核心部件之丝杠行业专题研究：高壁垒大空间，多企业布局加速国产替代

核心部件之丝杠行业专题研究：高壁垒大空间，多企业布局加速国产替代姚健(证券分析师)S0350522030001yaoj@ghzq.com.cn证券研究报告2023年09月21日机械设备1请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2核心提要◆滚珠丝杠是将旋转运动转换成线性运动的重要传动装置，下游应用广泛；行星滚柱丝杠以小螺柱代替钢球传动，相比滚珠丝杠更具高承载、小体积、高速度、高精度、长寿命等优势，但技术壁垒高，主要被海外垄断，昂贵的价格限制了其应用拓展。◆滚珠丝杠市场空间广阔。根据Zion Market Research预计，2030年全球滚珠丝杠市场规模达到405.7亿美元；亚太地区成为最大市场。从应用领域来看，工业母机对丝杠精度要求最高，人形机器人市场增长最快，但结构极复杂；电动车领域丝杠要求最低。◆我国高端丝杠产品国产化率不足10%，据华经产业研究院数据，2021年中国滚珠丝杠副产量达到983万套，需求量为1406万套，供需缺口明显。THK、NSK等海外厂商研发技术和市场份额全球领先。行业利好政策支持下，国产替代有望加速。◆恒立液压：国内液压件龙头企业，2021年非公开募集14亿元用于线性驱动器项目，预计于2024Q1达产，公司预测项目可创造营收约21亿元，有望开启公司第三增长曲线。◆贝斯特：深耕精密零部件领域，2022年设立全资子公司宇华精机横向布局工业母机滚动功能部件，第一期设备已到位，规划产能价值5亿元，目前首台套产品已成功下线，年底有望实现部分产能；二期规划产能价值10亿元。◆秦川机床：子公司汉江机床多年深耕滚珠丝杠，2022年定增募投项目达产后，滚珠丝杠/精密螺杆副产品总产能将提升至38万件/年；滑动直线导轨总产能将提升至18万米/年。◆恒而达：布局高精度滚动功能部件（直线导轨副），2023H1部分产品已开始小批量生产，实现营收978.8万元。公司已建成直线导轨年产能74.5万米，滑块年产能134万块，产能放量有效改善毛利率水平。◆长盛轴承：2022年定增募投项目将扩建3万套滚珠丝杠产能，计划2年建设完成，主要用于商用车变速箱，乘用车制动、转向及驻车系统等。◆投资建议：滚珠丝杠/行星滚柱丝杠下游需求景气，市场空间广阔；但高壁垒导致国产化率较低。目前多家国内企业加速布局，国内加工工艺和技术提升背景下，产能逐步放量后有望充分受益，建议关注恒立液压、贝斯特、秦川机床、恒而达、长盛轴承等。◆风险提示：设备进口受限风险，原材料价格波动风险，下游行业需求释放不及预期风险，国产化替代进展不及预期风险，重点关注公司产能释放进度不及预期风险。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明3滚珠丝杠：将旋转运动转换为线性运动的重要传动装置● 滚珠丝杠基本组成部分包括轴、螺母和它们之间螺纹中的滚珠，电机通过联轴器带动丝杠轴转动，丝杠轴上的螺母在螺旋形螺纹的驱动下实现直线往复运动，从而将电机的旋转力矩转化为设备运动所需要的直线方向的驱动力。滚珠丝杠能够将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，是最常使用的机械传动元件之一，具备高精度、可逆性和高效率的特点，被广泛用于数控机械、精密机床、工业机械、电子机械和航空航天业等领域。图表：滚珠丝杠副构成部分图表：滚珠丝杠副资料来源：华经情报网，《滚珠丝杠副发展及研究现状》（汤文成、徐楠楠，2016），国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明4滚珠循环方式分为内循环和外循环● 根据螺母中的滚珠循环方式，主要分为内循环和外循环方式。内循环结构中，螺母侧面孔内装有反向器，滚珠在反向器作用下越过丝杠螺纹顶部进入相邻滚道内，形成一种单循环方式，滚珠循环过程中始终与丝杠表面接触，具有结构紧凑、流畅性高， 回路短、传动效率高等优点，但反向器槽型加工较复杂。外循环结构中，滚珠会离开丝杠的螺纹滚道，通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间返回循环，具备加工方便、传动效率高的优点，被广泛应用。图表：内循环和外循环结构图表：不同结构的滚珠丝杠资料来源：《滚珠丝杠副的发展趋势》（肖正义，2000），中捷众创公众号，国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明5下游以数控机床、机器人、工业机械为主● 从产业链来看，滚珠丝杠副/行星滚柱丝杠副上游主要包括钢材等原材料，以及丝杠、螺母、滚珠、挡圈等零部件；下游应用领域主要包括数控机床、机器人、智能汽车、航空航天、工业机械等。资料来源：华经情报网，国海证券研究所图表：滚珠丝杠副产业链请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明62030年全球滚珠丝杠市场规模有望达405.7亿美元● 滚珠丝杠作为重要的机械传动元件，下游应用市场主要包括工业机器人技术和管道场景等，终端市场主要面向航空、制造、能源和公共事业等领域。全球滚珠丝杠市场前景广阔，根据Zion Market Research数据，2022年全球滚珠丝杆市场规模达到230.5亿美元，预计2030年全球市场规模可达405.7亿美元，CAGR约为7.32%。分区域来看，亚太地区依托制造业产业链优势，市场份额占比最高；新技术创新及自动化程度提升下，北美成为全球第二大滚珠丝杠市场。图表：2021年全球滚珠丝杠市场分布图表：2022-2030年全球滚珠丝杠市场规模及预测资料来源：Zion Market Research，Extrapolate，国海证券研究所230.5405.7050100150200250300350400450202220232024202520262027202820292030请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7行星滚柱丝杠：以小螺柱代替钢球传动● 行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的主要区别是负载的传递单元使用螺纹滚柱而不是滚珠。行星滚柱丝杠在主螺纹丝杠的周围，行星布置安装了6-8个螺纹滚柱小丝杠，利用电机的旋转转换为丝杠或螺母的直线运动，具有大推力、高精度、高频响、高效率、长寿命的特点，适用于传动精度、承载能力、使用寿命较高的旋转与直线运动转化装置。● 根据结构和工作原理的不同，行星滚柱丝杠可分为标准式、反向式、差动式和循环式结构。其中，反向式、差动式和循环式结构均是为了适应不同应用场景，在标准式基础上发展而来，各有优劣。资料来源：《循环式行星滚柱丝杠副的设计及运动连续性研究》（李巧，2021），《行星滚柱丝杠传动精度分析与设计》（柯浩，2020），国海证券研究所图表：各类行星滚柱丝杠结构形式示例图结构组成特点及应用场景标准式结构包括三大构件（丝杠、滚柱、螺母）、内齿圈、挡圈和保持架。三大构件的牙型角皆为90°，滚柱采用弧形牙型，两端光轴固定在挡圈上沿圆周均匀分布的孔内，内齿圈与滚柱两端直齿啮合能够实现较大行程，适用于环境恶劣、高负载、高速等场合，主要应用于精密机床、机器人、军工装备等领域反向式与标准式相比，内齿圈改为外齿圈，螺母为主动件，丝杠为输出构件可作为一体式机电作动器，结构紧凑，可替代传统液压、气压伺服作动系统用于航空、航天、船舶、电力等领域；但行程受螺母内螺纹长度的限制差动式与标准式相比，去掉了滚柱直齿和两个内齿圈，滚柱与螺母均为沟槽状，两端直径较大的螺纹段与丝杠啮合，中间直径较小的螺纹段与螺母啮合导程小，适用于传动较大、承载能力较高的