丝杠行业分析研究

丝杠行业分析研究1.丝杠是实现旋转运动与直线运动相互转化的精密传动部件丝杠是实现旋转运动与直线运动相互转化的传动机构，常见丝杠品类包括梯形螺纹丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，性能逐一提升。①梯形螺纹丝杠依靠滑动摩擦进行传动，价格低廉，但导程精度、传动效率等性能较差，一般用于工作要求低的场景，目前已基本实现国产替代；②滚珠丝杠由丝杆、滚珠、预压片、防尘器等部件构成，通过内置滚珠的滚动摩擦实现传动，具有传动精度/效率高等优势；③行星滚柱丝杠由丝杠、螺母、滚柱、内齿圈、保持架等部件构成，通过滚柱与丝杠、螺母间的螺纹啮合来实现传动。由于各部件受力接触面积更大，因此其承载能力更强、工况适应性强，还具有体积小、寿命长等优势。1.1.滚珠丝杠通过滚珠实现传动，应用场景广泛滚珠丝杠通过滚动摩擦实现传动，具有传动效率高、使用寿命长、工作精度高等优势，应用场景广泛。滚珠丝杠又称滚珠丝杠副、滚珠丝杆，由丝杆、滚珠、预压片、防尘器等零部件构成。滚珠丝杠通过滚动摩擦实现传动，具有传动效率高、工作精度高等优点，是智能自动化设备、数控机床等行业的关键传动、定位、执行元件。但在工作过程中，滚珠会互相碰撞，并在末端急速转向，因此滚珠丝杠在高转速条件下面临传动效率降低、噪音大等问题，如何有效维持性能并减少体积、通过热处理工艺改进延长使用寿命是滚珠丝杠的重点发展趋势。根据滚珠循环方式划分，滚珠丝杠可分为内循环/外循环式滚珠丝杠：内循环式滚珠丝杠具有尺寸小、传动效率高、耐用等优点，但承载能力较低、加工步骤相对复杂。内循环采用反向器实现滚珠循环，滚珠始终与丝杠保持接触。在该结构下，螺母尺寸较小，反向器固定牢靠、刚性好且不易磨损，滚珠数目少且工作流畅性好，因此传动效率高。其缺点是不能做成多头螺纹的滚珠丝杠副，反向器的回珠槽是三坐标空间曲面，加工步骤较复杂。因此其适用于空间紧凑、承载能力小的场景。外循环式滚珠丝杠具有承载能力大、制造工艺简单等优点，但面临尺寸大、噪音大等问题。外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环，滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触，具有结构简单、承载能力大、抗冲击能力强等优点。但由于滚道焊接处难以做到平滑，滚珠滚动平稳性相对更差，易发生卡珠现象。根据加工工艺方式划分，滚珠丝杠可分为磨削/轧制型滚珠丝杠：磨削工艺下，滚珠丝杠的精度高，可用于高精度设备的定位部件，但生产效率低、价格相对更高。磨削是按照基准统一原则，通过热处理、车削、磨削等超20道工序对丝杠进行加工，制造精度可高至P1级，适合用于高精度设备的定位部件，但生产效率低。轧制工艺下，滚珠丝杠的生产效率高、价格低，但精度低、寿命短，多用于承担传动职能。轧制是通过冷加工工艺模具制造丝杠，自动化程度高，批量生产后成本低、生产效率高，但制造精度相对较低，一般只能在设备中作传动部件。1.2.行星滚柱丝杠是性能最优异的丝杠品类行星滚柱丝杠通过滚柱与丝杠、螺母间的螺纹啮合来传递动力。行星滚柱丝杠由丝杠、螺母、滚柱、内齿圈、保持架等零部件构成。以标准式行星滚柱丝杠为例，其作用原理是：电机带动丝杠绕自身轴线转动，丝杠通过螺纹啮合使6-12个滚柱围绕丝杠进行行星运动，滚柱通过螺纹啮合推动螺母，与螺母一同沿轴线进行直线运动。内齿圈固定于螺母上，用于确保滚柱与螺母一同轴向移动。相较于梯形丝杠与滚珠丝杠，行星滚柱丝杠具有高承载能力、高工况适应性、小体积、高精度、长寿命等优势，是综合性能最为优异的丝杠品种：承载能力强：在传动过程中，行星滚柱丝杠各部件的受力接触面积为线接触，大于滚珠丝杠的点接触，因此承载能力更强，动载/静载显著高于滚珠丝杠。高工况适应性：行星滚柱丝杠在恶劣工作环境下适应力强，其可适应的工作环境温度范围是滚珠丝杠的2倍。体积小：在同载荷的情况下，行星滚柱丝杠的体积比滚珠丝杠小1/3，更适用于空间狭小的应用场景。使用寿命长：根据赫兹定律，行星滚柱丝杠使用寿命可达滚珠丝杠的15倍。传动效率高：尽管传动效率低于滚珠丝杠，但在润滑良好的情况下仍可达到90%。精度高：行星滚柱丝杠的丝杠轴是小导程角的非圆弧螺纹，可通过调整螺纹头数等方式使导程达到微米级，实现精密微进给；而滚珠丝杠受滚珠直径限制，精度常为毫米级。噪音低：行星滚珠丝杠的噪音来源于滚柱两端正时齿轮机构的啮合，频率高，噪音低。行星滚柱丝杠的缺点主要在于其高制备难度及高售价。丝杠轴外螺纹与丝杠螺母的内螺纹均需精磨以实现超高精度与长寿命，其价格也显著高于滚珠丝杠。以滚柱相对于丝杠、螺母的运动关系划分，行星滚柱丝杠可分为标准式/反向式/循环式/差动式/轴承环式滚柱丝杠。其中标准式行星滚柱丝杠应用场景最广泛，其他几类滚柱丝杠均以其为基础根据应用场景的需求而相应演变：反向式结构紧凑，但螺母加工难度高：螺母为动力输入构件绕轴线旋转，并通过螺纹啮合驱动滚柱围绕丝杠做行星运动，并实现滚柱与丝杠沿轴线的直线运动。在该结构下，可将螺母作为电机转子，从而实现电机和直线传动机构融合设计，形成空间紧凑的一体式机电作动器。在该结构下，由于螺母长度决定行程，而较长螺母的内螺纹磨制难度高，因此反向行星滚柱丝杠的制备壁垒较高。循环式精度高，适用于医疗器械、光学仪器等领域：相较于标准式行星滚柱丝杠，取消滚柱端齿与内齿圈，增加了让滚柱在螺母内旋转一周后回到初始位置的凸轮环结构，螺母在凸轮处沿轴向开有凹槽。滚柱在丝杠和螺母间做行星运动和轴向移动，每绕丝杠轴线旋转一周就在凸轮作用下被挡入螺母凹槽与丝杠脱开啮合，然后在轴向上回到起始位置再重新与丝杠啮合并循环往复。其核心优势在于小导程，多数国外制造商可生产低至1mm导程的产品，适用于医疗器械、光学精密仪器等领域。差动式结构简单，造价更低，但不适用于重载场景：相较于标准式行星滚柱丝杠，取消滚柱端齿与内齿圈，结构更简洁。螺母内无螺纹，但其两端有凹槽。滚柱的螺纹直径呈“中间大、两头小”，以实现与丝杠、螺母凹槽的啮合。在该结构下，螺母与丝杠的直径不同，因此螺母与丝杠的移动速度不同。差动式行星滚柱丝杠的结构简单，造价更低，但也更易打滑，在重载情况下易出现可靠性降低等问题。轴承环式承载力极高、传动效率高，但结构复杂、制造成本高：结构与行星滚柱丝杠类似但更复杂，滚柱呈环槽状，只绕轴线固定转动；螺母上去除内齿圈并增加壳体、端盖、推力圆柱滚子轴承等部件，推力圆柱滚子轴承显著提升承载力并减少各构件间的磨损，适用于石油化工等场景。1.3.梯形螺纹丝杠通过滑动摩擦实现传动梯形螺纹丝杠依靠滑动摩擦实现传动，传动效率较低，应用于工作要求较低的场景。梯形螺纹丝杠的螺旋形式是一种普通的等腰梯形，依靠滑动摩擦进行传动，因此其连续工作发热严重，传动效率约为26%-46%，一般适用于大负载但工作要求很低的应用场合，目前已基本实现国产替代。2.高端丝杠制备壁垒高，国内外差距显著，潜在替代空间广2.1.高精度丝杠的壁垒主要集中于生产工艺、加工设备及原材料丝杠对精度、强度、耐磨性、可靠性等方面有很高要求，主要制备壁垒包括加工工艺、设备、原材料等三方面。螺纹加工、热处理等为核心加工工序，需要深刻knowhow积淀，具备相关技术积淀的企业更具优势；生产设备主要依赖进口且售价昂贵、交付期长，资金实力强、较早布局丝杠领域的企业将占得先机。行星滚柱丝杠与滚珠丝杠存在类似的物理构造，二者的螺纹加工方式主要包括磨削加工、旋风铣削、车削、滚压成形等。目前海外巨头通过磨削与滚压成形进行加工，国内主要采用切削方式生产滚柱，采用磨削加工丝杠螺纹。而滚压成形具备较高的技术壁垒，目前全球范围内仅有少数海外厂商能够通过滚压成形实现行星滚柱丝杠的规模量产。高精度、高一致性的螺纹的加工壁垒较高，依赖相关工作人员的技术经验。行星滚柱丝杠通过螺纹牙之间的啮合实现运动及载荷传递，并通过齿轮啮合实现滚柱正确装配，因此螺纹及齿轮的加工精度对其装配、传动及承载特性具备重要影响，而滚柱、丝杠、螺母上高精度、高一致性的螺纹存在较大的加工难度，依赖于仪器操作员与工程师的技术经验。热处理对丝杠成品零件的制造质量、精度具有较大影响，需要深刻knowhow积淀。主要分为预备热处理与最终热处理。预备热处理的作用是改善丝杠切削性能、消除残余应力、为最终热处理做准备，而最终热处理的作用是提高螺纹表面硬度及耐磨性。根据《循环式行星滚柱丝杠副的设计》，热处理后的GCr15高碳铬轴承钢的屈服强度提升3-5倍，硬度提升2-3倍，机械强度及刚度显著提升。热处理工艺需要深刻knowhow积淀，国内厂商近年来已取得一定进步，但在工艺参数选择等方面仍与海外有一定差距，导致丝杠的精度及可靠性落后于海外。行星滚柱丝杠制备的核心设备包括高精度螺纹磨床等，依赖进口且造价昂贵、交付周期长，资金实力较强且布局较早的企业更具优势。行星滚柱丝杠已有成熟制备方案，核心设备包括旋风铣设备、螺纹磨床等，主要依赖进口且造价昂贵。旋风铣设备是一种用于加工大型螺纹的高效能精密专用设备，可加工淬硬钢等难以加工的材料。目前旋风铣床主要依赖国外引进，南京工艺于2004年首次引进德国公司的PW160型CNC旋风硬铣机床，2009年又引进其PW300HP型1000mmCNC旋风硬铣机床，可精铣出整体800mm以上的大型滚珠丝杠副。而汉江机床自主研发出HJO92型旋风铣床，单次铣长度最大可达800mm。而螺纹磨床用于加工行星滚柱丝杠的螺纹，对丝杠的精度有重要影响，目前主要依赖进口。由于相关生产设备售价高昂，且交付期较长，因此我们认为具备较强资金实力、在丝杠行业布局较早的公司或具备一定优势。滚珠丝杠常采用GCr15高碳铬轴承钢作为原材料。滚珠丝杠在工作时承受复杂的交变载荷、交变应力的作用，易产生弯曲扭转组合变形，因此滚珠丝杠的滚道、轴颈必须具备高精度、高强度、高刚度、强耐磨性等良好的工程力学性能。滚珠丝杠通常采用GCr15高碳铬轴承钢作为材料，其在淬火加低温回火后具备硬度高、组织均匀、耐磨性强、解除疲劳强度高等优点，但同时也有塑性一般、切削性能中等、焊接性能差、回火脆性等缺点，因此需要在磨削滚珠丝杠粗加工前进行预先热处理，通过球化退火把GCr15材料中的碳化物球化，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物组织，降低材料组织硬度，提高材料塑性机能，改善材料金属切削机加工性能。行星滚柱丝杠的丝杠/螺母与滚柱分别选取合金结构钢50CrMo4/GCr15高碳铬轴承钢作为原材料。在行星滚柱丝杠的运行过程中，丝杠螺母滚柱的螺纹滚道会受到连续、周期、频繁的振动及摩擦，导致丝杠工件由于工作温度升高而出现滚道磨损、热变形等失效形式，因此需要选取硬度高、耐磨性强、承载力强及温度适应性良好的材料，还需要考虑材料的切削性能及经济性。根据《航天精密传动机构行星滚柱丝杠的设计与研究》，丝杠常选用合金结构钢50CrMo4，其强度和淬透性比35CrMo更好，调质后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好，高温情况下仍有高蠕变强度和持久强度；螺母和滚柱选取GCr15高碳铬轴承钢，其综合性能良好，淬火和回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性和高的接触疲劳寿命，热加工变形性能和切削加工性能均较好。南京工艺行星滚柱丝杠副在淬火后的硬度可达HRC58以上，主要应用于伺服电动缸。2.2.国内在丝杠领域研究起步较晚，高端丝杠较海外差距显著受益于学界持续研究、政策支持等因素，我国滚珠丝杠迅速发展，但高端产品仍较海外存在显著差距。滚珠丝杠起源于19世纪末，1940年美国通用公司将其用于汽车方向盘转向机构后开始被广泛使用。1965年滚珠丝杠在数控车床上的应用取得突破性进展，助力加快机械制造业的发展。滚珠丝杠的发展方向从“敏捷省能传动”向“高速度、高精度和高可靠性传动”演进。国内自20世纪50年代开展大量滚珠丝杠相关研究，于1964年自主研制出第一套滚珠丝杠副，在国内学界持续研究、有限元分析相关软件成熟、政策支持等因素推动下，我国滚珠丝杠迅速发展。当前我国中低档产品已接近持平海外同类竞品，而高端产品与海外巨头仍有显著差距。当前海外厂商可稳定生产C1级滚珠丝杠，而国内厂商可稳定生产C2级滚珠丝杠，尚无法稳定供应C1级产品。历经超80年的研究历程，海外龙头构建了行星滚柱丝杠的全面理论体系与成熟产品矩阵。瑞典发明家CarlBrunoStrandgren于1942年申请行星滚柱丝杠的第一个发明专利，并于十多年后优化设计了带螺旋升角的滚柱丝杠，为海外学术界此后的大量相关研究奠定理论基础。WilliamJ.Roantree和OliverSaari分别在1968年和1986年设计了差动式行星滚柱丝杠和轴承环型行星滚柱丝杠。1987年，大冢次郎等对标准式的三大构件进行了运动学和轴向刚性分析。1996年，美国LemorP等推导出标准式的承载能力和传动效率等计算公式。当前行星滚柱丝杠理论研究主要集中于结构参数、啮合特性、运动学、承载特性、摩擦及效率等方向。目前，德国Schaeffler、瑞士Rollvis、瑞典SKF、德国INA、美国Exlar、瑞士GSA、英国PowerJack、德国LTK等国外龙头均在行星滚柱丝杠的精度等级、润滑维护、应用平台等领域形成理论体系，积累大量生产应用经验，形成针对下游各行业的成熟产品系列，但由于技术封锁，行星滚柱丝杠的设计、制造、装配等关键技术尚未公开。国内关于行星滚柱丝杠的研究起步较晚，国内企业尽管已实现小批量量产，但产品参数及品种均落后于海外，尚处于初级阶段。国内关于行星滚柱丝杠的研究起步于20世纪90年代，学界从结构设计、运动分析、接触特性等方面进行相关研究并收获一定成果。目前的基础理论研究仍处于初步阶段，尚未形成系统理论成果，在传动效率、性能分析、试验研究等方面的研究相对不足，因此尽管如博特精工、优励聂夫、扬州众孚等公司均已实现行星滚柱丝杠的小批量生产，但在传动效率、承载能力、精度、寿命、尺寸、生产一致性等指标上落后于海外，产品品种及应用范围也显著小于国外。中国大陆企业在滚珠丝杠中低端市场占据一定份额，但在高端市场的市占率仍较低。根据金属加工公众号，中国台湾的上银、银泰在国内中低端滚珠丝杠市场占据主要份额，而力士乐、THK、NSK等日德厂商基本垄断国内中高端滚珠丝杠市场。汉江机床、南京工艺等中国大陆企业在中低端市场占据一定份额，但在高端市场的市占率仅5%，在加工制造水平、生产规模都显著落后于海外龙头。近年来，随着国产高端滚珠丝杠性能不断提升，叠加价格优势，高端滚珠丝杠国产替代进程持续推进。国内滚柱丝杠市场仍由海外厂商主导，国内企业产品的应用场景相对有限。根据《E公司滚柱丝杠产品营销策略研究》，Rollvis和GSA各占据国内滚柱丝杠市场26%的份额，Ewellix占据14%的份额，而南京工艺、博特精工各占8%的份额，且产品应用场景集中于军工行业。近年来国内持续加大行星滚柱丝杠的相关研究，推动产学研积极合作。2009年之前，每年全球行星滚柱丝杠的专利申请数量不超过15项，且多来源于日本、德国、瑞士等国，申请人主要包括德国舍弗勒、瑞典SKF等海外巨头；而2010年至今，专利申请数量迅速增长，其中我国专利申请量显著提升，覆盖领域涉及总体结构设计、丝杠及螺母螺纹的加工制造、传动精度及效率测量、刚度特性试验等。国内如博特精工、汉江机床等企业积极联合南京理工大学等高校进行产学研合作，加强基础理论研究。我们认为，随着国内企业不断收获行星滚柱丝杠的理论研究成果，理论体系与产品矩阵有望持续完善，并实现国产行星滚柱丝杠的规模量产。3.市场空间扩容，高端丝杠国产替代持续推进3.1.滚珠丝杠：机床丝杠国产替代及汽车智能化趋势方兴未艾滚珠丝杠的主要应用场景是机床，汽车、机器人与生产线等领域也具备广阔应用空间。从产业链来看，滚珠丝杠的上游包括钢材等原材料及丝杠、螺母等零部件，而下游应用领域主要包括数控机床、航空航天、汽车等领域，其中机床是最主要的应用场景。随着制造业向数字化、智能化的转型升级，滚动功能部件在汽车、机器人与生产线领域等的应用也将逐步增加。适用于不同应用场景的滚珠丝杠精度等级各不相同，机床精度要求最高，工业机器人、通用机械等领域的精度要求相对不高。根据南京工艺官网，数控机床的精度等级覆盖P1-T10，以P1-P5为主，其中磨床与坐标镗床主要使用P3级以上的滚珠丝杠；半导体/印刷版制造设备的细分环节存在分化：曝光设备、引线焊接机、探测器所需精度等级在P1-P2，而化学处理设备的精度等级相对较低；工业机器人、通用机械专用机械的精度等级集中在P3-T10，精度等级相对不高；而冶金设备机械、电动注塑机、橡塑机械的精度等级相对较低。3.1.1.机床用滚珠丝杠市场空间稳步增长，高端丝杠国产替代进程提速机床是国家装备制造业最重要的基础装备，国产机床高端化发展提速。作为高端装备“工业母机”，数控机床是国家装备制造业最重要的基础装备，其品质对各类装备的性能与精度有直接影响。2015年以来，国产中高端数控机床发展提速，根据滚动功能部件用户调查分析报告，目前国内企业采用的中高端滚珠丝杠副部件的精度集中于P1-P3和P3-P5，合计占比达88.3%，印证了我国中高端数控机床装备水平正逐步提升。受益于新能源、精密模具等新兴行业崛起，国内数控机床市场空间稳步增长。随着精密模具、新能源、航空航天、轨道交通、3D打印、生物医药等高度依赖数控机床进行生产制造的新兴产业迅速崛起，数控机床空间稳步增长。根据前瞻产业研究院，预计2022/2026年我国数控机床市场空间分别为4024/5148亿元，2021-2026年CAGR达6.7%。机床作为“工业母机”受国家高度关注，出台相关政策支撑行业快速发展。机床作为“工业母机”，是智能制造装备的重要基础，其发展水平高低是我国从制造大国到制造强国转变的关键指标。当前，国家及各地方政府对智能装备、数控机床等产业都表现出高度的重视，制定并实施了一系列促进行业发展的法规及产业政策。滚珠丝杠用于实现机床工作台、刀架的精密进给。在数控机床中，滚珠丝杠接受伺服电机驱动，从而实现机床工作台、刀架的横向、纵向精密进给，是保证其制造精度、系统刚性、加工精度保持性的最核心部件，也是军民两用高端装备的关键基础部件。机床的一套运行机构通常由两道滚动直线导轨与一根滚珠丝杠构成。尽管全球多数机床厂倾向于自产自制主轴、摆头等功能部件，但基本外采滚动功能部件。受益于机床高端化发展，机床用滚珠丝杠市场空间持续增长。根据科德数控与纽威数控的招股说明书，2018-2020年传动部件采购成本占营收的平均占比分别为14.6%、11.5%、12.5%，随着机床高端化发展，对传动精度的要求逐步提升，假定2021年起每年占比提升0.2%；通常滚珠丝杠在机床传动部件中的价值量占比20%-30%，我们假定滚珠丝杠在传动部件中的价值量占比约为25%，测算得2022年国内机床用滚珠丝杠市场规模约61亿元。近年国内滚动功能部件产品性能稳步提升、进步显著，与海外差距或加速收窄。根据2020年第三届滚动功能部件用户调查分析报告，国产滚动功能部件的优势主要集中于价格及服务，性能优势从2011年的第4位升至第3位，且82.7%的被调查下游用户认为国内中高端滚动功能部件进步较大/进步很大。近年来国产滚珠丝杠副在中高端应用场景的使用比例显著提升，国产替代持续推进。根据第二届/第三届滚动功能部件用户调查分析报告，2020年采用中高端国产滚珠丝杠副的比例为40%-59%的公司占比由2011年的14升至34.3%，采用中高端进口滚珠丝杠副的比例为80%-100%的公司占比由2011年的52%降至7.1%。我们认为随着国内滚动功能部件厂商持续研发，推动提升丝杠产品性能，国内厂商在高端滚珠丝杠领域的市占率或持续提升。3.1.2.汽车智能化趋势下，车用滚珠丝杠市场空间扩容电子助力转向系统、电子驻车系统、线控制动系统等汽车零部件的渗透率提升或将抬升滚珠丝杠的应用规模。滚珠丝杠凭借高精度、传动效率高等优势，广泛应用于汽车各类传动系统中。随着汽车智能化发展，电子助力转向系统、电子驻车系统、线控制动系统等汽车零部件的渗透率有望持续提升，进一步抬升滚珠丝杠市场空间。电子助力转向系统（EPS）：随着新能源汽车对续航里程的需求持续提升，齿条式电动助力转向系统（R-EPS）有望凭借大扭矩推力、高传动效率持续提升渗透率，从而提升滚珠丝杠在电能源汽车中的应用。电子驻车系统（EPB）：当前EPB制动钳主要包括螺纹转动及滚珠丝杠传动，其中滚珠丝杠传动在传动效率、运行平稳性、使用寿命等方面更具优势，多用于中高端车型。滚珠丝杠将受益于EPB渗透率及滚珠丝杠在EPB中的渗透率提升。线控制动：从传动原理来看，电子机械制动系统（EMB）与电子液压制动系统（EHB）均使用滚珠丝杠以获得结构紧凑、高精度、低噪音等优势。3.2.行星滚柱丝杠：有望替代滚珠丝杠及液压传动，人形机器人抬升空间上限行星滚柱丝杠的应用场景非常广泛，目前主要运用于军工、航空航天等重载领域。行星滚柱丝杠具备高响应速度、高承载等优势，因此应用场景非常广泛，可作为大推力电动缸的关键传动零部件，应用于军工、航空航天、通用自动化、食品加工与包装、汽车、医疗机械、机床、石油化工、核工业等领域。目前受制于其高昂价格，主要应用于军工、压力机床、钢铁等有重载需求的特殊场景。根据《行星滚柱丝杠电动缸应用现状》，行星滚柱丝杠电动缸的应用领域主要集中在国防、汽车、冶金等领域。国防：应用于航天飞行器姿态控制、导弹发射架姿态控制、坦克炮杆随动系统和起落架收放等；汽车：以引进美国EXLAR产品为主，应用于压装、装配和焊接等生产线上；通用自动化：在地毯网布编制设备中，利用行星滚柱丝杠电动缸易于精确位置控制的特点，完成灵活多变的图案设计及编制加工；能源及控制：用于调节阀控制和辅助设备举升。行星滚柱丝杠的市场规模相对较小，未来或稳定增长。尽管行星滚柱丝杠具备高承载等优异性能，是诸多应用场景的优质选择，但由于高制造壁垒、高昂售价、存在替代方案等因素，行星滚柱丝杠的市场规模较小。根据PersistenceMarketResearch,2023年全球行星滚柱丝杠的市场规模约3亿美元，未来随着制造水平的发展，市场对高速、高精、高承载部件的需求不断提升，叠加国内厂商规模量产后推动售价下降，行星滚柱丝杠市场空间有望以6.4%的复合年均增长率增至2033年的5.57亿美元。3.2.1.行星滚柱丝杠有望替代滚珠丝杠及液压传动行星滚柱丝杠兼具高承载、高精度、长寿命、小体积等优势，更适用于高承载要求、高工况稳定性要求的应用场景，有望在多领域替代滚珠丝杠及液压传动。目前，典型的直线机构包括齿轮齿条、直线电机、气动缸、液压缸、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠。相较于滚珠丝杠，行星滚柱丝杠具有高承载、长寿命、高精度、高稳定性等优势，有望在大吨位注塑机、自冲铆设备、伺服压力机设备、航空航天等存在高承载要求、工况复杂的应用场景与医疗器械、光学仪器等存在高精度、小导程需求的应用场景替代滚珠丝杠。相较于传统液压传动设备，行星滚柱丝杠电动缸无油液泄露的污染问题，更易维护，还兼具高承载、高精度、快响应、高效率、低能耗、小体积等优点，是液压传动设备在机床、石油化工、航空航天、船舶、电力、工程机械等行业的理想替代产品。行星滚柱丝杠在制动系统、转向系统等汽车工业领域具备广阔的应用场景。电子机械制动系统（EMB）使用电信号实现制动，具有响应速度快、可靠性高等优点，相较于电子液压制动系统（EHB）去除繁杂的液压部件，整体结构更紧凑，同时避免真空助力器和制动管道破损泄露风险和制动液泄露问题。此外，EMB便于维修和日常养护，大大减少整车质量，提升汽车燃油经济性。当前EHB为行业主流，EMB尚在研发改进中，但发展前景广阔。此外，行星滚柱丝杠还有望应用于后轮转向系统（iRWS）、线控转向系统（SBW）等汽车工业领域，替代现有的技术体系成为主流技术方向。3.2.2.人形机器人：受益于产业化进程提速，进一步打开百亿市场空间特斯拉人形机器人契合“机器换人”的发展趋势，潜在应用场景及发展空间广阔。特斯拉人形机器人一经推出就引起市场广泛关注。随着我国人口红利消退，劳动供给减少，用工成本上行，“机器换人”也成为了近年的发展新趋势。人形机器人由于接近人体构造，工作场景适应能力强，被认为是未来替代人类从事的各类危险、重复或无聊工作的最可能选择，发展前景广阔。尽管当前人形机器人的应用场景相对有限，但产业端也在持续推进其在工业制造、医疗、养老、安全应急等领域的应用。特斯拉人形机器人产业化进程持续提速。自2021年特斯拉首次公布人形机器人项目以来，Optimus的进步肉眼可见。在2023年5月的特斯拉股东大会上，特斯拉人形机器人更是展现了不少精准操作的能力，产品落地并实现产业化似乎渐行渐近。根据23H1特斯拉财报电话会议，目前特斯拉已制作约10个Optimus机器人，预计明年在特斯拉工厂进行实用性测试。基于特斯拉拥有成熟的电动车产业链，且人形机器人与汽车等行业在零部件上可得到有效复用，我们认为特斯拉人形机器人有望于2025年实现小批量量产，产业化进程进一步提速。未来特斯拉人形机器人能否能实现马斯克“大规模生产、且售价低于2万美元”的目标，我们认为技术进步与降本是核心，应用场景的开拓进展也是需要重点关注的方面。Optimus机器人采用反向式行星滚柱丝杠方案。特斯拉Optimus人形机器人的关节主要由执行器驱动，包括14个旋转执行器、14个线性执行器与12个手关节执行器。我们根据关节位置及输出形式判断，特斯拉人形机器人中：肩关节使用3个旋转执行器；轴关节使用1个线性执行器；腕关节使用1个旋转执行器和2个线性执行器；髋关节使用2个旋转执行器和1个线性执行器；膝关节使用1个线性执行器；踝关节使用2个线性执行器；躯干使用2个旋转执行器。Optimus机器人采用反向式行星滚柱丝杠方案，其具有结构紧凑、承载力大等优势，可用于线性执行器实现关节传动的精准控制，助力机器人执行复杂精细的任务。Optimus产业化落地后有望为行星滚柱丝杠开拓超百亿的增量市场空间。我们假定特斯拉Optimus机器人线性执行器全部采用反向式行星滚柱丝杠，测算在Optimus发展的不同产业阶段可为行星滚柱丝杠创造的增量空间。根据阿里巴巴1688网等报价，当前Rollvis行星滚柱丝杠售价在1.2-2万元之间，假定行星滚柱丝杠实现国产替代，并随着工艺完善、规模效应而不断降低生产成本及售价。测算得当Optimus机器人销量达100万台时，对应的行星滚柱丝杠增量市场空间达140亿元。展望未来，根据马斯克采访言论，未来特斯拉人形机器人产量将达百万台，在技术成熟、成本进一步下探的情况下，其远期数量可能超过人类，行星滚柱丝杠将迎来广阔空间。而国内厂商凭借完善产业链配套与较低的人工成本，有望成为特斯拉人形机器人实现低成本产业化的核心力量。从丝杠的制备壁垒来看，我们认为具备丝杠制备相关技术积淀、具备资金实力、较早布局丝杠业务的企业有望乘人形机器人产业化进程推进的东风而充分受益。4.重点公司分析4.1.恒立液压：国内液压行业龙头，积极布局滚珠丝杠/行星滚柱丝杠公司是国内液压行业龙头，产品系列丰富。公司是国内液压件龙头，产品系列包括高压油缸、高压泵塞泵、液压多路阀、工业阀、液压系统、液压测试台及高精密液压铸件等。液压元件及系统是大型机械核心传动装置，公司下游领域包括行走机械、地下掘进设备、海工海事机械、特种车辆、新能源等，客户包括卡特彼勒、日本神钢、久保田建机、三一重工、徐工机械、中铁工程等全球知名主机厂商。公司精密加工制造技术底蕴深厚，积极布局线性驱动器等新业务，预计24Q2实现投产。电动缸是液压缸的升级产品，采用机械结构传动，具有清洁、能效高、性能稳定、精度高等优势，在特定场景下能够替代液压缸及气动缸，市场前景广阔。经过多年研发，公司具备高精密液压铸造技术、摩擦焊接技术、热处理技术、高压密封技术、测试技术和先进机加工工艺技术等技术积淀，还具备较高的工艺集成能力与深厚工艺基础数据积累，拥有生产滚珠丝杠的技术、工艺及设备基础，积极布局液压行业替代升级技术。2023年1月，公司以56.4元/股非公开发行3546万股，募资约20亿元投向线性驱动器、超大重型油缸等项目。建成后将形成年产10.4万根标准滚珠丝杆电动缸、4500根重载滚珠丝杆电动缸、750根行星滚柱丝杆电动缸、10万米标准滚珠丝杆、10万米重载滚珠丝杆的产能。根据公司2023半年报，线性驱动器项目处于基建中，预计24Q2实现投产。4.2.贝斯特：涡轮增压器零部件国内领先，凭借相关技术积淀切入滚珠丝杠赛道公司是国内涡轮增压器零部件领先企业，三梯次产业联动驱动成长。公司专注于精密零部件与智能装备及工装产品的研发、生产及销售，并将业务向高端航空装备制造及工业自动化装备延伸，目前形成“精密加工为特长、铸造产业为支撑、智能装备为驱动”的三梯次产业联动发展：第一梯次，涡轮增压器业务为公司主营业务，积极向增程式、混动汽车零部件拓展；第二梯次，定位电动汽车、氢燃料汽车核心零部件，向新能源汽车零部件赛道进行转型升级；第三梯次，全面布局直线滚动功能部件，向“工业母机”新赛道切入。凭借精密零部件生产技术积淀全面布局滚动功能部件，滚珠丝杠等产品已下线并进行送样验证。公司充分发挥工装夹具、智能装备等领域的技术优势及汽车行业的生产管理体系优势，以全资子公司宇华精机为独立平台，全面布局直线滚动功能部件，大力开拓高端机床、半导体装备、自动化产业、机器人等市场。公司积极吸引具有海内外知名企业工作经历的专业技术/管理人才加盟，并结合公司深耕智能装备等领域多年培养的自身技术人员，打造了经验丰富、技能过硬的技术团队。此外，公司引进约300台生产及检测等进口设备，配套软件及系统、公辅系统等30余套，项目达产后将具备年产15万套高精度滚珠丝杠副及24.8万米高精度滚动导轨副部件的生产能力。根据公司投资者关系活动记录表230908，23H1高精度滚珠丝杠副、直线导轨副等产品已实现首台套下线，部分产品已送样战略客户进行验证。4.3.秦川机床：可实现滚珠丝杠及其精加工设备量产，技术积淀国内领先公司在丝杠及其生产设备螺纹磨床等领域均具备深厚技术积淀，滚珠丝杠市占率国内领先。公司专业从事机床工具制造，是我国机床工具行业品类最多、精密复杂程度最高、产业链最完整、综合竞争优势显著的企业之一，在齿轮加工机床、加工中心、车削中心、螺纹磨床、复杂刀具等领域处于国内第一梯队，旗下核心产品包括磨齿机、螺纹磨床、数控机床、外圆磨床、加工中心等。控股子公司汉江机床建于1965年，是当时国内唯一一家螺纹磨床定点生产商，具备国内领先的精密螺纹加工技术，滚珠丝杠产品可应用于五轴机床、新能源汽车、自动化等高端制造领域。公司使用自制螺纹磨床制备滚珠丝杠，通过技改推动设备及丝杠的精度持续提升，积极扩张滚珠丝杠的产能。公司在丝杠的制备过程中，除立式加工中心、数控车床、钻床等部分粗加工通用设备采用外购，精加工全部为自主研发制造的螺纹磨床。截至23H1，汉江机床SGK7432×20/1高精度数控丝杠磨床磨削精度能稳定达到P1级，达到国内先进水平。通过对螺纹磨床的高效升级改造，公司丝杠精度由P1升至P0级，通过配置自制设备可提升30%的效率，从而缩减15%的成本。“新能源汽车领域滚动功能部件研发与产业化建设项目”于2025年达产后，滚珠丝杠/精密螺杆副产能将由10万件/年提升至38万件/年。4.4.五洲新春：国内轴承优质企业，汽车用滚珠丝杠进展迅速国内领先的轴承制造商，在热处理等加工工艺与原材料上具备一定优势。公司依托轴承核心关联技术逐步向风电滚子等产品拓展，主营产品涉及轴承、精密机械零部件与汽车安全系统、热管理系统零部件，是国内少数涵盖精密锻造、制管、冷成形、机加工、热处理、磨加工、装配的轴承、精密零部件全产业链企业。公司轴承磨前技术全球先进，是国内轴承行业进口替代最具实力与潜力的企业之一，与轴承套圈、风电、汽车等下游领域的头部客户均有合作关系。在技术方面，公司拥有多年的精密制造经验，在热处理技术与冷成形加工等方面拥有国内领先的自主创新能力；在材料方面，公司与国内特种钢材供应商中信特钢合作多年，成功积累对特种钢材添加微量元素的相关经验。汽车用滚珠丝杠或于23H2量产，机器人用丝杠有望于23H2交付样品。公司重点跟踪机器人下游客户与最终用户的技术发展路线，研发生产机器人轴承及滚珠丝杠等零部件。根据公司公告，公司自2021年就开始研发转向系统丝杠螺母轴承组件，23H1成功研发出新能源汽车电子助力转向系统（EPS）中控制精度最高的齿条式电动助力转向系统（REPS）所需的丝杠螺母轴承组件、新能源汽车电子驻车（EPB）、电子机械刹车（EMB）及电子液压刹车系统（EHB）等领域滚珠丝杠产品。近期公司与现有及潜在客户就滚珠丝杠进行积极沟通，部分产能将于23H2实现量产，成为公司业绩的又一增长极。此外，公司与主流机器人系统供应商在滚珠丝杠、滚柱丝杠等领域开展技术交流，有望于23H2取得突破并交付样品。4.5.长盛轴承：国内自润滑轴承先行者，加码汽车用滚珠丝杠国内自润滑轴承头部企业，技术积淀深厚，客户资源丰富优质。公司主营产品为自润滑轴承、低摩擦副零部件及相关精密铸件，广泛应用于工程机械、汽车、能源、港口机械等行业。经过多年研发积累，公司掌握减摩材料、高分子聚合物等核心技术，摩擦学材料研发经验丰富，并积极拓展延伸相关应用技术。公司产品定位中高端市场，已进入卡特彼勒、利勃海尔、沃尔沃、杰西博、日立建机、小松、现代等全球知名主机厂的供应体系，并与美驰、克诺尔、伯尔克、三一集团、海天精工等企业建立长期稳定的合作。定增加码滚珠丝杠，开启第二成长曲线。公司于2022年9月发布定增预案，拟投资2.65亿元用于扩建年产自润滑轴承及滚珠丝杠产能，建成后将实现3万套滚珠丝杠的年产能。根据公司2023年7月6日投资者关系活动记录表，公司滚珠丝杠主要用于商用车变速箱、乘用车制动、转向及驻车系统，目前已取得商用车主机厂定点，并积极开拓乘用车用户，预计今年有望得到汽车客户的量产计划。未来公司会将滚珠丝杠在人形机器人中的应用纳入重要日程。4.6.恒而达：金属切削刀具为主业，直线导轨业务推进迅速金属切削刀具小巨人，凭借热处理、金属加工技术积淀切入滚动功能部件行业，实现生产设备自制。公司以金属切削刀具及配套智能数控装备、高精度滚动功能部件为主业，经过多年研发积淀，在金属材料与热处理工艺取得创新突破，拥有多套自制自动化设备，成功实现重型模切工具国产替代，重型模切工具多年市占率居首。经过市场调研与技术探索，叠加公司在热处理、金属加工工艺上的技术积淀，公司将高精度滚动功能部件（直线导轨副）列入产品发展规划并于2022年正式启动产业化。公司利用智