2023年中国丝杠行业概览：人形机器人有望打开丝杠市场空间（摘要版）

报告要点速览 丝杠又称为线性执行器，通过集成丝杆螺母等传动组件，在电机内部直接把旋转运动转化为线性运动，结构紧凑，使用方便，广泛应用于精密定位平台，阀门控制，流体控制等场合。丝杠可分为梯形丝杠、滚珠丝杠和滚柱丝杠三种，其中梯形丝杠结构最简单、成本低，滚柱丝杠性能强，但仍处于发展初期。特斯拉AI DAY上公布人形机器人所选用的零部件，在肘部、腕部和腿部共使用14个行星滚柱丝杠，其中部分为倒置行星滚柱丝杠，预计3-5年实现人形机器人量产，且将达到百万级，人形机器人的商业化将拉动对丝杠的需求，从而带动丝杠产业快速发展。本篇报告主要回答丝杠领域近期关注的问题，主要涉及： 1）人形机器人为丝杠行业带来哪些新机遇？ 3）丝杠行业竞争情况？ 3）丝杠行业的市场空间？ 观点提炼 人形机器人为丝杠行业带来哪些新机遇？ 特斯拉人形机器人将使用14个行星滚柱丝杠，分别位于肘部两个、腕部四个、大腿前后四个和小腿四个，其中部分为倒置行星滚柱丝杠。目前Optimus整体成本较高，若要实现商业化，降本问题需要考虑，而行星滚柱丝杠是成本高的主要原因之一，因此Optimus或许会使用部分梯形丝杠和滚珠丝杠 如今人形机器人风头正盛，马斯克大胆预测未来人形机器人的数量将达到100-200亿台，而人形机器人对丝杠的用量较大，届时，丝杠市场将爆发式发展 丝杠行业竞争情况？ 滚珠丝杠：丝杠市场主要集中在北美和欧洲，中国市场中，中端产品已基本实现国产替代，但高端产品市场仍由德国企业主导，中国企业近年来积极布局高精度丝杠产品，推动国产化进程 行星滚柱丝杠：中国行星滚柱市场由国际企业主导，市场集中度高，五成市场由Rollvis和GSA两企业占据；中国企业列入TOP10，但其产品性能与国际企业相比存在较大差距 丝杠行业的市场空间？ 随着工业自动化的发展以及AI技术的普及，机器人逐渐在各行各业渗透；特斯拉Optimus量产在即，预计乐观情况下人形机器人用行星滚柱丝杠市场规模将近300亿元，年复合增长率为89% 驱动因素——人形机器人带来新机遇 特斯拉人形机器人将使用14个行星滚柱丝杠，其中部分为倒置行星滚柱丝杠，但由于降本问题，不排除未来使用梯形丝杠和滚珠丝杠的可能。人形机器人对丝杠的需求将拉动丝杠产业快速发展 人形机器人所用到的丝杠种类和数量 Tesla bot所用到线性执行器的部位和执行器的数量 用于Tesla bot的三种线性执行器 倒置滚柱丝杠 肘部两个线性执行器 行星滚柱 腕部四个线性执行器 线性执行器 参数 负载 3,900Nm ，重0.93kg 大腿四个线性执行器 负载 500Nm ，重0.36kg 负载 8,000Nm ，重2.20kg 小腿四个线性执行器 人形机器人对丝杠的需求拉动丝杠产业发展 根据特斯拉2022年AI DAY公布的信息，将在Optimus躯干中应用三种型号的反向行星滚柱丝杠。Optimus整体躯干共有28个关节执行器，其中旋转执行器14个，线性执行器14个。线性执行器分别位于肘部两个、腕部四个、大腿前后四个和小腿四个。其中肘部和小腿使用负载 3,900Nm 的小型行星滚柱丝杠，腕部使用负载 500Nm 的中型丝杠，大腿使用负载 8,000Nm 的大型丝杠，其中部分采用了倒置行星滚柱丝杠。但目前Optimus整体成本较高，若要实现商业化，降本问题需要考虑，而行星滚柱丝杠是成本高的主要原因之一，因此Optimus或许会使用部分梯形丝杠和滚珠丝杠 如今人形机器人风头正盛，马斯克大胆预测未来人形机器人的数量将达到100-200亿台，而人形机器人对丝杠的用量较大，届时，丝杠市场将爆发式发展 丝杠产业链图谱 丝杠上游为原材料与零部件，原材料对丝杠精度影响较大，且占主要成本；中游为丝杠的制造，高端产品以国际厂商为主；下游为丝杠的应用，目前主要应用于工业生产领域 丝杠产业链图谱 上游：丝杠原材料与零部件 行星滚柱丝杠成本构成 原材料 零部件 原材料 生产成本管理成本 固定成本分摊 合金结构调质钢 丝杠 压盖 10% 15% 马氏体不锈钢 螺母 内齿圈 60% 15% 滚珠/滚柱 挡圈 丝杠的上游是原材料与零部件。丝杠成本中，原材料占比最高。丝杠原材料对丝杠的精度等性能具有重要影响，高端产品通常使用合金结构调质钢，中国企业大多数使用中低端产品常用的马氏体不锈钢 中游：丝杠的制造 中游为丝杠的制造，中国丝杠产业起步较晚，目前中低端产品已实现国产替代，高端产品以国际厂商为主。丝杠制造过程中会产生误差与能量损失，磨削是保持高精度的关键环节 中国厂商 国际厂商 下游：工业与服务应用 下游应用领域 全球滚珠丝杠下游应用占比，2022年 工业生产 电子与半导体航空与国防汽车 工业机器人 航空/国防 电力/能源 工业生产 3 C电子 机床设备 汽车制造 23% 半导体 32% 5% 11% 电力与能源其他 15% 14% 丝杠的下游应用领域较为广泛，工业生产是主要应用领域，在2022年全球滚珠丝杠的下游应用细分领域中，工业生产、电子与半导体、航空国防和汽车占比较多。近年来新能源汽车、工业自动化、工业机器人、半导体等领域的高速发展也一定程度上带动了丝杠产业的发展 竞争格局——滚珠丝杠 丝杠市场主要集中在北美和欧洲，中国市场中，中端产品已基本实现国产替代，但高端产品市场仍由德国企业主导，中国企业近年来积极布局高精度丝杠产品，推动国产化进程 滚珠丝杠市场竞争情况 全球滚珠丝杠市场份额（按区域），2022年 中国中端滚珠丝杠市场份额，2022年 北美 中国台湾企业 18% 30% 欧洲 40% 中国大陆企业 21% 亚太 58% 德国企业 其他 30% 3% 中国企业在中端市场占主导地位，在高端市场不具备优势 中国高端滚珠丝杠市场份额，2022年 从全球丝杠市场份额分布来看，丝杠市场主要集中在北美和欧洲地区，合并占比近四成，亚太地区近占比3%。在中国市场中，本土企业在中端滚珠丝杠市场份额较高，中国台湾和大陆企业份额合并达七成，三成为德国企业；然而在高端产品市场，由德国企业占主导，其占据90%的份额。主要由于中国企业在丝杠领域起步较晚，企业规模较小，仍未掌握高精度产品技术。但中国企业在丝杠领域进展较快，五洲新春、恒立液压等企业均积极布局高精度丝杠领域，部分已实现量产，推动国产替代进程 5% 德国企业 5% 中国大陆企业 中国台湾企业 90% 中国部分企业丝杠布局进展 企业 丝杠布局进展 项目达产后将形成年产104,000根标准滚珠丝杆电动缸、4,500根重载滚珠丝杆电动缸、750根行星滚柱丝杆电动缸、100,000米标准滚珠丝杆和100,000米重载滚珠丝杆的生产能力 恒立液压 已实现大型、高精滚动功能部件全品种的批量生产，其产品与中国各大主机厂高速、高精度数控机床配套，极大地推动国产替代进程 南京工艺 五洲新春凭借全产业链的优势，已经研发成功新能源汽车电子助力转向系统（EPS）中控制精度最高的齿条式电动助力转向系统（REPS）所需的丝杆螺母轴承组件，预计2023年将形成批量生产 五洲新春 新剑传动具备滚珠丝杠、行星滚柱丝杠产品大批量生产能力，其年产能超过350万套，其产品成功应用于汽车底盘EMB制动系统和人形机器人线性驱动 新剑传动 竞争格局——行星滚柱丝杠 中国行星滚柱市场由国际企业主导，市场集中度高，五成市场由Rollvis和GSA两企业占据；中国企业列入TOP10，但其产品性能与国际企业相比存在较大差距 行星滚柱丝杠市场竞争情况 中国行星滚柱丝杠市场份额，2022年 中国企业跻身行星滚柱丝杠TOP10，但产品性能与国际企业相比差距较大 Rollvis 3% 3% 中国行星滚柱市场亦由国际企业主导，市场集中度高，Rollvis和GSA两大巨头份额合计超五成，其次是EWELLIX和Rextorh，分别占据14%和12%的市场份额。中国企业南京工艺和济宁博特亦被列入TOP10的行列，市场份额均为8%，但二者产品的导程精度、最大动载荷、最大静载荷等性能与国际企业相比仍有较大差距 8% GSA 26% EWELLIX 8% Rexroth 南京工艺 12% 济宁博特 优仕特 26% 14% 以南京工艺、EWELLIX和GSA30mm直径产品为例进行对比，可看出中国企业缺乏导程精度的统一标准，承载能力显著低于国际企业同规格产品。若要实现国产替代，仍需加大技术研发力度 CMC 主要企业产品对比 产品种类 产品参数 应用领域 塑料成型机电压力机 超大功率行星滚柱丝杠反转式行星滚柱丝杠旋转螺母行星滚柱丝杠标准式行星滚柱丝杠 导程精度：G1-G5全覆盖最大动载荷：133KN最大静载荷：197KN EWELLIX 石油、天然气行业铁路 尺寸范围：公称直径8-64mm 太空望远镜 数控机床工业机器人 导程精度：G1-G5全覆盖极限速度：4700rpm最大动载荷：168.9KN最大静载荷：246.9KN尺寸范围：公称直径20-63mm 航空（飞机/直升机）航天（卫星）武器（坦克）冶金设备 滚柱非循环式滚柱循环式 GSA 反转行星滚柱丝杠 汽车工业伺服电动缸 注塑 压力机床钢铁工业军用装备核工业 最大动载荷：123.3KN最大静载荷：177.3KN尺寸范围：公称直径18-60mm 行星滚柱丝杠副循环滚柱丝杠副 南京工艺 行星滚柱丝杠市场规模 随着工业自动化的发展以及AI技术的普及，机器人逐渐在各行各业渗透；特斯拉Optimus量产在即，预计乐观情况下人形机器人用行星滚柱丝杠市场规模将近300亿元，年复合增长率为89% 人形机器人用行星滚柱丝杠市场规模测算 全球人形机器人用行星滚柱丝杠市场规模，2023-2030年预测 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2023年中国丝杠行业概览：人形机器人有望打开丝杠市场空间》 乐观情况下人形机器人用行星滚柱丝杠市场规模将近300亿元 随着工业自动化的发展以及AI技术的普及，机器人在各行各业的渗透率也在逐步提升。特斯拉Optimus样机如今已公布，量产在即，预计3-5年实现量产，且达到百万级。保守估计2030年人形机器人的销量达到100万台，乐观情况下，2027年达到100万台 根据特斯拉AI DAY2022的信息，一个人形机器人的行星滚柱丝杠用量为14个，目前行星滚柱丝杠单价在2,600元左右，未来随着技术成熟以及降本问题的解决，假设单价以每年10%的速度递减 预计保守情况下，2030年全球人形机器人用行星滚柱丝杠市场规模为174.1亿元，年复合增长率为76.8%，乐观情况下近300亿元，年复合增长率为89%