8个股票家数只296004丝杠的市场总空间2030年人形机器人带来的丝杠市场空间有望达到270总市值亿元5198335573亿元传统领域市场空间约217亿总计达到487亿元预计人形机器流通市值亿元4288748614人中丝杠价值量占据半壁江山滚珠丝杠VS行星滚柱丝杠运动控制的核心环节相对指数表现核心壁垒1加工工艺及设备目前有轧制和磨制两种工艺路径轧制1M6M12M加工效率高精度低磨制效率低精度高核心设备是高精度的磨床绝对表现-63-132-202相对表现-49-73-1502精度数控机床普遍要求0-1级人形机器人要求4-5级人形机器人中丝杠主要作用是驱动而非定位对精度要求相对较低3国产现状2022-09-192023-09-18目前国产丝杠普遍存在精度范围有限尺寸范围有限承载能力弱等缺7点人形机器人对降本要求高国内成本优势明显国产空间巨大-2市场空间传统领域市场空间较小1滚珠丝杠2022年全球市场规-11模12641亿2015-2022年CAGR为6162行星滚柱丝杠2022220922112302230423072309年全球市场规模为2059亿元2019-2022年CAGR为1483-21竞争格局1滚珠丝杠生产厂商大部分来自于欧洲和日本CR5为46电力设备及新能源沪深300亚太是主要应用区域市场份额为49462行星滚柱丝杠竞争格局分散国内市场份额前三为RollvisGSA以及瑞典的斯凯孚CR366相关研究报告国产品牌南京工艺博特精工占比均为8国内企业追赶速度快专利人形机器人技术奇点时刻新一次工业革命数量已经成为全球第一占比约44的开始投资建议轴承企业有望通过技术迁移切入丝杠生产传统丝杠企业的产品高2023-07-17端化进程加速建议关注轴承五洲新春成功研发RV减速器轴承及谐波减速器柔性轴承并送样知名机器人减速器企业车用滚珠丝杆业务拓展顺利且具备技术迁移能力长盛轴承特斯拉二级供应商产品已用于工业减速器并积极拓展在人形机器人中的应用22年定增项目进一步扩大滚珠丝杠及轴承生产规模丝杠新剑传动先发布局机器人传动部件生产拥有成熟的滚轧技术具备行星滚柱丝杠批量生产能力鼎智科技线性执行器市占率全球第二具备滚动丝杠自主设计能力微型行星滚柱丝杆里程碑式达成贝斯特全面布局高精度滚珠丝杠及滚动导轨并导入工业母机新赛道目前公司生产的首套滚珠丝杠副直线导轨副已成功下线恒立液压液压行业龙头企业依托定增项目横向切入线性驱动器含电动缸滚珠丝杆生产证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号电力设备及新能源行业深度研究报告秦川机床机床工具行业的龙头骨干企业具备高精度螺纹磨床生产能力依托先进机床先发布局高精度滚动丝杠及导轨生产竞争优势显著恒而达切削工具领域头部企业依托领先切削工艺跨入滚动部件生产高精度直线导轨已迈入产业化进程并持续开拓滚珠丝杠等工件生产线风险提示人形机器人发展不及预期国内丝杠的研发生产进度不及预期新产品对丝杠产生替代风险证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号2电力设备及新能源行业深度研究报告投资主题报告亮点本报告与市场的不同点在于我们对丝杠的传动优势下游应用进行了全面的梳理并在参考了大量学术论文的基础上对滚珠以及行星滚柱丝杠的产品特性核心壁垒市场空间及竞争格局进行了系统性介绍投资逻辑丝杠在直线传动方式中综合对比最优从传动效率精度以及使用寿命的角度看丝杠传动较其他直线传动方式具备比较优势从丝杠的子类别看行星滚柱丝杠性能好成本高适用于重载领域滚珠丝杠精度范围更宽成本更低市场空间更大滚珠丝杠传统市场空间较小但行业供给缺口有望拓宽企业发展的增量空间2022年全球滚珠丝杠市场规模12641亿2015-2022年CAGR为616国内滚珠丝杠占全球市场的比例近年来均维持在20以上滚珠丝杠供需缺口近年稳定在400万套以上由此给滚珠丝杠生产企业带来了较大的市场拓展空间行星滚柱丝杠发展方兴未艾国产替代大有可为2022年的全球行星滚柱丝杠市场规模为2059亿元2019-2022年CAGR为1483目前全球行星滚柱丝杠竞争格局较为分散国内市场份额CR3为66在行星滚柱丝杠的申请专利上国内企业具备显著的领先优势325项且领域内新兴技术的专利主要由国内机构申请技术储备较为丰富人形机器人开辟丝杠需求第二增长曲线特斯拉人形机器人Optimus线性关节采用反向式行星滚柱丝杠其中肘部2个腕部4个腿部8个在人形机器人进入量产阶段后或将对丝杠需求贡献核心增量我们预计行业在进入高速发展期后人形机器人带来的丝杠市场规模于2030年有望达到270亿元市场空间或占全球丝杠市场总规模的55证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号电力设备及新能源行业深度研究报告目录一丝杠传动是主流的直线传动方式7一直线传动方式带链齿轮液压与丝杠传动71各直线传动方式差异性分析丝杠传动适用于高端领域72丝杠的定义及分类滚动滑动静压丝杠73滚珠丝杠与行星滚柱丝杠差异性分析10二丝杠在传统行业中的应用10三丝杠在人形机器人中的应用11四丝杠市场总空间测算12二滚珠丝杠VS行星滚柱丝杠运动控制的核心环节14一滚珠丝杠141滚珠丝杠的分类内循环与外循环142滚珠丝杠的精度分级143滚珠丝杠的加工工艺及设备磨制及轧制高精度磨床是核心154滚珠丝杠市场空间及竞争格局国产替代大有可为16二行星滚柱丝杠171行星滚柱丝杠的分类标准式反向式循环式差动式轴承环式172行星滚柱丝杠的精度分级国内厂商高精度产品待突破193行星滚柱丝杠的核心壁垒丝杠性能194行星滚柱丝杠市场空间及竞争格局市场小而美国产正发力20三相关标的分析23一轴承企业有望通过技术迁移切入丝杠生产23二国内丝杠生产企业标的梳理231新剑传动专精特新小巨人企业具备行星滚柱丝杠批量化生产线232鼎智科技微特电机龙头企业具备自主设计丝杠能力243贝斯特专注精密零部件研发生产全面布局高精度滚珠丝杠及滚动导轨254恒立液压精密加工制造能力出众横向切入电动缸及滚珠丝杠领域265秦川机床国内机床业务领先企业滚珠丝杠制造先发优势显著286恒而达切削工具领域头部公司高精度滚动部件产品迈入产业化进程29四风险提示30证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号4电力设备及新能源行业深度研究报告图表目录图表1机械传动方式对比7图表2丝杠的分类及工作原理8图表3滚珠丝杠结构图8图表4滑动及滚珠丝杠性能对比9图表5行星滚柱丝杠结构图9图表6行星滚柱丝杠实拍图9图表7滚珠丝杠与行星滚柱丝杠性能对比10图表8滚珠丝杠全球市场规模占比按照下游行业分类10图表9数控机床传动结构图11图表10特斯拉人形机器人Optimus简介11图表11特斯拉Optimus直线关节丝杠拆解12图表12人形机器人中丝杠市场规模测算12图表13丝杠市场规模结构预测13图表14滚珠丝杠外循环示意图14图表15滚珠丝杠内循环示意图14图表16各种机械的适用国内精度等级15图表17各种机械适用的国际精度标准15图表18磨制与轧制转造工艺对比16图表19日本MITSUISEIKI三井精机螺杆蜗杆数控磨床GSE100200H16图表20全球滚珠丝杠市场规模亿元17图表21国内滚珠丝杠市场规模亿元17图表22滚珠丝杠市场份额各区域占比17图表23全球滚珠丝杠竞争格局17图表24五种行星滚柱丝杠结构特点对比表18图表25行星滚柱丝杠精度等级对应表19图表26国内外领先行星滚柱丝杠生产公司产品参数对比19图表27反转式行星滚柱丝杠示意图20图表28全球行星滚柱丝杠市场规模亿元20图表29滚柱丝杠国内市场份额按供应厂商所属国家占比2022年预测值21图表30滚柱丝杠国内市场份额按供应厂商占比2022年预测值21图表31行星滚柱丝杠专利申请区域占比21图表32行星滚柱丝杠的专利申请趋势项21图表33行星滚柱丝杠技术分支专利申请情况22证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号5电力设备及新能源行业深度研究报告图表34部分机构行星滚柱丝杠的专利申请量项22图表35行星滚柱丝杠关键细分技术专利申请情况22图表36各轴承企业的丝杠产品布局23图表37新剑传动丝杠产品23图表38鼎智科技各线性执行器产品24图表39鼎智科技营业收入亿元及增速25图表40鼎智科技归母净利润亿元及增速25图表41宇华精机产品和应用领域25图表42贝斯特营业收入亿元及增速26图表43贝斯特归母净利润亿元及增速26图表44恒立液压主要产品26图表45恒立液压营业收入亿元及增速27图表46恒立液压归母净利润亿元及增速27图表47秦川机床主要产品28图表48秦川机床营业收入亿元及增速29图表49秦川机床归母净利润亿元及增速29图表50公司主要产品介绍29图表51恒而达营业收入亿元及增速30图表52恒而达归母净利润亿元及增速30证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号6电力设备及新能源行业深度研究报告一丝杠传动是主流的直线传动方式一直线传动方式带链齿轮液压与丝杠传动1各直线传动方式差异性分析丝杠传动适用于高端领域传统的机械传动方式包含带传动链传动齿轮传动液压传动和丝杠传动目前丝杠已经广泛应用于电动缸小版面数控切割机及数控机床等工业领域带传动结构简单且成本低廉但其传动效率较低且寿命较短链传动传动比的准确性高能适配各样的工作环境但由于链长等问题平稳性较差振动以及噪声较大齿轮传动传动比准确且传动效率高但由于其依靠齿轮间的啮合实现传动因此对每个齿轮的精度要求均较高不适宜轴间距离大的传动液压传动输出功率传动结构响应速度操纵便利度上均具备比较优势被应用于波士顿动力的Altas中但因其在传动中使用油液导致无法实现稳定的传动比与此同时油液在流动过程中存在泄露风险也会影响传动效率由此带来的后期维修保养成本较高丝杠传动子类别较多其中滚珠丝杠的传动效率精度以及使用寿命均较优由于其利用的是滚珠的内循环外循环实现的传动因此精度的影响因素源于丝杆凹槽部位的螺距大小与此同时其主要零部件的制造大多使用不锈钢或合金钢因此后期的维护要求较低图表1机械传动方式对比带传动链传动丝杠传动齿轮传动液压传动传动图示高压液体对输出机构利用带轮上的柔性依托链条链节与链轮轮将较小的回转力矩转依靠齿与齿的啮合进工作原理做工产生高压强压带进行动力传动齿的啮合实现传动变为较大的轴向力行传动强作用于缸体产生力传动效率809895979096滚珠丝杠969990一般无法保证固定一般不能实现恒定的传动精度较高较高一般传动比不稳定的传动比瞬时传动比使用寿命较低较高较高滚珠丝杠较高较高成本较低一般较高滚珠丝杠较高较高资料来源三晖机械科技工控帮机械社区SolidWorks钣金机械及自动化亚洲工具三益精密通用机械三维传动广州擎川EVERLAR上海傲优自动化机械自动化前沿AMDSK阿姆达数控技术无锡公司无刷电机方案专家机械工程材料等华创证券整理2丝杠的定义及分类滚动滑动静压丝杠丝杠是将旋转运动转化成直线运动的传动装置丝杠由螺母和螺杆组成其工作原理在于螺杆作为主动旋转体时螺母就会随螺杆的转动角度按照对应规格的导程将螺杆的旋转运动转化成直线运动参与做功的工件可以通过与螺母连接从而实现对应的直线证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号7电力设备及新能源行业深度研究报告运动丝杠按其摩擦特性可分为三类滑动丝杠滚动丝杠及静压丝杠其中静压丝杠需要增加一套供油气系统复杂性高应用较少图表2丝杠的分类及工作原理资料来源仕瑞达张永涛液体静压丝杠副螺距误差作用机理与运动特性研究仕瑞达华创证券整理滚珠丝杠滚珠丝杠副依靠螺母内部的滚珠完成旋转到直线的传动滚珠丝杠属于滚动丝杠其主要由螺母螺杆滚珠构成运动原理为当螺杆进行旋转运动时滚珠作为螺母内部的滚动元件沿螺旋槽滚动从而带动螺母相对螺杆进行直线运动图示为内循环式滚珠丝杠因此还配置有反向器其连接滚珠循环的两端提供滚珠循环运动的通道使滚动形成一个闭环图表3滚珠丝杠结构图资料来源汤文成等滚珠丝杠副发展及研究现状华创证券证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号8电力设备及新能源行业深度研究报告滑动丝杠和滚珠丝杠应用最为广泛滚珠丝杠较滚动丝杠应用场景更加精细滚珠与丝杆之间的间隙自然比滑动摩擦情况下的更窄甚至可以实现无间隙运动所以滚珠丝杠具备损耗小效率高寿命长结构相对复杂的特点对高精度要求的场景诸如机器人精密机床电子机械输送机等工业板块滚珠丝杠相较于滑动丝杠更加适配图表4滑动及滚珠丝杠性能对比滑动丝杠滚珠丝杠图例制造难易一般较高承载力较高一般传动效率26469096传动精度较低较高但不适用于重载荷场景摩擦方式滑动摩擦滚动摩擦摩擦系数01020003001最高转速RPM300010000使用寿命较短滑动摩擦带来更大的表面损伤较长滑动丝杠的4倍以上自锁性有无成本一般较高资料来源深模塑胶膜具官网iHF爱合发FULETEST仕瑞达自动化零件一站式采购平台山东乐乐机械有限公司华创证券整理注明滑动丝杠以梯形牙丝杠为样本行星滚柱丝杠依托丝杆和滚柱的旋转带动螺母做直线运动行星滚柱丝杠的结构与滚珠丝杠较为类似包括丝杠行星滚柱保持架内齿轮和螺母等其中滚动元件为行星滚柱而非滚珠丝杠中的滚珠其运动原理为丝杆主动旋转带动滚柱绕丝杆轴向公转同时绕自身轴线自转从而带动螺母做轴向直线运动图表5行星滚柱丝杠结构图图表6行星滚柱丝杠实拍图资料来源道臣-张明强特斯拉人形机器人Optimus关节驱动资料来源邓琦行星滚柱丝杠电动缸应用现状华创证券器-RGTI反转式行星滚柱丝杠华创证券证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号9电力设备及新能源行业深度研究报告3滚珠丝杠与行星滚柱丝杠差异性分析行星滚柱丝杠性能好成本高更适用于重载领域滚珠丝杠精度范围更宽成本更低市场空间更大行星滚柱丝杠在承载能力转速定位精度寿命传动噪音等较滚珠丝杠进一步提升并能适应更多样的工作环境相比于滚珠丝杠相同体积情况下行星滚柱承载能力更大传动效率略低目前特斯拉Optimus对承载力要求更高线性关节采用的是反向式行星滚柱丝杠但不排除对承载力要求更低的人形机器人采用成本更低的滚珠丝杠图表7滚珠丝杠与行星滚柱丝杠性能对比滚珠丝杠行星滚柱丝杠承载能力较小较大相同丝杠直径下提高615倍使用空间较大一般相同负载下节省13空间传动效率909690润滑良好下丝杠转速5000rmin6000rmin定位精度01mm1m较大噪音来源于滚珠的较小噪音源于滚柱两端与齿轮啮合处不传动噪音碰撞和转向会随着丝杠转速提升而指数级增加寿命较小较大是滚珠丝杠的15倍工作环境温度范围一般较大较滚珠丝杠提升2倍资料来源李凯等精密行星滚柱丝杠的传动特性柯法智能供应链平台非标机械论坛华创证券整理二丝杠在传统行业中的应用滚珠丝杠是目前应用范围最广的丝杠类型工业制造业是其最主要的下游行业从不同行业的市场份额来看应用于工业制造业的全球滚珠丝杠市场规模最大占比为32电子与半导体行业航空航天与国防汽车行业和电力与能源行业的全球滚珠丝杠市场规模分别为1514115图表8滚珠丝杠全球市场规模占比按照下游行业分类工业制造电子与半导体航空航天与国防汽车电力与能源其他资料来源Super锂电池滚珠丝杠全球市场规模分析华创证券注时间截至2022年证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号10电力设备及新能源行业深度研究报告数控机床作为工业制造业中的主要板块其传动部件多采用滚珠丝杠传统机床主要采用梯形丝杠数控机床是在传统机床的基础上加入数字化控制系统其工作流程为由电机提供原动力通过齿轮变速机构完成调速由滚珠丝杠副将电机的旋转运动转化为大拖板上执行元件的往复直线运动完成机床的进给和加工由于数控机床对传动工件的精度要求更高目前多采用滚珠丝杠图表9数控机床传动结构图资料来源徐琦数控机床传动机构精度可靠性分析与精度优化研究华创证券三丝杠在人形机器人中的应用特斯拉人形机器人Optimus的躯干共使用14个旋转关节14个直线关节手部使用12个空心杯关节行星滚柱丝杠预计应用在直线关节中其中肘部2个腕部4个腿部8个不同位置的丝杠承载力不同目前有500N3900N8000N三种规格其中8000N的丝杠可以平稳吊起半吨重的钢琴图表10特斯拉人形机器人Optimus简介资料来源特斯拉机器人2022AIDay任赜宇Tesla人形机器人Optimus各伺服关节技术拆解华创证券整理Optimus的线性执行机构由电机反式行星滚柱丝杠力矩传感器位置传感器构成反证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号11电力设备及新能源行业深度研究报告向式行星滚柱丝杠具有中小负载小行程结构紧凑的优点行星滚柱丝杠市场空间较小当前国内处于研发初期如果人形机器人量产市场对于行星滚柱丝杠的需求有望大幅提升加快国内厂商的研发进程图表11特斯拉Optimus直线关节丝杠拆解资料来源特斯拉机器人2022AIDay华创证券四丝杠市场总空间测算人形机器人开辟丝杠需求第二增长曲线2030年市场规模或将接近300亿元丝杠作为综合性能更优的直线传动零部件未来有望大面积应用于人形机器人中我们假定单个机器人中滚珠与滚柱丝杠价格随规模效应逐年递减预计人形机器人新增量于2030年超200万其新开辟的丝杠市场规模有望达到270亿元图表12人形机器人中丝杠市场规模测算年份2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E单台人形机器人丝杠数量个14141414141414单台人形机器人丝杠单价万元0197015801260114010200920089滚柱滚珠丝杠-单个机器人价值量万元276221177159143129125人形机器人新增量万台01010040012003360880321638全球人形机器人滚柱滚柱丝杠市场规模亿元028221707190848071133627028资料来源华创证券测算人形机器人量产有望对丝杠出货贡献核心增量由于人形机器人全身需要实现精密传动的部位较多对丝杠的需求较传统的工业机器人及服务型机器人更多我们预计在人形机器人进入量产阶段后将对丝杠需求贡献核心增量2030年市场空间或占全球丝杠市场总规模的55证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号12电力设备及新能源行业深度研究报告图表13丝杠市场规模结构预测600500400300200100020192020202120222023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E全球滚珠丝杠市场规模亿人民币---传统行业全球行星滚柱丝杠市场规模亿人民币---传统行业丝杠市场规模亿人民币---人形机器人资料来源秦川机床公告2022年度向特定对象发行A股股票募集说明书注册稿立鼎产业研究网2019-2022年全球滚柱丝杠行业市场规模增长及国内外竞争厂商分析华创证券测算注人形机器人使用的丝杠包含滚珠丝杠和滚柱丝杠假设传统领域市场规模按每年增速5增长证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号13电力设备及新能源行业深度研究报告二滚珠丝杠VS行星滚柱丝杠运动控制的核心环节一滚珠丝杠1滚珠丝杠的分类内循环与外循环滚珠有内循环外循环两种循环方式分别适配不同的场景从结构特点来看外循环形式的滚珠在循环过程结束后将通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回螺母并重新进入循环而内循环形式的滚珠始终在螺母内部其通过反向器实现滚珠的单一封闭式循环循环原理的不同也带来了制作工艺和使用场景上的差异外循环滚珠丝杠工艺简单径向尺寸较大负载大适用于高承载传动系统内循环工艺复杂径向结构紧凑定位可靠适用于高精度高效率中小导程中低速场景具体包括机床的定位进给和伺服控制汽车飞机部件运动控制等图表14滚珠丝杠外循环示意图图表15滚珠丝杠内循环示意图资料来源诺和精工华创证券资料来源诺和精工华创证券2滚珠丝杠的精度分级滚珠丝杠主要应用于精密机械设备不同设备间存在精度要求差距精度衡量的是实际移动距离与理想运动距离的偏差精度越高的产品偏差越小一般而言体现工件精度的方式常用其实际工作中的误差大小衡量标准有四种分别是目标行程公差主要是丝杠在磨削中累积的误差热变形以及砂轮磨损造成的误差工作作用任意2弧度内允许的行程变动量主要是工件安装偏差机床丝杠本身的传动误差有效行程内允许变动量主要为机床丝杠本身的传动误差磨削工序累积的误差环境变化导致工件热变形以及工件本身自重引起的误差任意300mm行程内允许的行程变动量误差引起因素同有效行程内允许变动量二者同属于非渐进性误差国内滚珠丝杠的精度等级分为7类P1P2P3P4P5T7T101-10精度依次递减不同设备下的精度等级要求如下证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号14电力设备及新能源行业深度研究报告图表16各种机械的适用国内精度等级P1P2P3P4P5T7T10通用机械专用机械曝光设备化学处理设备引线焊接机半导体印刷版制造设备探测器电子零件插件机印刷版开孔机组装正交坐标型其他工业机器人组装垂直多关节型其他圆筒坐标型冶金设备机械电动注塑机三维测量仪橡塑机械图像处理设备资料来源南京艺工南京艺工2020电子样本转引自泰州市精工机电制造官网华创证券国际上常用的标准是日本工业标准JIS对应精度等级分别为C0-C10精度依次递减普通机械大多采用轧制的制作方式对应C7和C10精度等级在对精度要求较高的应用场景中常采用磨制的方式对应精度区间为C0-C5图表17各种机械适用的国际精度标准C0C1C3C5C7C10机床加工中心铣床钻床坐标镗床磨床放电加工机射出成形机钢铁设备机械冲床激光加工机通用机械专用机械木工机暴光装置化学处理装置电子部件实装机焊线机探测器印刷基板开孔机直交座标型机器人垂直多关节型机器人三元测定机图像处理装置原子能控制棒航空器资料来源椿中岛直线运动产品综合样本华创证券3滚珠丝杠的加工工艺及设备磨制及轧制高精度磨床是核心滚珠丝杠主流加工工艺磨制和轧制转造不同加工工艺的成本和性能差异较大磨制滚珠丝杠的精密研磨工艺复杂交货期较长成本较高市面上可实现C9C0的精度跨度应用于CNC机械精密工具机产业机械电子机械航天工业等领域轧制转造滚珠丝杠是冷轧挤压成型的可以批量制造成本较低可实现精度有证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号15电力设备及新能源行业深度研究报告限一般为C9C5等级应用于低摩擦运转顺畅等机械传动场景图表18磨制与轧制转造工艺对比磨制轧制转造图例基本特点制作工艺复杂精密研磨机床磨制而成运动磨损小使用寿命长冷轧挤压成型设备成本高生产效率高外观差异磨削丝杠在表面有砂轮磨削痕迹表面光滑发亮有光线反射下高亮刺眼制作周期交期慢客户一般提前2-4个月定货价格昂贵批量制造制作周期短供货迅速价格低廉应用于CNC机械精密工具机产业机械电子机械航天工业等应用场景适用于低摩擦运转顺畅等机械传动场景领域精度等级可实现精度跨度大最高等级C0级可实现精度跨度小最高做到C5级资料来源南京春信自动化设备有限公司万捷传动北京北成新控微信公众号东莞市格阳机电设备有限公司上银科技金属加工公众号齿轮设备之家杠哥说丝杆刘鹏飞滚珠丝杠磨削加工误差预测补偿关键技术研究华创证券整理高精度滚珠丝杠的核心设备是磨床磨床的工作原理是砂轮的表面很多磨粒划擦刻划和切削工件表面使用螺纹磨床高速旋转的成型砂轮对加工工件表面进行高速切削使用磨削加工的滚珠丝杠最高可达到P1级图表19日本MITSUISEIKI三井精机螺杆蜗杆数控磨床GSE100200H资料来源兰生工业自动化4滚珠丝杠市场空间及竞争格局国产替代大有可为滚珠丝杠传统市场空间较小2022年全球滚珠丝杠市场规模12641亿2015-2022年CAGR为6162022年国内滚珠丝杠市场规模为2770亿元2015-2022年CAGR为989国内滚珠丝杠占全球市场的比例近年来均维持在20以上证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号16电力设备及新能源行业深度研究报告图表20全球滚珠丝杠市场规模亿元图表21国内滚珠丝杠市场规模亿元140008003000180012000700250016001000060050020001400800040015001200600030010001000400020020001005008000000000006002015201620172018201920202021202220152016201720182019202020212022市场规模YoY市场规模YoY资料来源秦川机床2022年度向特定对象发行A股股票募集说资料来源秦川机床2022年度向特定对象发行A股股票募集说明书注册稿华创证券以人民币对美元汇率为68测算明书注册稿华创证券亚太是滚珠丝杠的主要应用区域但主要的生产厂商来自于欧洲和日本从滚珠丝杠的需求端来看根据智研咨询的数据2020年滚珠丝杠在亚太地区的市场份额达到了4946而欧洲北美和其他市场份额分别为27911568和695前期亚太地区滚珠丝杠市场的增长主要得益于机床汽车工业航母航天的发展由于亚太地区集聚大量的发展中国家发展工业的迫切性较高因此对滚珠丝杠的使用量也较大从滚珠丝杠的供给端来看由于滚珠丝杠属于精密工件制造难度较高而欧洲和日本作为工业化程度较高的地区积累了丰富的制造经验因此目前滚珠丝杠主要的生产厂商大部分来自于欧洲和日本头部公司包括日本NSK日本THK瑞典Ewellix德国Schaeffler以及中国台湾地区PMI等从世界竞争格局来看CR5市场份额为46中国大陆厂商制造的产品集中于中低档工艺水平较中国台湾地区和海外存在差距图表22滚珠丝杠市场份额各区域占比图表23全球滚珠丝杠竞争格局亚太欧洲北美其他前五大公司其他资料来源智研咨询2020年中国滚珠丝杆行业有所好转滚珠资料来源华经产业研究院2021年全球及中国滚珠丝杆行业现丝杆产量回升图华创证券状及前景分析行业供需缺口明显图华创证券二行星滚柱丝杠1行星滚柱丝杠的分类标准式反向式循环式差动式轴承环式标准式滚柱丝杠运用最广泛特斯拉人形机器人使用的丝杠为反向式根据行星滚柱丝杠的结构组成以及运动关系的不同可以分为标准式反向式循环式差动式和轴承环式标准式行星滚柱丝杠目前应用最广泛适用于环境恶劣高负载高速等场景应用领域包括精密机床机器人军工装备等其他4种类型均是为了适应不同的应用环境而在其基础上演变而来证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号17电力设备及新能源行业深度研究报告反向式行星滚柱丝杠主要用于中小负载小行程和高速的应用场景其传动方式的最大不同在于它以螺母为主动件由丝杠进行轴向运动最大的优势在于可将螺母作为电机转子实现电机和丝杠一体化设计主要缺点为行程受到螺母内螺纹长度的限制循环式行星滚柱丝杠主要应用于要求高刚度高承载高精度的场合其相比于标准式去掉了内齿圈增加了凸轮环结构使得滚柱实现循环优点在于具有较高的刚度和较大的承载能力缺点在于其凸轮环结构会产生振动冲击存在噪音问题差动式行星滚柱丝杠适用于传动比较大承载能力较高的场景但由于在其运动过程中螺纹会产生滑动现象因此在重载情况下容易产生磨损存在精度丧失可靠性降低的问题轴承环式行星滚柱丝杠主要适用于要求高承载高效率的场合如石油化工重型机械等领域相比于标准式其螺母上去掉了内齿圈增加了壳体端盖及推力圆柱滚子轴承等部件优点为承载能力高各构件间的磨损小传动效率较高缺点为结构复杂径向尺寸大制造成本高图表24五种行星滚柱丝杠结构特点对比表种类介绍应用示意图能够实现较大行程适用于环丝杠螺母为三角形多头螺纹滚柱为境恶劣高负载高速等场合具有一定螺旋升角的球形单头螺纹并标准式行星滚柱丝杠是目前应用最广泛的类型主在其两端加工有直齿内齿圈固定在螺要应用于精密机床机器人军母两端并与滚柱两端的直齿轮啮合工装备等领域结构形式与标准式类似不同在于其没主要用于中小负载小行程和反向式行星滚柱丝杠有内齿圈丝杠两端加工有直齿与滚柱高速的应用场景诸如航空航两端的齿轮啮合天船舶电力等领域相比标准式去掉了内齿圈增加了凸轮环结构使得滚柱实现循环类似于滚珠主要应用于要求高刚度高承循环式行星滚柱丝杠丝杠的反向器结构另外其滚柱表面载高精度的场合医疗器械为环槽状环槽间距与丝杠螺母的螺光学精密仪器等领域纹匹配并安装在保持架上标准式相比去掉了内齿圈滚柱上也没差动式行星滚柱丝杠的结构特有齿轮段其滚柱螺母均为环槽结构点使其可以获得更小的导程差动式行星滚柱丝杠且滚柱的环槽分为多段其中小中径段适用于传动比较大承载能力与螺母啮合大中径段与丝杠啮合较高的应用场合滚柱与循环式相同为环槽结构相比主要适用于高承载高效率等轴承环式行星滚柱丝于标准式其螺母上去掉了内齿圈增场合如石油化工重型机械等杠加了壳体端盖及推力圆柱滚子轴承等领域部件资料来源柯浩行星滚柱丝杠传动精度分析与设计华创证券证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号18电力设备及新能源行业深度研究报告2行星滚柱丝杠的精度分级国内厂商高精度产品待突破行星滚柱丝杠的精度分级和滚珠丝杠大体相同根据ISOInternationalOrganizationforStandardization国际标准化组织DINDeutscheIndustrieNorm德国工业标准以及JISJapaneseIndustrialStandards日本工业标准规定行星滚柱丝杠和滚珠丝杠的精度等级划分大致相同主要都是通过丝杠任意300mm长度的导程误差V300分类其中ISO将精度等级划分为C0C1C3C5C7C10DIN将精度等级划分为C1C3C5C7C10JIS将精度等级划分为C0C1C3C5除C0外ISO与DIN等级划分基本相同部分欧美企业采用字母G区分精度等级但含义与ISO的等级一一对应G1G3G5精度分别对应ISO中的C1C3C5精度目前国外龙头生产商已实现G1-G5精度的覆盖而国内头部厂商覆盖部分还局限于低精度范围图表25行星滚柱丝杠精度等级对应表精度等级C0C1C3C5C7C10mISO标准356122352210DIN标准6122352210JIS标准355818精度等级G1G3G5m部分欧美企业61223资料来源ISO03408-3-2006DIN69051-3-1989JIS-B-1192-1997ROLLVIScatalogue2019华创证券注300代表任意300mm长度的导程误差3行星滚柱丝杠的核心壁垒丝杠性能国内行星滚柱丝杠的性能差距在于精度轴向承载以及尺寸范围目前国外行星滚柱丝杠的主要生产商有瑞士GSA瑞典SKFEwellixMoogNook等国内生产商有博特精工南京工艺等国外生产商占据了全球行星滚柱丝杠的主要市场重要原因在于其在精度等级承载能力尺寸范围上更优精度目前国外龙头生产商已实现G1-G5精度的覆盖而国内头部厂商覆盖部分还主要局限于低精度范围人形机器人采用行星滚珠丝杠的主要点在于驱动而非精度控制要求显著低于数控机床领域轴向承载国内生产的大部分行星滚柱丝杠的最大动载荷和最大静载荷都小于国外产品尺寸范围大部分国内厂商生产的行星滚柱丝杠尺寸范围较窄例如博特精工仅能批量生产直径24-63mm之间的行星滚柱丝杠超出此范围的产品则需个别定制图表26国内外领先行星滚柱丝杠生产公司产品参数对比厂商名称精度要求最大动载荷最大静载荷尺寸范围斯凯孚G1-G5全覆盖17832KN17832KN公称直径8-210mm国外ROLLVISG1-G5全覆盖2387KN2387KN公称直径35-120mm博特精工G3-G5已覆盖51KN51KN公称直径24-63mm国内中铠行星CHR系列未给出1678KN1678KN公称直径8-120mm资料来源斯凯孚LinearmotionstandardrangeROLLVISSatelliterollerscrewscatalogue2019博特精工官网中铠行星行星滚柱丝杠2020版华创证券注最大动载荷静载荷以公称直径30mm为样本证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号19电力设备及新能源行业深度研究报告特斯拉采用的是反转式行星滚柱丝杠最大难点在于螺母内螺纹加工反转式是固定螺母螺杆运动普通式是螺杆固定螺母运动由于反转式的螺母长度远远高于普通式如何在如此高长度的螺母内加工螺纹是难点图表27反转式行星滚柱丝杠示意图资料来源中国供应商道臣科技官方商城华创证券4行星滚柱丝杠市场空间及竞争格局市场小而美国产正发力行星滚柱丝杠发展方兴未艾根据立鼎产业研究网的数据2022年的全球行星滚柱丝杠市场规模为2059亿元2019-2022年CAGR为1483图表28全球行星滚柱丝杠市场规模亿元250025002000200015001500100010005005000000002019202020212022市场规模YoY资料来源立鼎产业研究网2019-2022年全球滚柱丝杠行业市场规模增长及国内外竞争厂商分析华创证券以人民币对美元汇率为68测算证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号20