2023年中国丝杠行业发展现状：滚珠丝杠产需缺口较大人形机器人打开行业发展空间[图]_行业动态

2023年中国丝杠行业发展现状：滚珠丝杠产需缺口较大人形机器人打开行业发展空间[图]

2024-09-30 行业动态

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，主要使用在于传动和控制管理系统中，大范围的应用于数字控制机床、制造设备、机器人、精密仪器等领域。从发展历史来看，我国起步较晚，主要聚焦在中低端产品，而高端产品因具有较高的壁垒，与海外巨头有很大的差距。预计未来随国家政策的支持，丝杠行业国产化率将逐步的提升。作为核心传动部件的丝杠，是人形机器人的重要组成部分，预计未来随着人形机器人的加快速度进行发展，丝杠发展空间将不断扩大。

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，主要使用在于传动和控制管理系统中，大范围的应用于数字控制机床、制造设备、机器人、精密仪器等领域。依照结构不同，丝杠可分为滚珠丝杠、行星滚柱丝杠和梯形丝杠。其中，滚珠丝杠由螺母、螺纹丝杠、滚珠构成，通过内置滚珠的滚动摩擦实现传动，具有摩擦小、精度高等优势；行星滚柱丝杠主要由丝杠、滚柱、螺母、内齿圈、保持架和弹性挡圈组成，通过滚柱与丝杠、螺母间的螺纹啮合来实现传动；梯形丝杠由螺母和螺纹丝杠构成，主要是依靠滑动摩擦进行传动，价格低，但导程精度、传动效率等性能较差，通常用于工作要求低的场景，目前已基本实现国产替代。由于丝杠对精度、强度、耐磨性、可靠性等方面具有较高的要求，这就需要成熟的加工工艺、先进的生产设备、高质量的原材料来支撑，丝杠行业具有较高的壁垒。

滚珠丝杠起源于19世纪末，1940年美国首先将滚珠丝杠用于汽车转向装置上，使其正式商品化。1952年，第一台数字控制机床问世，为滚珠丝杠专业化生产提供动力。1970年，欧美各大厂商各类型行星滚柱丝杠产品成熟。当前，滚珠丝杠逐渐向“高速度、高精度和高可靠性传动”演进，高端市场主要份额由欧美品牌所占据。国内丝杠起步较晚，20世纪50年代才开始开展大量滚珠丝杠相关研究，1964年研制出我国第一套滚珠丝杠副。在国家政策的全力支持下，我国滚珠丝杠加快速度进行发展，1991年国产制造标准已完全与国际标准接轨。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，这也就导致高端产品对国外依赖程度较高。预计未来随国家政策的全力支持，丝杠国产化率将不断提升。

由于滚珠丝杠生产壁垒较高，导致国内滚珠丝杠制造商数量稀少，市场供给量较少。但是，滚珠丝杠作为一种高精密传动部件，在工业自动化、机器人、航空航天等领域具有广泛应用，这使得市场需求量较大。2022年，中国滚珠丝杠产量将达到1100万套，需求量将达到1555万套，仍处于供不应求的局面，行业供需缺口仍然较大。预计未来随着国内高端装备制造的推进，行业持续加大研发技术力度，滚珠丝杠生产能力将得到快速释放，行业市场需求量也将得到满足。

据统计，在中端市场中，中国大陆企业占据一定的市场占有率，达30%，但在高端市场中，中国大陆企业仅占5%，而力士乐、THK、NSK等德日厂商基本垄断国内高端滚珠丝杠市场，表明国内在加工制造水平、生产规模等方面都显著落后海外有突出贡献的公司，国产替代空间广阔。近年来，随着国产高端滚珠丝杠性能不断的提高，叠加价格上的优势，高端滚珠丝杠国产替代进程持续推进。

行星滚柱丝杠结构与滚珠丝杠相似，是将滚珠替换为具有螺纹结构的滚柱，而丝杆和螺母结构基本相似。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。行星滚柱丝杠上游环节包括合金结构钢、马氏体不锈钢等原材料，以及丝杠、螺母等核心零部件；中游根据滚柱相对于丝杠和螺母的运动关系，行星滚柱丝杠可分为标准式、反向式、循环式、差动式和轴承环式五种。其中，标准式是当前应用最为广泛的类型，大多数都用在精密机床、机器人、军工装备等领域；反向式用于航空、航天、船舶、电力等领域；循环式用于医疗器械、光学精密仪器等领域；差动式用于传动比较大、承载能力较高的应用场合；轴承环式一般适用于高承载、高效率等场合重型机械等领域。

与滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠优势越来越明显。在承载能力方面，由于滚柱与丝杠接触面积大，且所有滚柱同时参与啮合成线接触，在相同丝杠直径下，行星滚柱丝杠要比滚珠丝杠承载能力更高。在节约空间方面，行星滚柱丝杠安装空间紧凑，相同负载下比滚珠丝杠节省三分之一的空间。在传统效率方面，行星滚柱丝杠采用滚动摩擦代替滑动摩擦，传动效率最高可到90%。此外，还有速度和加速度特性好、定位精度高、工作寿命和可靠性高等优点。

梯形丝杠结构相对比较简单，主要由丝杠和螺母组成，安装简单方便，但精度较低，刚性较差。与滚珠丝杠相比，梯形丝杠没有滚珠，螺母和丝杠之间的运动完全依靠机械接触产生滑动，属于滑动摩擦，所以梯形丝杠也叫滑动丝杠。梯形丝杠的传动效率大约在15%-85%，与上述两种丝杠相比传动效率较低，具有耐磨性能好、寿命长等特点，被大范围的应用于工业要求较低的场景，如机械、自动化、消费品等领域，目前已基本实现国产替代。

人形机器人是指一种旨在模仿人类外观和行为的机器人，尤其特指具有和人类相似肌体的种类。随着科学技术的慢慢的提升，人形机器人逐渐走进并改变着我们的生活方式。截至目前，人形机器人已取得显著的进展，已经从早期的概念验证到今天的商业化应用。早期，通过采用生物仿真学原理，实现更接近人类运动的机器人；随后人形机器人的感知能力逐步的提升，使其能够很好地理解和应对周围环境；然后，人形机器人的智能化程度慢慢的升高，可处理较为复杂的任务和学习新技能；最后，一些公司开始将人形机器人引入商业领域，并在一些市场中实现商业化。

特斯拉人形机器人进展迅速，2021年8月特斯拉发布了人形机器人的概念；次年10月就正式亮相人形机器人Optimus；2023年3月，人形机器人取得新进展，能够插拔插头、使用电动工具；2023年5月展示更多的机器人前进的画面，并展示电机扭矩控制、环境探测与记忆、双手复杂任务等能力；2023年9月，在控制能力和执行能力方面取得新进展；2023年10月，完成“世界上最大扭矩和功率密度的执行器”。

人形机器人是通过传动部件来驱动关节的移动或转动，以此来实现机身、手臂和手腕的运动，因此丝杠是人形机器人的重要组成部分。根据Tesla AI Day的预测数据，以特斯拉Optimus为例，在2023年人形机器人核心零部件价值量占比中，丝杠占比达到14%；2030年丝杠占比增加2个百分点至16%，丝杠占比不断提升。

从全球范围来看，人形机器人已有商业应用场景预期落地，如美国1X technologies公司与ADT commercial公司共同研发的人形机器人EVE目前已成功应用于巡逻安保场景；Digit主要使用在于仓储物流环节，包括卸载货车、搬运箱子、管理货架等，预计将于2025年全面上市。在中国，2023年12月，乐聚与深开鸿携手推出的国内首款基于开源鸿蒙的人形机器人，该机器人可实现任务作业、规划导航等功能，同时还能够实现复杂地形自主行走、持续连续跳跃等运动。据悉，该款机器人已实现商业化落地，第一批订单已陆续开始交付。未来，在政策、资本和技术多维度赋能下，人形机器人市场的潜力有望被加速释放。根据GGII数据，预计到2030年全球人形机器人市场规模有望达到200亿美元；中国有望达到50亿美元。随着人形机器人的加快速度进行发展，作为核心传动部件的丝杠也将迎来快速放量，丝杠未来发展的潜在能力巨大。