丝杠行业专题分析：高壁垒大空间，多企业布局加速国产替代
（报告出品：国海证券）
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。
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。
2030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。
行星滚柱丝杠优势明显但价格昂贵
滚珠丝杠副由于滚珠直径受限，很难满足空间小、重载的工况要求；行星滚柱丝杠副相比滚珠丝杠副具备多项优势：（1）高 承载：滚柱的几何形状比滚珠的球形提供了更多的接触点，具有更高的承载能力和刚度。（2）小体积：相同承载能力下，滚 珠的体积比滚柱大2/3。（3）高速度：保持架使运动过程中的相邻滚柱之间不相互碰撞，工作速度更高。（4）高精度：滚柱 丝杠中丝杠螺旋升角较小，牙型轮廓为90°的三角形，该结构具备更高精度，进给量可精确至毫米以下。（5）长寿命：根据 GSA寿命试验，相同工况下的滚柱丝杠是滚珠丝杠实际寿命的15倍。但同时，行星滚柱丝杠高性能造成其高技术壁垒，主要被 国外厂商垄断，价格昂贵，限制了其应用范围。
人形机器人快速发展，市场空间广阔
特斯拉 Optimus 量产在即，国内机器人产业链发展提速。随着全球工业机器人行业逐渐成熟，以及AI技术快速发展，人形机 器人行业进入萌芽期。相比于工业机器人，人形机器人更能适应于各类现实生活的场景，使得机器人能从专用转向通用，增大 规模效应降低成本。据中国网财经2022年10月报道，特斯拉Optimus人形机器人将于3-5年内实现量产上市，产量可达百万级， 价格控制在2万美元以内。优必选、小米相继推出Walker X、 Cyber One等产品，腾讯、字节跳动等国内企业也纷纷布局，有 望逐步缩小中外技术差距，推动我国人形机器人产业发展。人形机器人在全球范围内处于高速发展阶段，未来市场增长潜力较大。根据中商产业研究院数据，2022年全球人形机器人市场 规模达到15亿美元，预测到2028年市场规模将增至138亿美元，2022-2028年CAGR约为44.75%。
特斯拉O pt i m us预计使用1 4个行星滚柱丝杠
根据《Tesla AI Day 2021》，特斯拉人形机器人Optimus整体躯干共有12个手指关节执行器和28个关节执行器（14个线性 执行器+14个旋转执行器），主要包括肩部6个旋转执行器、肘部2个线性执行器和2个旋转执行器、腕部4个线性执行器、腰部 2个旋转执行器、髋部4个旋转执行器、腿部8个线性执行器。各关节执行器设计维度较多，速度、转矩、电能输入等方面结合 驱动器整体的质量、总成本需要综合考虑，成本敏感性较强，特斯拉通过建立多个驱动器的设计方案云，运用AI模型选取最优 可行方案，大大提高零部件通用程度。其中，线性执行器主要由电机、行星滚柱丝杠、位置传感器、力矩传感器组成。
丝杠技术壁垒较高，国产化率低
滚珠丝杠/行星滚柱丝杠副具有较高技术壁垒。加工工艺方面，精密滚珠丝杠从加工工艺角度划分为磨削滚珠丝 杠和冷轧滚珠丝杠两大类，磨削滚珠丝杠是按照基准统一原则，以两端中心孔为加工工艺工序基准，通过热处 理、车削、磨削等几十道工序逐一完成，制造精度可达P1级，可作为高精度设备中的定位部件；冷 轧滚珠丝杠 成本低，效率高，但制造精度停留在P7级左右，只能作为传动部件应用于一般场景。技术方面，为保证传动过 程中的精度保持性和功能可靠性，丝杠副产品需要具备较高的尺寸稳定性、可靠性、易成形性和生产效率等， 对企业新材料及热工工艺及其装备的技术研发能力提出较高要求。
目前，目前我国丝杠产品国产化率较低，尤其是高精度丝杠国产化率不足10%。国产丝杠在价格和服务上虽然 更具优势，但在精度、性能和可靠性上仍有较大提升空间。
我国丝杠供需缺口明显，国产替代空间广阔
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