滚动功能部件行业深度研究：高壁垒、高成长，“国产替代”又一蓝海市场

滚动功能部件包含滚珠丝杠副和滚动直线导轨副等，是一种精密复杂的精密机械传动机构，被广泛应用于各类机械设备的传动系统，实现精确的运动定位。一套滚珠丝杠副由一根丝杠、一个螺母、多个钢球组合的旋转体；一副滚动直 线导轨副由一根导轨、多个滑块、多个滑块依靠多个滚珠或滚柱组合形成。一般情况下，一整套运行机构由两套滚动直线导轨及一根滚珠丝杠副组成，驱动运动部件实现精确移动。 滚珠丝杠+直线导轨全球市场空间预计在2030年达到75.67亿美元。根据verifiedmarketresearch数据，22年全 球滚珠丝杠市场空间17.99亿美元，预计到2030年达到28.13亿美元，期间复合增速5.93%；21年全球直线导轨 市场空间为25.93亿美元，预计2030年达到47.54亿美元，期间复合增速7.14%。从下游看滚动功能部件在机床、机器人、汽车等行业应用前景良好： 机床：滚珠丝杠、滚珠导轨为传动系统核心部件，直接影响机床性能，根据我们测算22年机床行业滚动功能部件市 场空间184.36亿元人民币。从全球机床厂供应链看，主轴、摆头、转台等功能部件机床厂考虑定制化/差异化倾向于自制，但滚动功能部件基本全部外采，伴随机床产业升级滚动功能部件需求持续增长的确定性较强。 机器人：滚珠丝杠可用于机器人传动装置，通过滚珠丝杠组成单轴机器人/电动缸等完成线性驱动，根据特斯拉AI Day2022信息，特斯拉人形机器人“Optimus”下肢腿部将采用无框电机与行星滚柱丝杠的线性执行器，有望打开行星滚柱丝杠应用空间，目前行星滚柱丝杠国内整体研发、生产仍处于较早期阶段，企业成长空间较大。 汽车：滚珠丝杠在新能源汽车转向机构、电助力转向系统、电子驻车系统、刹车系统具有应用前景，在新能源汽车销 量高增长同时追求全电控、智能化发展背景下需求有望高速增长。 技术壁垒极高，海外企业具有先发优势，国产品牌市占率较低。中高端滚珠丝杠采用磨削加工，需经过热处理、车削、磨削等20余道工序加工，对原材料、制造工艺要求较高。除加工过程中的工艺优化，想要实现性能的提升，最终面 临的是“设计-制造-检测”的闭环体系，海外企业具有先发优势，国产品牌在在精度保持性、功能可靠性、寿命、精度、刚度等关键性能指标上落后于境外产品，国产品牌市场占有率低。目前全球市场被日本NSK、日本THK等企业垄断，CR5约46%，日本和欧洲企业合计占据了全球约70%市场份额。国内市场目前上银、银泰市场占有率接近50%，NSK、THK等企业市场占有率约15%，国内企业占有率约为25%。 “04专项”推动下国产品牌加速追赶，未来在政策进一步扶持下差距有望进一步缩小。经过“04专项”多年攻关， 目前国内也拥有了一整套科学规范的丝杠副和导轨副测评标准体系，实现了技术差距的逐步缩小。根据《第三届滚动功能部件用户调查分析报告》数据，下游企业中40%~59%采用国产品牌中高端滚珠丝杠副的比例从2011年14%提升至34.3%，国产化率依旧较低，但可以看到明细改善。同时根据分析报告，有85.1%的企业在有政策引导的情况下愿意试用或购买国产中高端滚动功能部件，在当前追求“工业母机”等行业“自主可控”背景下，我们认为政策层面有望针对滚动功能部件企业进一步加大支持，加速国产替代。 考虑当前滚动功能部件市场空间巨大同时国产化率较低，在政策支持下有望加速推进国产替代，建议重点关注国产滚动功能部件龙头秦川机床、布局直线滚动功能部件切入“工业母机”赛道的贝斯特、定增拓展线性驱动器项目布局滚珠丝杠的恒立液压。 国产替代进展不及预期，政策扶持不及预期。 内容目录 1.滚动功能部件为核心传动部件，直接影响各类机电一体化装备性能5 1.1丝杠为机械传动机构，由滚珠丝杠副实现丝杠螺母传动应用广泛5 1.2滚珠导轨与滚珠丝杠成套运行，实现支承和机械导向7 2.市场空间广阔，伴随机床、机器人、汽车产业升级发展应用面持续拓宽8 2.1预计在2030年全球滚珠丝杠、直线导轨市场分别达到28.13、47.54亿美元8 2.2机床：滚动功能部件为传动系统核心零部件，直接影响机床性能9 2.3机器人：传动系统中滚珠丝杠应用广泛，行星丝杠有望在人形机器人加大应用12 2.4汽车：新能源汽车转向机构、助力转向系统、电子驻车系统、刹车系统具应用前景14 3.技术壁垒极高，海外企业具有先发优势，“04专项”支持下国内企业加速追赶15 3.1滚动功能部件技术壁垒极高，海外品牌基本占据中高端市场15 3.2“04专项”推动下，国内外差距开始缩小，政策支持下国产替代有望进一步加速18 4.重点关注公司19 4.1秦川机床：国内滚动功能部件龙头企业，主机+零部件双轮驱动20 4.2贝斯特：布局直线滚动功能部件产品，切入“工业母机”赛道23 4.3恒立液压：布局线性驱动器及滚珠丝杠等新业务，新产品助力新征程25 5.风险提示28 图表目录 图表1：传动机构基本要求5 图表2：丝杠螺母主要包括四种基本传动形式5 图表3：滚珠丝杠副传动效率高于普通滑动丝杠6 图表4：滚珠丝杠的循环方式6 图表5：滚珠丝杠两端常用支承形式7 图表6：导轨副构成7 图表7：主要导轨种类与特点7 图表8：滚动导轨特点8 图表9：主要滚动直线导轨副分类8 图表10：22年全球滚珠丝杠市场空间约18亿美元9 图表11：21年全球直线导轨市场空间25.93亿美元9 图表12：上游核心部件构成机床主要技术壁垒10 图表13：丝杠/导轨为机床传动系统核心零部件10 图表14：丝杠导轨主机厂以外购为主10 图表15：传动系统（丝杠/导轨为主）占机床价值量15%左右11 图表16：22年中国滚动功能部件市场空间184.36亿元人民币11 图表17：由滚珠丝杠组成的单轴机器人12 图表18：特斯拉“Optimus”采用行星丝杠作为下肢的线性驱动器12 图表19：行星丝杠通过螺纹滚柱来传递负载13 图表20：基于行星滚柱丝杠开发的电动缸性能更优13 图表21：Rollvis部分行星丝杠类型14 图表22：电动助力转向系统可采用滚珠丝杠式传动机构14 图表23：电子驻车系统用滚珠丝杠副拆分图15 图表24：EMB工作原理15 图表25：滚动功能部件技术壁垒较高16 图表26：磨削滚珠丝杠加工工艺复杂16 图表27：可靠性测试周期较长，企业短期难以获取足够实测数据17 图表28：丝杠导轨国产化率约25%，国产替代空间巨大17 图表29：上银科技21年营业收入63亿元人民币17 图表30：上银科技21年净利润8.13亿元人民币17 图表31：国内滚动功能部件主要企业18 图表32：汉江机床滚动功能部件实验室18 图表33：从2011年到2020年国产滚动功能部件中高端应用比例明显提升18 图表34：终端用户在滚珠丝杠的采购上话语权较强19 图表35：在有政策引导情况下，有85.1%企业愿意试用或购买国产中高端滚动功能部件19 图表36：重点关注公司盈利预测19 图表37：秦川机床布局主机、高端制造、核心零部件、智能制造四大业务板块20 图表38：秦川机床收入以机床、核心零部件产品为主20 图表39：秦川机床机床毛利率近年逐步提升20 图表40：秦川机床分板块收入占比规划21 图表41：19年后秦川机床营收规模显著增长21 图表42：19年后秦川机床归母净利润显著回暖21 图表43：19年后秦川机床净利率回暖22 图表44：秦川机床销售+管理费用率19年后整体下降22 图表45：秦川机床22年非公开发行拟募资不超过12.3亿元22 图表46：汉江机床主要滚动部件产品23 图表47：22年汉江机床营收高增长23 图表48：22年汉江机床净利润高增长23 图表49：贝斯特主要产品24 图表50：贝斯特1Q23营业收入高速增长24 图表51：贝斯特1Q23归母净利润高速增长24 图表52：贝斯特目前收入以汽车零部件为主25 图表53：贝斯特汽车零部件业务毛利率较高但近年有所下降25 图表54：贝斯特限制股票激励计划考核指标营业收入22至24年CAGR18.2%25 图表55：贝斯特限制股票激励计划考核指标净利润22至24年CAGR11.52%25 图表56：恒立液压主要产品26 图表57：恒立液压产品覆盖以工程机械为主的众多下游行业26 图表58：恒立液压借助两轮挖机行业景气周期实现收入跨越式增长27 图表59：伴随收入增长，恒立液压利润规模大幅提升27 图表60：恒立液压21年非公开发行募集资金项目27 图表61：恒立液压具备先进的精密加工制造能力28 1.1丝杠为机械传动机构，由滚珠丝杠副实现丝杠螺母传动应用广泛 机械传动方式通常包括螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动等，传动系统的性能直接影响设备的精度、稳定性和响应速度。 图表1：传动机构基本要求 来源：《机电一体化技术》，国金证券研究所 丝杠螺母传动将旋转运动变换为直线运动（或相反传递），可以用于传递能量（螺旋压力机、千金顶等）或传递运动（机床进给丝杠），通常包括以下四种基本传动形式。 图表2：丝杠螺母主要包括四种基本传动形式 来源：《机电一体化技术》，国金证券研究所 丝杠螺母机构有滑动丝杠螺母机构和滚珠丝杠螺母机构之分，滚珠丝杠由于使用滚珠传递运动，相比普通滑动丝杠成本高，但具有明显优势： 1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达92%～96%，是普通梯形丝杠的3～4倍，功率消耗减少2/3～3/4。 2）灵敏度高、传动平稳。由于是滚动摩擦，动、静摩擦因数相差极小，因此低速不易产生爬行，高速传动平稳。 3）定位精度高、传动刚度高。用多种方法可以消除丝杠螺母的轴向间隙，使反向无空行程，定位精度高，适当预紧后，还可以提高轴向刚度。 图表3：滚珠丝杠副传动效率高于普通滑动丝杠 来源：《数控技术》，国金证券研究所 滚珠丝杠副是回转运动与直线运动相互切换的传动装置，滚珠丝杠和滚珠螺母上都加工有弧形螺旋槽，将它们套装在一起时，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成了螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，滚珠在滚道内自转，同时又在封闭的滚道内循环，使丝杠和螺母相对产生轴向运动。 由丝杠轴和螺母之间装入滚珠进行转动的单元是滚珠丝杠，由于滚珠需要循环，所以由丝杠轴、螺母、滚珠以及循环部件组成。 图表4：滚珠丝杠的循环方式 来源：NSK，国金证券研究所 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此，对滚珠丝杠的轴向精度和刚度要求较高。 图表5：滚珠丝杠两端常用支承形式 来源：《数控技术》，国金证券研究所 1.2滚珠导轨与滚珠丝杠成套运行，实现支承和机械导向 机械导向机构是导轨副，简称导轨，其作用是支承和导向。一副导轨主要由两部分组成，在工作时一部分固定不动，称为支承导轨（或导轨），另一部分相对支承导轨作直线或回转运动，称为动导轨（或滑座）。 图表6：导轨副构成 来源：《机电一体化》，国金证券研究所 常用导轨种类包括滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等，按照结构特点分为开式导轨和闭式导轨。 图表7：主要导轨种类与特点 一般滑动导轨 滚动导轨 塑料导轨 定位精度 一般 较高 高 液体静压 高 气体静压 高 刚度 高 较高 高 较高 低 摩擦性 大 小 较小 很小 很小 运动平稳性 低速易爬行 好 好 好 好 抗振性能 一般 较差 吸振 吸振性好 吸振性好 成本 低 较高 较高 很高 很高 寿命 中等 防护好时高 高 很高 很高 静压导轨 来源：《机电一体化技术》，国金证券研究所 滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间滚动体（滚珠、滚珠、滚动轴承等），使导轨运动处于摩擦滑动状态。 图表8：滚动导轨特点 来源：《机电一体化技术》，国金证券研究所 滚动直线导轨副按照滚动体的形状，分为滚珠式、滚珠式和滚针式。 图表9：主要滚动直线导轨副分类 来源：《机电一体化技术》，国金证券研究所 2.1预计在2030年全球滚珠丝杠、直线导轨市场分别达到28