丝杠导轨行业研究报告：人形机器人打开行业空间
（报告出品方：民生证券）
1 丝杠与直线导轨：高精密直线运动核心部件
丝杠是一种机械传动元件，通常用于将旋转运动转换为线性运动。它主要由丝 杠和螺母两部分组成。丝杠是一种具有螺纹母线的长条状零件，而螺母则是一种外 部具有螺纹母线的零件。螺母可以通过转动丝杠来移动沿丝杠的方向。
丝杠具有多种特点，使其在机械传动中被广泛应用：1）较小的滑动摩擦系数：丝杠和螺母之间的滑动摩擦系数相对较小，从而确 保线性运动的平顺性和精度。由于滑动摩擦系数很小，因此可以更轻松地将螺母沿 着丝杠移动，从而减少对电机或手摇轮的功率需求。2）高效率：丝杠的传动效率高，因为它将旋转运动转换为线性运动并消耗较 少的能量。丝杠的高效率可以使机械传动更加稳定和可靠。3）长寿命：丝杠的操作和使用寿命长，因为它们采用钢或其他坚固的金属制 造而成。丝杠的坚固和耐用性可以减少设备故障和维修成本。4）可逆转：丝杠的方向可以自由调整，从而让设备可以适应不同的操作需求。丝杠的可逆性使其可以在不改变传动系统的前提下灵活适应不同的应用 5）易于控制：丝杠的控制非常简单，因为它们可以通过电机或手动轮控制。这种控制程序可以通过编程或其他电子手段自动化，从而进一步提高设备的生产 效率和精度。丝杠作为一种机械传动元件，已被广泛应用于各种生产过程中，由于其具有低 滑动摩擦系数、高效率、长寿命、可逆和易于控制等优点，因此是非常理想的传动 元件之一。现今，丝杠在机场、轨道交通系统、自动化设备、机器人、制造系统等 行业中得到广泛的应用。
1.1 丝杠可以分为滚珠丝杠/滚柱丝杠/T 型丝杠
常见螺纹丝杠可分为三角螺纹、梯形螺纹、滚珠丝杠与行星滚柱丝杠四种：1）三角螺纹丝杠：又叫普通螺纹丝杠，牙型为等边三角形，用于连接紧固。2）梯形螺纹丝杠：螺旋形式为普通等腰梯形/滑动摩擦，传动效率 26~46%， 适用于木工机械，包装机械等，国产化率较为充分。3）滚珠丝杠：滚珠链在丝杠轴与螺母之间做滚动摩擦，传动效率超过 90%， 广泛用于机床、电子机械、机器人等场景，据智研咨询统计测算，国产化率不足 60%。4）行星滚柱丝杠：据李凯等《精密行星滚柱丝杠的传动特性》，行星滚柱丝杠 综合了行星轮、滚珠丝杠、滚针轴承等优点，通过在主丝杠布置若干行星滚柱，大 幅增加丝杠传动过程的接触面和受力面，传动效率略低于滚珠丝杠，在润滑条件较好时也可达到 90%以上。国内研究应用及规模化量产尚处初期阶段。
2 滚珠丝杠：高精度丝杠代表
2.1 滚珠丝杠由丝杠轴与螺母构成
1898 年，人们首次尝试在螺帽与螺杆之间加入钢珠，将传统螺杆的滑动接触 转换成滚动接触；以滚动摩擦取代滑动摩擦，将螺帽内的钢珠回转运动转为线性运 动，将扭矩转换成轴向反复作用力，以此来改善传统螺杆定位不佳及易损害的情况。在凹槽内部，包含在螺母里的是许多由铬钢制成的小球。当滚珠在螺母中循环时， 滚珠在螺杆下方提供平稳运动，导流板或返回系统保持球并使它们通过螺母循环。滚珠丝杠组件由内螺纹螺母和螺杆组成，螺母的螺旋槽与螺杆的螺旋槽相匹 配。当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转 化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。
与电机一起使用时，滚珠丝杠的效率高达 90％。它们相当精确，每英尺几千 分之一英寸的精度。许多行业都使用滚珠丝杠进行精确控制，包括航空航天，计算 机，电子，汽车和医疗行业。丝杠主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用 力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点，所以其在精度、强度及耐磨性等方 面都有很高的要求，因此其加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑。当前，滚 珠丝杠是行业主流产品，相比于普通的丝杠（梯形丝杠），其在自锁性、传动速度、 使用寿命和传动效率优势明显。滚珠丝杠副，又称滚珠丝杠、滚珠丝杠、滚珠螺杆。滚珠丝杠是由丝杠轴和螺 母组成，而其中螺母又是由钢球、预压片、反向器、防尘器等组成。
滚珠丝杠是在艾克姆螺杆上的进一步延伸和发展，其重要意义就是将轴承从 滑动动作变成滚动动作，常见的滚珠丝杠包括自润式滚珠丝杠、静音式滚珠丝杠、 高速化滚珠丝杠以及重负荷型滚珠丝杠等，而从循环方式看，滚珠丝杠包括内循环、 外循环两种，其中内循环是指滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触，外循环是指 滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广 泛应用于各种工业设备和精密仪器。
2.2 丝杠精度：大陆分 7 级，JIS 分 6 级
包括：精度等级、轴向间隙、额定负载、导程、丝杠轴外径和长度等。1）精度等级（一般所说的精度是导程精度）：根据使用范围及要求将滚珠丝杠分为定位滚珠丝杠副(P)和传动滚珠丝杠(T) 两种，精度等级主要分为七个等级，即 1/2/3/4/5/7/10 级。1 级精度最高，依次 逐渐降低。JIS 等级精度分为 C0，C1，C3，C5，C7，C10 这 6 种精度，一般来 说，通用机械或普通数控机械选 C7（任意 300 行程内定位误差±0.05）或以下， 高精度数控机械选 C5（±0.018）以上 C3（±0.008）以下，光学或检测机械选 C3 以上。不过现在台湾也出现 C2 和 C6，这两种精度。
2）轴方向间隙：滚珠丝杠的螺母与丝杠轴轴向的间隙值，一般在 0~0.12mm 左右，轴向间隙 影响物体移动的重复精度（一般在 0~+/-0.02mm）。3）容许轴向负载：容许轴向负载时指相对于可能使丝杠轴发生屈曲的负载，确保其安全性的负 载。施加于丝杠轴的最大轴向负载须小于容许轴向负载。4）容许转速：滚珠丝杠的转速取决于必要的进给速度和滚珠丝杠的导程，且须小于容许转 速。滚珠丝杠的容许转速小于与丝杠轴固有振动一致的危险速度的 80%。5）寿命：滚珠丝杠的寿命是指滚珠滚动面或任一滚珠因交变应力而产生疲劳，直至开 始产生剥落现象时的总旋转次数、时间、距离。6）导程：导程为滚珠螺母相对滚珠丝杠旋转一周（2π 弧度，即 360°）时的行程。常见 丝杠导程有：4、5、6、8、10、12、16、20、32、40、50、60、80、100mm。
2.3 下游以机床注塑机机械工业为主
从产业链来看，上游是滚珠丝杠原材料及零部件，原材料主要包括钢铁等，下 游应用领域是数控机床、电动注塑机、机械行业等。
2.4 2022 年滚珠丝杠全球近 20 亿美元，中国近 30 亿元
2.4.1 MarketWatch 估算 2022 年全球滚珠丝杠市场近 20 亿美元
近年来，高速、高精及高品质的加工需求不断提升，尤其是在航母航天、汽车 工业、模具制造、光电工程和仪器仪表等应用产业，催生了滚珠丝杠更大且更为高 端的市场需求。具体来看，根据华经产业研究院数据显示，2021 年全球滚珠丝杠 市场规模达到17.5亿美元，同比增长6.0%，2015-2021年均复合增速达到6.2%。华 经 产 业 研 究 院 预 计 2022 年 全 球 市 场 规 模 达 到 18.59 亿 美 元 。根 据 MarketWatch 估算，全球滚珠丝杠市场将在 2028 年达到 30.83 亿美元。
2.4.2 华经产业研究院估算 2022 年中国滚珠丝杠市场近 30 亿元
从国内市场规模来看，中国作为滚珠丝杠产品重要的消费市场之一，2019 年， 国内滚珠丝杠市场规模占全球规模总量的 20%左右，该占比在 2021 年提升至 22.9%。据华经产业研究院数据显示，2021 年我国滚珠丝杠市场规模为 25 亿元， 预计 2022 年市场规模达 28 亿元。
从国内行业供需情况来看，滚珠丝杠需求量大于产量，行业供需缺口明显。据 华经产业研究院统计，2021 年中国滚珠丝杠（滚珠丝杠副）产量达到 983 万套， 需求量为 1406 万套。
从价格走势来看，近几年来随着我国滚珠丝杠副行业市场竞争加剧，国内企业 向中高端市场渗透，外资品牌积极抢占经济型产品市场份额，行业市场竞争显著加 剧，使得行业市场价格总体呈现出明显的下降态势。据华经产业研究院数据显示， 国内滚珠丝杠价格从 2014 年 225 元/套的均价下降至 2021 年的 181 元/套，预 计 2022 年市场价格降至 180 元/套，下降速度趋缓。
2.5 我国高端滚珠丝杠国产化率较低
2.5.1 全球市场竞争格局
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