机器人vs汽车系列报告（二）：机器人0-1在即，汽车精密齿轮有望迎来双击

新能源渗透率提升导致齿轮市场萎缩，人形机器人带来庞大市场增量。 人形机器人齿轮VS汽车齿轮：齿轮性能和工艺有别，设备价格与壁垒双高。齿轮传动被广泛应用于汽车与机器人的动力模块中，主要为汽车实现变速与变距效果，为机器人关节提高灵活度。将两种应用场景中的齿轮进行对比： （1）性能方面，车端齿轮的扭矩和转速更高，机器人端要求更小体积和更高精度。同时，由于新能源汽车没有发动机噪音，对齿轮噪音敏感性提升，对噪声控制的要求更高。 （2）工艺角度，车端与机器人端齿轮的前段加工工序相似，机器人用齿轮后段难度提升，需要使用硬滚齿切割，对工件的公差要求为汽车齿轮的1/10；但油泵齿轮加工精度已达到机器人水平，因此该类供应商转型难度较低。 （3）设备对比，机器人用高精度齿轮为重资产行业，设备资金壁垒较高，传统汽车齿轮供应商转型高精度齿轮厂商需要另外购买珩齿机等高价加工设备，还需要重新进行设备调校。 机器人用减速器需求提升，标准化齿轮量产由齿轮公司接力。车端差速器结构件为标准件，叠加齿轮行业较高的资金和技术壁垒，主机厂的成本压力较大。因此主机厂将成熟的量产齿轮外协给齿轮厂商以分担资产压力。我们认为从经济性和轻资产角度出发，人形机器人量产后减速器公司也将复刻主机厂的做法，经检验后，将标准化齿轮的批量生产交给专业的齿轮公司。目前行星减速器的结构件外购已成行业惯例，凸显标准化齿轮外购趋势。 车用齿轮市场逐渐萎缩，机器人带领行业步入蓝海。新能源车辆传动结构较燃油车有所简化，单车齿轮用量从10-12 个降低至5-7个。因此随着新能源车占比提升，全球车用齿轮市场空间逐步被压缩。经测算，当每万人保有的人形机器人达到45台时，全球机器人用谐波/行星减速器市场空间分别为4495/719亿元，相较万人保有量0.07台（对应总量6万台）时，分别增长540倍/552倍。对于齿轮企业而言，随着人形机器人快速起量，齿轮部件将逐步标准化，大 量减速器供应商将开始外采齿轮，利好齿轮行业。预计万人保有量达45台时，人形机器人齿轮市场空间将达到近3800 亿元，相当于2022年车用市场空间4倍左右。 汽车领域的齿轮赛道估值偏低，人形机器人给予新增空间。齿轮于新能源车中的用量大幅低于油车，随新能源车渗透率逐步提升，齿轮市场空间骤缩。人形机器人的大规模量产将为精密齿轮市场打开全新空间。 车用齿轮公司有望切换产能至人形机器人齿轮。车用齿轮仅需更改后道的磨齿与表面处理工艺并替换部分设备，即可制造机器人齿轮，相关公司转型具备较大可能性。我们预计齿轮企业的发展未来有两个分支：其一为齿轮厂商进阶为减速器总成厂商，其二进阶为机器人齿轮的第三方供应商。建议关注投资机会可能被重塑的传动齿轮赛道公司，如双环传动、中马科技、蓝黛科技等。 人形机器人落地不及预期风险，人形机器人需求不及预期风险，减速器生产转向第三方齿轮厂不及预期风险。 内容目录 一、车用齿轮市场逐渐萎缩，机器人带领行业步入蓝海4 二、机器人齿轮VS汽车齿轮：齿轮性能和工艺有别，设备价格与壁垒双高7 2.1性能对比：车端齿轮扭矩和转速高，机器人端齿轮精细7 2.2工艺对比：前段工艺相似，后段难度提升9 2.3设备对比：高精齿轮为重资产行业，设备壁垒与技术成本高10 三、机器人用减速器需求提升，齿轮量产可能由齿轮公司接力11 四、投资建议：传动齿轮产业将被机器人重塑13 五、风险提示14 图表目录 图表1：齿轮在油车、电动车与机器人中的布局显示，机器人带来新增市场空间4 图表2：圆柱齿轮分为直齿式或斜齿式4 图表3：行星轮系结构采用齿轮较多4 图表4：2020年国内谐波减速器市场竞争格局5 图表5：2021年国内谐波减速器市场竞争格局5 图表6：电动车（左）和燃油车（右）的传动系统对比显示电动车用齿轮的地方减少5 图表7：全球车用齿轮空间在缩减（亿元）6 图表8：个人/家庭服务机器人形成规模化市场后的产品需求(部分国家)6 图表9：全球人形机器人用减速器/齿轮带来新增空间（亿元）7 图表10：内燃机（左）与电动机（右）的结构对比7 图表11：NVH在特斯拉电车中的传递方向8 图表12：国产谐波减速器核心参数8 图表13：常见六轴工业机器人示意图8 图表14：特斯拉Optimus拥有28个关节8 图表15：机器人对齿轮的加工精度要求提升9 图表16：齿轮制造工艺上，机器人和车端齿轮在热后段加工上有差距9 图表17：机器人的齿轮加工公差要求比车端要求更高10 图表18：磨齿机（左）、珩齿机（中）和滚齿机（右）10 图表19：磨齿加工与珩齿加工的区别10 图表20：滚齿机加工原理10 图表21：珩齿模型11 图表22：磨齿机加工原理11 图表23：齿轮后段工序所需设备11 图表24：齿轮后段工序所需设备价格11 图表25：车端成熟的量产产品逐步由第三方齿轮公司供应12 图表26：减速器企业料将复刻主机厂做法，外购标准化齿轮12 图表27：行星齿轮外购结构件较多13 图表28：传动环节相关标的13 齿轮传动主要用于传递两根轴之间的运动和动力。齿轮指能互相啮合的有齿的传动机械零件，齿轮传动可以实现任意两轴之间的传动。其优点为对运动速度和功率的要求低，传动准确稳定，工作可靠性高且工件寿命较长。但该传动方式也存在难以克服的不足，如对制造与安装精度的要求高，设计或安装不当容易产生较大的噪声，且不适用于距离较远的轴间传动。 齿轮被广泛应用于汽车与机器人的动力模块中。齿轮为汽车的行进与转向等运动，以及机器人的行走与关节活动提供传动效果。（1）燃油车：齿轮数较多，且不同车型的价值量差距较大，主要分布在发动机、变速器、减速器、差速器和油泵中。（2）新能源汽车：与传统燃油汽车不同的是，新能源汽车简化掉了变速器这一结构。常规的纯电车一般有四大齿轮，分别为电机轴的输入齿轮、中间轴齿轮组件和主减速齿轮，主要分布在驱动电机、差速器与减速器中，用于降低驱动电机的转速，提高转矩，提高电机与电车行驶的适配度等。（3）人形机器人：齿轮主要位于机器人关节处，以特斯拉的人形机器人Optimus为例，其14个旋转关节总成都将使用减速器齿轮，如谐波减速器齿轮。 图表1：齿轮在油车、电动车与机器人中的布局显示，机器人带来新增市场空间 来源：汽车之家，太平洋汽车网，特斯拉发布会，国金证券研究所 汽车的变速箱与减速器齿轮主要用于实现变速与变矩效果。应用于汽车上的机械式变速器的轮系分为两轴式和三轴式 （又称中间轴式），各轴之间相互平行，一般通过直齿式或斜齿式的圆柱齿轮传动。汽车差速器与减速器则多使用圆锥齿轮，其中主减速器的轮系分为定轴与行星两种形式：定轴轮系中各齿轮几何轴线位置固定，传动比等于所有齿轮传动比的乘积；行星轮系则如其名，在轮系运转时，至少有一个齿轮几何的轴线位置发生变化，绕着其它齿轮的轴线运动，该形式使用的齿轮个数较少且结构紧凑，应用范围广。 图表2：圆柱齿轮分为直齿式或斜齿式图表3：行星轮系结构采用齿轮较多 轴向力 有 无 寿命 长 短 噪声 低 高 适用档位 二档以上 低档、倒挡 制造工艺 复杂 简单 直齿式 斜齿式 齿轮类型 来源：《机械式变速器设计说明书》，国金证券研究所来源：车天下汽车，国金证券研究所 人形机器人主要使用减速器提高灵活度。减速器利用齿轮的速度转换器，使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。人形机器人由于关节体积小，需要使用小体积和高扭矩的减速器，如谐波减速器。谐波减速器具备体积小、传动比高、精密度高的特点。国内目前表现较好的高端精密齿轮企业有绿的谐波、来福、同川和大族等。 图表4：2020年国内谐波减速器市场竞争格局图表5：2021年国内谐波减速器市场竞争格局 18% 4% 37% 5% 0% 6% 9% 21% 哈默纳科绿的谐波电产新宝来福 同川福德大族其他 哈默纳科绿的谐波电产新宝来福 10% 5% 4% 6% 8% 7% 36% 25% 同川福德大族其他 来源：GGII，国金证券研究所来源：GGII，国金证券研究所 新能源车使用齿轮数量较燃油车减少。传统燃油车的传动结构较为复杂，包括发动机、离合器、变速器、传动轴和差速器五个部分，单车齿轮用量为10-12个，单车价值量约1200元；新能源车的传动结构则较为简单，取消了变速器 模块，单车齿轮用量5-7个，单车价值量约600元。 图表6：电动车（左）和燃油车（右）的传动系统对比显示电动车用齿轮的地方减少 来源：华经情报网，太平洋汽车，国金证券研究所 新能源车占比提升，车用齿轮空间逐步被压缩。近年来，由于燃料消耗、排放等问题不断凸显，燃油车的未来发展空间受到了越来越大的限制。加之国内政策的支持与电动车本土品牌的高速发展，新能源车逐渐获得了越来越多消费者的青睐。随着汽车市场中新能源车占比的提升，齿轮的单车价值量下滑，全球车用齿轮市场空间逐步被压缩，预计2026 年市场空间将仅为755亿元，相较22年下降13%。 图表7：全球车用齿轮空间在缩减（亿元） 销量(万辆) 2021 2022 2023E 2024E 2025E 2026E 电动车销量 660 1077 1476 1909 2502 2992 燃油车销量 6924 6650 6547 6257 5808 5465 齿轮电动车 单车价值量（元/辆） 600 588 576 565 553 542 市场空间（亿元） 40 63 85 108 138 162 燃油车单车价值量（元/辆） 1200 1176 1152 1129 1107 1085 市场空间（亿元） 831 782 755 707 643 593 齿轮合计市场空间 870 845 840 814 781 755 来源：Marklines，双环传动公司公告，国金证券研究所 机器人用齿轮市场广阔。人形机器人的应用场景十分丰富，在家庭、工业甚至军事领域都有较强的发展性。特斯拉CEO马斯克曾在公司的股东大会上称：未来人类和人形机器人的比例将不只是1:1，人形机器人可能超过人类数量，人形机器人行业长期的价值可能比汽车方面更有价值。鉴于美国以及日本机器人技术较为先进，我们选取2021年美、日、中三国家庭户数作为基数，考虑到个人/家庭服务机器人本身定位高端，价格较贵，具备该消费能力的家庭占比总户数10%，每家一台用作协助人们日常生活，则大致测算可得在机器人规模化市场成熟后，其产品需求可接近6800万台量级左右。 图表8：个人/家庭服务机器人形成规模化市场后的产品需求(部分国家) 项目 指标 美国家庭户数(万户) 12680 日本家庭户数(万户) 5572 中国家庭户数(万户) 49416 合计家庭户数(万户) 67668 渗透率假设(%) 10% 使用服务机器人家庭户数(万户) 6767 对应个人/家庭服务机器人台数(万台) 6767 来源：美国人口普查局，日本统计，中国统计年鉴，国金证券研究所 人形机器人齿轮迎来千亿市场空间。人形机器人的快速发展为减速器和齿轮企业带来了新机会：从减速器公司角度出发，假设单台机器人需要使用10个谐波减速器和4个行星减速器，当每万人保有的人形机器人达到45台时，全球机器人用谐波/行星减速器市场空间分别为4495/719亿元，相较万人保有量0.07台时，分别增长540倍/552倍。对于齿轮企业而言，随着人形机器人快速起量，齿轮部件将逐步标准化，大量减速器供应商将开始外采齿轮，利好齿轮行业。预计万人保有量达45台时，人形机器人齿轮市场空间将达到近3800亿元，相当于2022年车用市场空间4倍左右。 图表9：全球人形机器人用减速器/齿轮带来新增空间（亿元） 机器人销量（万台） 6 80 200 363 651 982 1358 1821 2332 2930 3785 全球人口（亿人） 79 80 80 81 81 82 82 83 83 84 84 机器人渗透率（台/万） 0.07