“人形机器人的Optimus时刻”系列（八）：丝杠：大水之中，必有大鱼

行业研究 证券研究报告 机械2024年06月17日 “人形机器人的Optimus时刻”系列（八） 丝杠：大水之中，必有大鱼 推荐（维持） 华创证券研究所 证券分析师：范益民 电话：021-20572562 邮箱：fanyimin@hcyjs.com执业编号：S0360523020001 行业基本数据 股票家数(只)总市值(亿元)流通市值(亿元) 618 40,725.29 32,213.45 占比% 0.08 4.70 4.75 相对指数表现 2023-06-16~2024-06-14 4% -7% -19%23/0623/08 -31% 23/11 24/0124/0324/06 机械沪深300 相关研究报告 《机械行业周报（20240603-20240609）：5月挖机内外销均超预期复苏加速，海外需求景气出海链受益》 2024-06-10 《工程机械行业点评报告：5月挖机内外销均超预期，设备更新补贴落地助力行业加速修复》 2024-06-10 《机床刀具行业深度研究报告（一）：刀具三驾马车：量价、出口、整包》 2024-06-07 丝杠：直线运动转换元件，下游助推品类扩充与技术升级。丝杠是基于螺旋传动以实现回转运动与直线运动转换的元件，精度从高到低可分为C0、C1、C3、C5、C7、C10。凭借高传动效率、高精度、高转速以及高轴向刚度等优点，丝 杠广泛应用于数控机床、半导体、精密磨床等工业设备中。丝杠主要有梯形丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠三种类型： 滚珠丝杠根据滚珠循环方式的不同，可分为内循环式和外循环式两类。根据秦川机床公告，2022年我国滚珠丝杠市场规模约为27.70亿元。目前全球主要的滚珠丝杠厂商有NSK、THK、SKF等，日本和欧洲滚珠丝杠企业占据了全球 主要的市场份额。 行星滚柱丝杠小导程、高承载，技术含量较高，可分为标准式、反向式、循环式、轴承环式和差动式�种，常应用于高速、重载及高精度场合。 梯形丝杠由于摩擦系数大，易磨损、精度和效率难保证，在传动效率和精度上较为落后，常在升降机和工业机器人等机械设备中作为滑动部件使用。 % 1M 6M 12M 绝对表现 -6.2% -6.5% -12.8% 相对表现 -3.0% -12.1% -4.5% 工业母机：滚珠丝杠下游重要应用场景，大规模设备更新刺激新需求。受益于出口需求拉动并推动制造业迅速复苏，另一方面与机床更新周期形成共振，2023年我国金属切削机床产量有所提升至61.25万台，同比增长7.1%。当前 我国高端机床核心零部件主要依赖日本及德国品牌，国产零部件使用率较低.通过导轨丝杠的精确定位和稳定性，可以实现对工件的高精度加工和定位。以 �轴数控机床为例，每个线性轴需要搭配一根滚珠丝杠和两根导轨，按国产滚珠丝杠单价1000元/根进行测算，单台�轴数控机床中丝杠价值量约为3000元。根据睿工业数据，2023年我国金切机床整体市场规模513亿元，传动系统的价值占机床总成本的20%左右，预计2023年我国整体机床领域丝杠导轨市场规模近百亿元。 人形机器人：主要应用于线性执行器，丝杠单BOT价值量较高。丝杠应用在人形机器人直线执行模组和空心杯模组。直线执行模组覆盖腕、肘、髋、膝、踝共计14个关节。在灵巧手中，传统腱绳驱动结构刚性、精度较低；未来采 用微型丝杠驱动手指的方案成为一种可能。根据Optimus解决方案，预计单BOT总计需要26根丝杠（14根行星滚柱＋12根微型）；结合国产厂商定价，我们假定行星滚柱丝杠的价格为2500元/根，微型丝杠价格为100元/根，经过测算，单BOT的丝杠价值量约为36200元；考虑到量产后带来的规模效应，在特斯拉Optimus量产达到10/50/100万台时，预计丝杠的单BOT价值量分别为36000/28000/18000元；对应的市场规模分别为36/140/180亿元。 国内厂商积极研发扩产，加速由0到1。1）恒立液压：液压油缸起家，线性驱动器项目进入试生产阶段；2）北特科技：汽车底盘零部件龙头，工艺移植 进军机器人产业链；3）贝斯特：精密零部件及智能装备厂商，前瞻布局未来产业；4）�洲新春：精密制造行业领跑者，丝杠组件及零部件成功开发。 行业投资评级与投资建议。丝杠应用空间广阔，核心技术壁垒高筑，人形机器人、工业母机等产业驱动丝杠市场高速增长。国内厂商有望通过多年产业、技术积累和高性价比，加速导入核心客户，实现国产替代。给予丝杠行业“推荐评级。重点关注恒立液压、北特科技、贝斯特和�洲新春。 风险提示：人形机器人进展不及预期；国内厂商产品开发进度、核心客户导入不及预期；原材料价格上涨增加成本风险；市场竞争加剧等。 重点公司盈利预测、估值及投资评级 简称 股价（元） EPS（元） PE（倍） PB（倍） 评级 2024E 2025E 2026E 2024E 2025E 2026E 2024E 恒立液压 51.23 2.03 2.36 2.84 25.22 21.69 18.02 4.05 强推 资料来源：Wind，华创证券预测注：股价为2024年6月14日收盘价 投资主题 报告亮点 报告第一章详细分析了三种丝杠的功能原理、市场规模和竞争格局，并对参数进行对比；第二章对丝杠核心下游应用场景工业母机进行思考，受益于出口需求拉动并推动制造业迅速复苏，另一方面与机床更新周期形成共振，我国机床行业迎来复苏。以�轴数控机床为例，对单台机床中丝杠价值量进行测算；第三章拆解了人形机器人大的直线执行模组和空心杯模组。根据Optimus解决方案，单BOT总计需要26根丝杠（14根行星滚柱＋12根微型），并对未来空间进行测算；第四章挖掘了核心标的。 投资逻辑 丝杠应用空间广阔，核心技术壁垒高筑，人形机器人、工业母机等产业驱动丝杠市场高速增长。国内厂商有望通过多年产业、技术积累和高性价比，加速导入核心客户，实现国产替代。重点关注：1）恒立液压：液压油缸起家，线性驱动器项目进入试生产阶段；2）北特科技：汽车底盘零部件龙头，工艺移植进军机器人产业链；3）贝斯特：精密零部件及智能装备厂商，前瞻布局未来产业；4）�洲新春：精密制造行业领跑者，丝杠组件及零部件成功开发。给予丝杠行业“推荐”评级。 目录 一、丝杠：直线运动转换元件，下游助推品类扩充与技术升级5 （一）滚珠丝杠：高效、高精、高速，工业设备主流线性传动方案5 （二）行星滚柱丝杠：小导程、高承载，技术含量较高的新型线性传动机构9 （三）梯形丝杠：易磨损、精度和效率难保证，传统的经济型滑动部件13 二、工业母机：滚珠丝杠下游重要应用场景，大规模设备更新刺激新需求14 三、人形机器人：主要应用于线性执行器，丝杠单BOT价值量较高16 四、国内厂商积极研发扩产，加速由0到117 （一）恒立液压：液压油缸起家，线性驱动器项目进入试生产阶段17 （二）北特科技：汽车底盘零部件龙头，工艺移植进军机器人产业链18 （三）贝斯特：精密零部件及智能装备厂商，前瞻布局未来产业19 （四）�洲新春：精密制造行业领跑者，丝杠组件及零部件成功开发20 �、行业观点及重点关注个股21 六、风险提示23 图表目录 图表1三种丝杠的性能对比及应用场景5 图表2滚珠丝杠的内部结构6 图表3内循环式与外循环式滚珠丝杠6 图表4滚珠丝杠精度等级划分（单位：μm）7 图表5不同CNC机床适用的滚珠丝杠精度等级7 图表6滚珠丝杠应用领域8 图表7全球滚珠丝杠市场规模9 图表8我国滚珠丝杠市场规模9 图表9行星滚柱丝杠结构9 图表10�种类型行星滚柱丝杠的结构示意图10 图表11行星滚柱丝杠与滚珠丝杠、梯形丝杠各方面性能对比11 图表12行星滚柱丝杠电动缸的应用行业分布11 图表13国内外厂商行星滚柱丝杠生产能力对比12 图表142023-2033年我国行星滚柱丝杠市场规模（亿元）13 图表15梯形丝杠及其螺纹特征13 图表16滑动丝杠工艺与材质介绍14 图表17我国金属切削机床产量（万台，%）14 图表18中高档数控机床的划分标准、应用领域15 图表19丝杠导轨实现对工件的高精度加工和定位15 图表20�轴数控机床对应三根滚珠丝杠16 图表21机床成本占比拆分（2016年）16 图表22我国机床领域丝杠导轨市场空间测算16 图表23特斯拉Bot直线执行模组17 图表24丝杠单Bot价值量测算17 图表25人形机器人丝杠市场空间测算17 图表26恒立液压主要产品18 图表27北特科技主要产品18 图表28贝斯特主要产品及应用19 图表29�洲新春产品图示21 图表30相关公司盈利预测（2024年6月16日）22 一、丝杠：直线运动转换元件，下游助推品类扩充与技术升级 丝杠是基于螺旋传动以实现回转运动与直线运动转换的元件，主要有梯形丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠三种类型。螺旋传动依靠的是螺旋与螺纹牙面之间的旋合，常见为梯形螺纹的滑动螺旋传动，但由于滑动摩擦产生的磨损较大，这种传动方式已不太能适应高速高精高效的现代化机械工作要求。滚珠丝杠诞生于1874年，其采用的滚动螺旋传动方式在传动效率、精度等级、容许转速以及寿命等方面相比滑动螺旋传动可谓发生质的飞跃，因而在20世纪中后期汽车、数控机床和微电子技术等的高速发展下获得广泛应用。近年来，超精密加工、航天航空和武器装备领域的发展推动行星滚柱丝杠成为国内外研究热点，作为设计精巧的高性能机械传动元件，行星滚柱丝杠产品价值量大、市场具备较高成长潜力，有能力研发的国内企业有望在该赛道抢占先机。 图表1三种丝杠的性能对比及应用场景 行星滚柱丝杠 滚珠丝杠 梯形丝杠 摩擦方式 滚动摩擦 滚动摩擦 滑动摩擦 传动效率 可达90%以上 可达90%以上 大多数低于70% 精度等级 ★★★★★ ★★★★★（磨制） ★★ 轴向刚度 高于滚珠丝杠 可完全消除传递间隙，轴向刚度高，通过预紧 能再次提高轴向刚度 较低 承载能力 强，为滚珠丝杠的3倍 及以上 较弱 强 容许转速 高速，2倍于滚珠丝杠 高速 中速 工作寿命 最长，约为滚珠丝杠的15倍 长 短 自锁性 无 无 有 应用场景 要求高精度、高转速或需要连续长时间承受重载的艰苦环境，比如航空、航天、船舶、精密机床、医疗器械等领域 要求高效率、平稳运动和高精度定位的场合，比如数控机床进给系统、汽车控制系统、机器人、半导体设备、医疗器械、航空航天等 对精度和传动效率要求不高，且不长时间连续使用的场合，尤其适合承受轴向负载或重载，比如应用于升降机、千 斤顶、数控机床等 资料来源：张大伟和赵升吨《行星滚柱丝杠副滚柱塑性成形的探讨》，刘更等《行星滚柱丝杠副的新发展及关键技术》，Rollvis官网，米思米官网，三益精密，华创证券整理 （一）滚珠丝杠：高效、高精、高速，工业设备主流线性传动方案 滚珠丝杠是利用直线滚动轴承原理，实现电机的旋转运动与螺母轴向直线运动相互转换的精密传动机构。滚珠丝杠主要由丝杠、螺母、滚珠和回程引导装置组成；丝杠属于转动部件，其上加工有半圆形的螺纹槽滚道用于滚珠滚动。螺母用来固定需要移动的负载 （例如工作台、移动滑块），其内部也有类似丝杠的半圆形螺纹槽，与丝杠上的螺纹槽共同组成圆形的螺纹滚道。滚珠直接承受载荷，同时作为中间传动元件以滚动方式传递运动。在丝杠转动时，滚珠组成的滚珠链沿螺纹滚道向前运动，驱动螺母直线运动。为防止滚珠从滚道内跑出，螺母内还设计有回程引导装置，如回流管和反向器，与螺纹滚道形成一个闭合的循环回路。 图表2滚珠丝杠的内部结构 资料来源：李绍炎《自动机与自动线》 根据滚珠循环方式的不同，可以将滚珠丝杠分为内循环式和外循环式两类。主要区别在于，内循环式螺母通过反向器组成滚珠循环回路，每个反向器组成一圈滚珠链，而外循环式螺母的回程引导装置在螺母外部，比如通过回流管组成滚珠循环回路。相比之下，内循环式螺母的尺寸更小，反向器固定牢靠、刚性好、不易磨损，但缺点是承载能力较小，且反向器的回珠槽加工复杂，因此价格也更高，适合小导程或丝杠外径较小的应用。外循环式螺母