机械设备行业深度报告：人形机器人推动丝杠需求，国内厂商突破量产壁垒

2025年6月24日证券分析师：商俭 执业证书编号：S0630525060002，联系方式：shangjian@longone.com.cn投资建议● 行星滚柱丝杠性能优异，但制造壁垒高量产难。在线性执行器中，行星滚柱丝杠因体积空间小，高效精准的大推力输出，以及耐用稳定的性能等特点正被广泛的应用在汽车工业、工程机械、机床设备、机器人、医疗器械、石油天然气等行业，并逐步替代现有技术体系成为主流技术方向。然而，行星滚柱丝杠量产制造难度大壁垒高，需具备特种金属材料、成熟工艺流程和高端磨床设备，所以制造成本高，难实现大规模量产和扩产。2022年全球行星滚柱丝杠市场为12.7亿美元，规模仍较小。● 人形机器人量产提速，丝杠市场空间倍增。目前，国内外人形机器人产品正呈多点开花态势，多个主要企业陆续披露量产规划。Optimus量产计划2026年5万台，2029年50-100万台。行星滚柱丝杠优越的特性使其成为人形机器人直线关节的理想选择，能够满足高精度、高负载、高可靠性和小型化的需求，特别是在特斯拉Optimus等先进人形机器人中得到广泛应用。根据行业内主要公司量产规划，预计2029年人形机器人行星滚柱丝杠需求将达1400万个，全球增量市场将达112亿元。● 欧洲厂商主导市场，国内企业加速突破。2022年我国滚柱丝杠市场份额排名前四的厂家分别是Rollvis（瑞士）、GSA（瑞士）、Rexroth（德国）、Ewellix（瑞典），市占率分别为27%、26%、13%、12%。目前行星滚柱丝杠国产化较低、制造量产难度大，高端厂商集中在欧洲。但是，随着人形机器人量产带动需求提升，欧美厂商扩产反应缓慢，给国内企业创造窗口期机遇。国内企业正加速布局滚柱丝杠产品，多家公司正对主要客户送样，少数企业已实现定点，未来有较大弹性空间。● 建议关注：国内在行星滚柱丝杠领域获重点客户定点，配备高端加工设备，长期工艺技术积累，有相关产品技术储备，注重研发创新的上市公司，恒立液压、五洲新春、贝斯特、北特科技、双林股份、秦川机床、华辰装备。● 风险提示：人形机器人量产进程不及预期；国产替代进度不及预期；原材料价格波动风险；行业竞争风险。 证券研究报告 HTTP://WWW.LONGONE.COM.CN 请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明 CONTENTS一、行星滚柱丝杠壁垒深厚，下游应用领域逐步拓展二、人形机器人量产提速，丝杠市场空间倍增三、欧洲厂商主导高端市场，国产丝杠厂商加速突破四、建议关注：把握国产丝杠突破机遇五、风险提示行星滚柱丝杠的结构组成与原理●标准式行星滚柱丝杠基本结构主要包括丝杆、滚柱、内齿圈、保持架和螺母等主要零件。其原理是丝杆旋转，带动滚柱绕丝杆轴向公转同时绕自身轴线自转，然后滚柱带动螺母做轴向运动其中，滚柱与螺母螺旋升角相等以实现二者之间无相对轴向位移，而丝杆螺旋升角大于滚柱螺旋升角以实现轴向和周向运动。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。资料来源：Rollvis 产品手册，《金属加工》机械工业信息研究院，《行星滚柱丝杠承载与摩擦特性研究》杜兴，东海证券研究所整理图：标准行星滚柱丝杠结构组成丝杆内齿圈滚柱螺母保持架图：丝杠将旋转运动变成直线运动 线性执行机构中行星滚柱丝杠性能具有显著优势行星滚柱丝杠具有诸多优势：●高承载：在同样体积的情况下，滚柱丝杠有更大的接触面积，将承载力平均分散在更大的表面，从而减小了摩擦力并延长了使用寿命，静载为滚珠丝杠的3倍，寿命为滚珠丝杠的15倍●高速度：滚柱丝杠能承受更高的输入转速从而实现更大的直线速度。最高线速度可达2000mm/s，输入旋转转速可达5000rpm或者更高●体积小：行星滚柱丝杠为螺纹传动，螺距设计范围更广，导程可以设计的比滚珠丝杠更小，相同承载能力下，滚珠的体积比滚柱大2/3●高精度：丝杠轴是小导程角的非圆弧螺纹，有利于达到较高的导程精度，可实现精密微进给●噪音低：滚珠丝杠内的珠子在辊道内需要在某一点上做方向切换，滚柱与主丝杠同步做圆周运动，致使滚柱丝杠拥有更小振动和噪音资料来源：《行星滚柱丝杠承载与摩擦特性研究》杜兴，西安方元明科技官网，东海证券研究所整理表：主要线性执行机构性能对比 齿轮齿条液压伺服滚珠丝杠行星滚柱丝杠承载力高很高高很高寿命较长较长较长很长速度较快中等中等很快泄露有有无无位置可控容易困难容易容易抗冲击高很高很高很高机械刚度高高中等较高体积大大中等小摩擦小小小小效率很高中等很高较高安装简单复杂简单简单行星滚柱丝杠应用持续拓展，目前全球市场空间仍较小●行星滚柱丝杠因其体积空间小，高效精准的大推力输出，以及耐用稳定的性能等特点正被越来越广泛的应用在工业领域。在汽车工业、工程机械、机床设备、机器人、医疗器械、石油天然气等行业，行星滚柱丝杠技术正逐步替代现有技术体系成为主流技术方向。根据DATAINTELO的数据，2022年全球行星滚柱丝杠市场规模为12.7亿美元，全球市场规模仍较小，应用领域在持续拓展中。资料来源：新剑传动官网，东海证券研究所整理图：行星滚柱丝杠应用领域拓展广泛精度决定丝杠应用领域●精度决定丝杠应用领域。丝杠的精度表示方法为：不论丝杠有多长，任取一段300mm，误差都在等级代表的精度之内。普通机械采用C7，C10级，数控设备一般采用C5，C3级，航空制造设备，精密投影及三坐标测量设备等一般采用C3，C2精度。另外，C7，C10级一般采用冷轧方法制造精度较低，C5级及以上采用磨削方法制造。研磨级丝杆，适合精度要求高的场合。 精密等级日韩C0C1C2C3C5C7C10精度（um）3.55781850210国内P1P2P3P4P5P7P10精度（um）6812162352210资料来源：滚珠丝杠副精度标准 (摘自GB/T 17587.3-1998)，东海证券研究所表：滚珠丝杠任取一段300mm精密等级划分图：精度决定丝杠应用领域行星滚柱丝杠量产三大壁垒：原材料、工艺流程与加工设备 国内国外表层区过渡区心部区●丝杠对原材料的要求十分严苛。丝杠在反复运动过程中会受到连续振动、冲击和摩擦，因此对于材料的强度、刚性、耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性、承载力等一定要求，普通的金属材料无法满足需求，通常需要特种金属材料来进行制备。●国产与国外丝杠材料存在一定的差距。从国产Cr/Mo钢滚珠丝杠与国外同类滚珠丝杠的显微组织对比可知：国内产品的微观有显著的方向性带状组织,容易造成在变形过程中的应力集中,甚至出现裂纹。严重的带状组织往往伴随着晶粒尺寸的不均匀，导致各部位的性能不一致,在发生变形时容易在晶粒粗大的、脆弱的部位首先形成微裂纹,从而导致断裂。国产丝杠存在的带状偏析组织是造成其使用性能不佳的重要原因。表：国内国外滚珠丝杠产品材料微观对比资料来源：《国产Cr/Mo钢滚珠丝杠与国外同类产品的质量分析》 丁霞，东海证券研究所整理行星滚柱丝杠量产三大壁垒：原材料