导 读

机器人的量产或成为行星滚柱丝杠新的爆发增长点，另一大下游机床需求稳步复苏。特斯拉 Optimus 人形机器人直线关节总共选用 14 个行星滚柱丝杠，结合行星滚柱丝杠单价下降，对应市场规模或将超过 100 亿元。

行星滚柱丝杠主要由海外厂商垄断，国内厂商逐步实现量产及国产替代；前四大供应商市占率达到 80%左右，均为海外龙头公司，国内厂商贝斯特、南京工艺、博特精工逐步崭露头角，逐步实现量产并进入主流供应体系放量生产。

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行星滚柱丝杠介绍

1.1 丝杠产品是精密器械的重要传动部件

丝杠是精密机械上的最常使用的传动元件，主要作用是将回转运动转化为直线运动。丝杠主要分为滑动丝杠、滚动丝杠和静压丝杠；在机械传动中多有应用场景。滚动丝杠包含滚珠丝杠和行星滚柱丝杠。

行星滚柱丝杠是一种可将伺服电机的旋转运动转化为直线运动的机械传动装置，它主要依靠多个滚柱与丝杆、螺母之间的螺纹啮合传动来传递动力，相比传动丝杠等类似元件，其具有承载能力强、轴向刚度大、传递效率高、使用寿命长、动态性能好、适用性强和安装维护方便等诸多优点，是智能高端装备的理想功能部件，在精密数控机床、重型机械、医疗器械、武器装备、航空航天等领域有较强的应用场景。

行星滚柱丝杠受益于体积小、负载高、寿命长等特点，有望在日后人形机器人的领域被广泛使用。行星式滚柱丝杠含有可与精密研磨的螺丝和螺母啮合的精密研磨滚柱，能够处理重负荷。与同尺寸同导程的滚珠丝杠相比，滚柱丝杠部件的设计增加了接触点，且接触半径更大。这导致每个接触点的应力更小，并使滚柱丝杠能够承受更大的负荷。此外行星滚柱丝杠使用寿命更长，从体积、寿命多维度综合，行星滚柱丝杠在后续精密传动中使用会越来越多。

行星滚柱丝杠包含精密部件较多，下游主要应用在精密机床、机器人、汽车。在上游环节，行星滚柱丝杠中丝杠选用的材料多为合金结构钢，螺母和滚柱选用的材料为高碳铬轴承钢;零部件包括丝杠、螺母等关键部件。

当前行星滚柱丝杠与滚珠丝杠均平稳增长，行星滚柱丝杠应用场景更集中。行星滚柱丝杠全球市场规模在 2022 年达到 12.7 亿美元，2018-2022 年间复合增速达到4.5%。2022-2029E 年滚珠丝杠的规模也可能保持 6%左右的复合增速，但规模相应更大，发展更成熟。后续人形机器人产业发展将更多带动行星滚柱丝杠市场增长。

1.2 行星滚柱丝杠：或成为人形机器人直线运动关节

行星滚柱丝杠下游应用场景涵盖了多个行业，主要应用在机床、机器人、航空航天/军工、汽车等精密零部件传动的领域。

特斯拉 Optimus 人形机器人直线关节选用行星滚柱丝杠传动。根据 OptimusGen2的示意图，直线关节总共选用 14 个行星滚柱丝杠，大腿、小腿、小臂两边各 2 个，大臂选用 1 个行星滚柱丝杠。特斯拉机器人带来的想象力有望大幅拉动全球的行星滚柱丝杠市场空间。

1.3 滚珠丝杠：最大下游为精密机床，需求等待复苏

数控机床是滚珠丝杠最大的下游领域。滚珠丝杠广泛应用于各种工业设备和精密仪器，下游主要分为机床、汽车等精密制造。滚珠丝杠可实现旋转运动向直线运动的转化，主要由丝杆、螺母、滚珠组成，机床上使用的滚珠丝杠尺寸较大，但精度要求更高。

年初以来，数控机床的景气度逐步驻底开始上行。根据国家统计局数据，2024 年年初至今，数控金属成形机床和数控金属切削机床增速开始回暖；加之后续设备更新替换政策的陆续发力，机床的更换需求有望带动行星滚柱丝杠需求增长。

其余下游，如汽车、航空运输、轨道交通等行业周期波动，对丝杠需求拉动相对稳定。2024 年航空和铁路运输业投资均呈现缓慢恢复增长的状态；2024 年 5 月，铁路、航空航天等制造业的投资增速仍处于高位；同时电气机械的行业投资在底部等待反弹。

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国产替代进程

2.1 格局：技术及工艺壁垒较高，海外龙头寡头垄断

（1） 行星滚柱丝杠

行星滚柱丝杠主要由海外厂商垄断，国内厂商尝试突破。根据第三方研究数据，行星滚柱丝杠的前四大供应商分别是 Rollvis、GSA、Ewellix、Rexroth，前四名市占率达到 80%左右，均为海外龙头公司。国内厂商南京工艺、博特精工逐步崭露头角，依靠较强的性价比优势有一定的市场份额突破，但高端行星滚柱丝杠市场仍有待继续发力。

主要龙头集中在欧美，以精密加工历史良久著称。Rollvis 公司成立于 1970 年，是专业设计和生产滚柱丝杠的厂家，高精度产品系列齐全，主要应用于航空航天、军工设备、钢铁冶金等高端领域，近年也面向普通工业应用批量化供货。GSA 是专业设计和生产滚柱丝杠的厂家，其研磨级滚柱丝杠产品最具价格竞争力。Ewellix 公司是第一个设计生产滚柱丝杠的厂家，具有很强的技术积淀，产品主要应用在工业领域，具备系列齐全的产品范围、全面的销售和技术支持。Rexroth 公司及品牌隶属于博世力士乐集团，除生产滚柱丝杠外，仍经营生产液压系统、减速机、电控技术以及机电一体化产品，具有很强的产品拓展研发应用的基础。

份额高度集中，主要是因为行星滚柱丝杠综合加工技术壁垒较高。根据整体的滚柱丝杠加工流程，丝杠、滚柱、螺母及内齿圈均为加工难度较大的元件。丝杠为带有三角形螺纹牙的细长杆件，内齿圈为壁厚较薄、齿数较多的内啮合尺寸。螺纹和齿轮的加工精度对行星滚柱丝杠的装配、传动和承载特性产生直接影响，进而影响丝杠副的使用寿命。良好的加工工艺方案、参数、设备，是控制行星滚柱丝杠副的加工精度的关键，也是高精度行星滚柱丝杠的技术壁垒所在。

>> 材料方面

在选择滚珠丝杠材料时，应严格控制和消除钢中的夹杂物和缺陷，提高钢的纯度和组织均匀性。根据文献，为了保证轴承钢的质量，国家行业已颁发（更换）许多轴承钢生产许可证，对国内主要轴承钢制造商的产品质量提出了更高的要求，也使制造商采用大容量电弧炉和真空精炼设备生产轴承钢，确保滚珠丝杠钢的质量。

>>加工工艺

行星滚柱丝杠的主要部件的加工工艺复杂，加工精度是保证其准确装配和精准传动的必要条件。选择并高效执行提高齿轮的承载能力、抗接触疲劳强度、表面硬度更高的热处理方式。加工环节难度较大的主要在：

1、 高低温时效：丝杠受到粗车的影响会产生较大的应力集中，需要用高温时效去除内应力；且丝杠经过高温处理和磨削加工后会产生盈利甚至表面裂纹，需对丝杠进行低温时效处理。高低温时效处理影响工件质量。

2、 淬火：螺母预备热处理阶段选择球化退火，可以降低硬度，改善螺母的切削加工性能，并为后面渗碳淬火做组织准备。滚柱需要更好的抗解除疲劳强度，需要使用渗氮淬火或者碳氮共渗。各个部件需要不同的淬火/退火处理工艺，对加工技术要求很高。

3、 精磨：行星滚柱丝杠属于高精度传动工件，主要部件在低温时效处理后，都需要精磨才可以正式入库，高精度磨床和高精度磨削均为当前较为卡脖子的领域和环节。

行星滚柱丝杠在材料、加工工艺、设备等多个维度上均有难度，整体而言批量生产难度和壁垒很高。

>>设备磨床

行星滚柱丝杠的精磨是保证精度的重要环节，高端磨床仍依赖进口。全球前十大磨床公司基本分布在欧洲、日本、美国，精密磨床的采购是影响国产行星滚柱丝杠产品发展的主要因素。

（2）滚珠丝杠

滚珠丝杠的 CR5 接近 45%左右，格局集中度相对分散。滚珠丝杆副，又称滚珠丝杆、滚珠丝杠；滚珠丝杆是由丝杆轴和螺母组成，而其中螺母又是由钢球、预压片、反向器、防尘器等组成。全球主要的滚珠丝杆厂商有 NSK、THK、SKF 等，CR5 市占率达到约 46%，其中主要来自欧洲和日本，其滚珠丝杆企业占据全球约 70%的市场份额。

滚珠丝杠主要结构包括螺杆、滚珠螺母、滚珠三部分。滚珠丝杠轴为螺母运动的导向轴，其表面具有螺纹，滚珠在螺纹内运动；螺母由预压片、反向器、防尘器等组成，是直线运动的移动体，带动滚珠循环机制，此外其端部密封件用于封装润滑零件、防止异物进入；滚珠是利用低摩擦系数维持整个零部件运转的媒介，根据关注循环方式又分为内循环和外循环。

2.2 突破：国内厂商逐步研发并实现量产

国内主要行星滚柱丝杠企业正逐步实现量产突破。国内恒立液压、贝斯特、北特科技等公司长期深耕在精密机械、汽车零部件的生产领域，其中恒立液压的丝杠产品在 2024 年试生产，贝斯特、长盛轴承已实现滚珠丝杠的量产。近年来，国产滚珠丝杠和行星滚柱丝杠或逐步实现国产替代突破，市场份额有所提升。

行星滚柱丝杠、滚珠丝杠与精密减速器类似，其供需格局类似于利基市场，但处于利基市场的不同阶段。其中利基市场的基本特质:

（1）规模：行业整体市场规模不大，如行星滚柱丝杠、滚珠丝杠全球整体规模分别不超过 200 亿元人民币；

（2）供给情况：综合壁垒不低，往往在技术、资金、渠道、品牌等某个维度具有较高的壁垒；

（3）产业链情况：更多出现在 B2B 的产业链某细分环节，如汽车零部件等。

从发展趋势上看，利基市场主要分为三个发展阶段：

第一阶段：简单利基市场，国产份额尚小；下游主导大企业与本土零部件企业建立普通合作关系，整个利基市场仍由海外龙头主导；

第二阶段：多元利基市场，国产份额开始提升；下游主导大企业与本土零部件企业合作关系逐步深化，零部件对 C 端大企业提供定制化服务。国产零部件厂商完成技术或认证的首次突破，市场格局会在短期内出现变动，可能伴随竞争加剧的情形；

第三阶段：复杂利基市场，国产占据主要市场份额；下游主导大企业与本土零部件企业共同合作研发新技术产品，整个利基市场仍由海外龙头主导。

与精密减速器不同，行星滚柱丝杠处于利基市场发展的第一阶段。这个过程中，国产行星滚柱丝杠企业逐步实现量产突破，逐步与下游厂商送样并建立合作关系。减速器龙头当前已处于与全球主导企业（如特斯拉）建立优先合作的阶段，并逐步打破此前全球供应生态圈。后续国内零部件公司将逐步提高渗透率，取得进一步发展。

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