丝杠国产替代在即，人形机器人带来星辰大海

证券研究报告 行业研究|行业深度研究|机械设备（2164） 丝杠国产替代在即， 人形机器人带来星辰大海 请务必阅读报告末页的重要声明 2024年08月15日 证券研究报告 |报告要点 随着人形机器人的产业发展越来越快，特斯拉机器人OptimusGen2选用行星滚柱丝杠作为直线传动的重要部件，丝杠行业规模和国产丝杠有望跟随人形机器人放量实现份额扩张和高速增长。丝杠产业建议关注实现量产或进入下游主导企业供应链的公司。 |分析师及联系人 高登 黄程保 裴婉晓 SAC：S0590523110004SAC：S0590523020001SAC：S0590524030001 请务必阅读报告末页的重要声明1/27 行业研究|行业深度研究 2024年08月15日 机械设备 丝杠国产替代在即， 人形机器人带来星辰大海 投资建议： 强于大市（维持） 上次建议：强于大市 相对大盘走势 机械设备 10% 沪深300 -3% -17% -30% 2023/82023/122024/42024/8 相关报告 1、《机械设备：工程机械7月数据点评：挖机内销同比增幅维持20+%，出口下半年有望转正》2024.08.08 2、《机械设备：泵业千亿规模迎头部集中趋势》2024.07.23 扫码查看更多 报告要点 行星滚柱丝杠、滚珠丝杠需求拉动可观 丝杠是将回转运动转化为直线运动的重要精密传动零部件，主要用于精密机械内部传动。丝杠主要分为滑动丝杠、滚动丝杠、静压丝杠，受益于体积小、负载高、寿命长等特点，滚珠丝杠和行星滚柱丝杠的应用最广泛。行星滚柱丝杠主要应用于精密机床、机器人、汽车；滚珠丝杠主要应用在机床、汽车等精密制造，整体均用于精密仪器，近年应用场景随着我国高端制造行业发展而快速增长。 人形机器人为行星滚柱丝杠下一新需求增量看点 2022年行星滚柱丝杠全球市场规模达到12.7亿美元，2018-2022年间复合增速达到4.5%。2022年滚珠丝杠规模达到149亿元，下游主要分为机床、汽车等精密制造，滚珠丝杠规模或跟随制造业复苏稳定增长。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。 行星滚柱丝杠等待国产替代，处于利基赛道第一阶段 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。滚珠丝杠的格局更加分散，CR5接近45%左右，以日本和欧洲的企业为主。与减速器相比，国产丝杠行业正处于利基赛道第一阶段，等待基本面突破及业绩兑现。 综合壁垒较高，工艺、设备等多环节有改善 行星滚柱丝杠和滚珠丝杠的主要部件生产壁垒高，实现突破的厂商或能保持其竞争优势。丝杠主要部件高精密加工的工艺复杂，加工精度是保证其准确装配和精准传动的必要条件，精密加工的热处理工艺、研磨设备等多个环节都有待国产厂商提升。此外，行星滚柱丝杠的高精密最重要环节精磨，所需磨床进口自日本或欧洲，整体而言最卡脖子环节为高精度磨床的采购及使用。当前贝斯特、秦川机床恒立液压均在行星滚柱丝杠和滚珠丝杠有相应的产业布局。 投资建议：关注实现量产及进入主流供应链的公司 行星滚柱丝杠中长期需求在机器人产业下有望爆发，建议关注实现量产或进入下游主导企业供应链的公司。产业链标的：（1）恒立液压：国内液压油缸龙头，逐步开启直线传动零部件部门，产品实现量产后公司有望进入特斯拉机器人供应链； （2）贝斯特：国内领先的涡轮增压零部件龙头，在滚珠丝杠、行星滚柱丝杠领域率先实现量产，并向下游机床、机器人领域送样。 风险提示：行业技术突破不及预期，行业竞争格局发生较大变化，商业应用场景拓展不及预期。 投资聚焦 核心逻辑 随着人形机器人的产业发展越来越快，特斯拉机器人OptimusGen2选用行星滚柱丝杠作为直线传动的重要部件，丝杠行业规模和国产丝杠有望跟随人形机器人放量实现份额扩张和高速增长。我们认为，中长期具备精密加工工艺积淀、设备的龙头企业有望快速实现国产替代突破。 不同于市场的观点 （1）技术层面，市场部分观点认为：人形机器人选用行星滚柱丝杠作为传动体系中的直线关节。我们认为：人形机器人的传动方案目前尚不确定，且后续仍会有变化，在越来越多的机器人直线关节选用行星滚柱丝杠的假设下，做相应的需求及市场分析。 （2）行业层面，市场部分观点认为：国产行星滚柱丝杠的国产替代率等待兑现，业绩快速增长。我们认为：国产行星滚柱丝杠国产替代逐步提升市场份额的过程会相对缓慢，其次当国产替代逻辑逐步兑现的阶段，相应公司的对应业务估值会有一定程度的折扣，更关注业绩兑现。 投资看点 行星滚柱丝杠中长期需求在机器人产业下有望爆发。供给端更多需要关注份额提升较快的公司或者进入全球主导企业供应链的公司。 产业链标的：（1）恒立液压：国内液压油缸龙头，逐步开启直线传动零部件部门，产品实现量产后公司有望进入特斯拉机器人供应链；（2）贝斯特：国内领先的涡轮增压零部件龙头，在滚珠丝杠、行星滚柱丝杠领域率先实现量产，并向下游机床、机器人领域送样。 正文目录 1.行星滚柱丝杠在人形机器人推动下规模有望扩至百亿6 1.1丝杠产品是精密器械的重要传动部件6 1.2行星滚柱丝杠：或成为人形机器人直线运动关节8 1.3滚珠丝杠：最大下游为精密机床，需求等待复苏11 2.利基赛道海外龙头占据主要份额，国产替代快速推进13 2.1格局：技术及工艺壁垒较高，海外龙头寡头垄断13 2.2突破：国内厂商逐步研发并实现量产19 3.投资建议：关注量产及进入主流供应链的公司21 3.1恒立液压21 3.2贝斯特22 3.3投资建议：建议关注恒立液压、贝斯特24 4.风险提示26 图表目录 图表1：丝杠系列产品的主要分类6 图表2：行星滚柱丝杠示意图及相关特征7 图表3：行星滚柱丝杠产业链7 图表4：行星滚柱丝杠及滚珠丝杠市场规模对比8 图表5：行星滚柱丝杠下游应用大致分布8 图表6：全球行星滚柱丝杠规模已达到12亿美元9 图表7：中国行星滚柱丝杠规模接近4亿元9 图表8：特斯拉Optimus主要关节用行星滚柱丝杠数量9 图表9：波士顿动力日前停止液压传动机器人开发9 图表10：Optimus线性关节的行星滚柱丝杠结构10 图表11：日本哈默纳科对人形机器人的出货量预测11 图表12：人形机器人及其对应行星滚柱丝杠的销量和市场规模预测11 图表13：滚珠丝杠在数控机床上的应用12 图表14：中国数控机床的市场规模稳步增长12 图表15：数控机床产量同比已逐步出现周期拐点12 图表16：中国固定资产投资完成额同比增速逐步筑底回升13 图表17：2022年行星滚柱丝杠的全球市场份额（预测）14 图表18：行星滚柱丝杠主要厂商基本信息14 图表19：行星滚柱丝杠副示意图15 图表20：丝杠的材料性能要求15 图表21：螺母和滚柱加工的工艺流程图16 图表22：全球主要精密磨床厂家集中在欧美及日本17 图表23：国内滚珠丝杆行业前五名约占份额一半17 图表24：内、外循环滚珠丝杠运行示意图18 图表25：滚珠丝杠加工过程18 图表26：国内主要进军丝杠业务的公司主要经营情况及当前进展19 图表27：行星滚柱丝杠当前处于简单利基市场阶段（国产替代突破过程）20 图表28：恒立液压近年收入及增速21 图表29：恒立液压近年归母净利润及增速21 图表30：恒立液压主要产品构成22 图表31：恒立液压当前多个技术处于批量、中试阶段22 图表32：贝斯特近年收入及增速23 图表33：贝斯特近年归母净利润及增速23 图表34：公司汽车零部件相关业务占比提升23 图表35：贝斯特毛利率、净利率稳定23 图表36：主要子公司业务及产品规划24 图表37：贝斯特相关主营业务及直线滚动部件24 图表38：丝杠板块相关标的25 静压丝杠 1.行星滚柱丝杠在人形机器人推动下规模有望扩至百亿 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。 图表1：丝杠系列产品的主要分类 梯形滚珠丝杠 锯齿螺纹丝杠 滑动丝杠 矩形螺纹丝杠 三角形螺纹丝杠 滚珠丝杠 定制滚珠丝杠 标准螺母定制式标准滚珠丝杠 滚动丝杠 行星滚柱丝杠 标准式 反向式循环式差动式 轴承环式 资料来源：前瞻产业研究院，国联证券研究所 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 反向式 循环式 差动式 轴承环式 马氏体不锈钢 机器人（20%） 航空/军工（13%） 汽车（12%） 轨交（10%） 表2：行星滚柱丝杠示意图及相关特征 滚柱丝杠 滚珠丝杠 动态负载等级 很高 中等 接触面 多 相对少 冲击负荷 很高 中等 寿命 很长，数倍于滚珠丝杠 中等 所需的相对空间 最小 中等 加速度 高 中等 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。 图 资料来源：诺和科技官网，Tolomatic公告，《行星滚柱丝杠传动精度分析与设计》柯浩，国联证券研究所 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。 图表3：行星滚柱丝杠产业链 上游 原材料 零部件 中游 滚柱丝杠制造 下游 多种应用领域 合金结构调制钢 丝杠滚柱螺母压盖内齿圈 挡圈 标准式 机床（25%） 资料来源：前瞻产业研究院，国联证券研究所 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。 图表4：行星滚柱丝杠及滚珠丝杠市场规模对比 行星滚柱丝杠滚珠丝杠 14亿美元 13 12 11 10 9 8 7 6 CAGR=4.5% 20182022 250亿元 200 150 100 50 0 CAGR=6%左右 20222029E 资料来源：DATAINTELO，前瞻产业研究院，国联证券研究所 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。 图表5：行星滚柱丝杠下游应用大致分布 21% 11% 19% 12% 13% 数控机床（数控装置） 机器人与生产线 航天航空/军工 汽车 轨道交通 3C消费电子 电动注塑机 电动缸伺服驱动 其他 资料来源：金属加工杂志，前瞻产业研究院，国