滚动丝杠细分类型对比分析

滚动丝杠又可以细分为滚珠丝杠和行星滚柱丝杠两大类。

1. 滚珠丝杠：常用于中大负载的工业自动化设备

滚珠丝杠（Ball Screw）是由滚珠、螺母、丝杠、反向器组成。反向器，即一个滚珠循环 通道，它的作用是防止滚珠从内滚道中滚出，同时也使得整体的结构更为简单。当丝杠 轴（或螺母）转动时，丝杠与螺母之间的滚珠会沿着螺纹内滚道滚动，从而带着丝杠轴 （或螺母）进行直线运动。

根据滚珠循环方式的不同，滚珠丝杠可以分为内循环式和外循环式。内循环式结构简单、 便于进行微型设计；但是由于反向器珠槽为空间曲面，加工难度大。其紧凑的结构优势 使其适用于中小导程、中低速场合，例如 3D 打印机、中小型医疗扫描仪等。外循环式 由于滚珠在体外循环往复运动，制造尺寸较大，适用于载荷较大的场合，常见于大型重 载机床等领域。

丝杠是典型的工业制成品，产品精度越高、制造难度越大。滚珠丝杠的精度表示方法为： 不论滚珠丝杠有多长，任取一段 300mm，误差都在等级代表的精度之内。根据金属加 工杂志介绍，按我国标准分类，精度等级有 P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、韩 国，还有中国台湾省采用 JIS 等级，即 C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；欧洲国家的 标准采用的是 IT0，IT1， IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。标号越低/高，精度越高/ 低。一般来说，普通机械采用 C7、C10 级；数控设备采用 C5、C3 级；航空制造设备， 精密投影及三坐标测量设备等一般采用 C3，C2 精度。

与滑动丝杠相比，滚珠丝杠在传动精度、传动效率、寿命、同步性等方面具备显著优势； 同时随着产量不断增长，二者价格差异越来越小。未来滚珠丝杠不仅在不同精度需求领 域具备广阔空间。

需求广泛市场规模稳步增长，国内市场由外资品牌主导。滚珠丝杠广泛应用于机床、工 业自动化、仪器仪表等领域，国内工业设备的快速发展带来了稳定的市场需求。据华经 产业研究院数据，2022 年我国滚珠丝杠市场规模约为 28 亿元，同比增长 9.38%。从价 格走势看，近几年我国滚珠丝杠市场竞争不断加剧。国内滚珠丝杆价格从 2014 年 225 元/套的均价下降至 2022 年的 180 元/套，下降速度趋缓。 外资品牌在我国中高端市场中的份额保持领先，并不断抢占经济型产品份额。国产品牌 技术持续提升，产品逐步由低端向中高端迭代。从全球市场看，日系、欧系品牌仍占据 主导地位。据华经产业研究院数据，全球主要的滚珠丝杆厂商有 NSK、THK、SKF 等， 2021 年日本和欧洲滚珠丝杠企业全球份额约 70%。全球 CR5 市占率约 46%，主要来自 欧洲和日本。

2.行星滚柱丝杠：人形机器人传动装置的理想方案

行星滚柱丝杠通过在主丝杠周围布置若干行星螺纹滚柱，大幅增加丝杠传动过程的接触 面和受里面，从而具备了“高承载、高效率、高精度、高可靠性”等优点。受限于高成 本、低产量，以前行星滚柱丝杠需求较小。近些年随着机器人等高端制造领域快速发展， 行星滚柱丝杠具备较大发展潜力。

根据结构组成及运动关系的不同，可分为标准式行星滚柱丝杠、反向式行星滚柱丝杠、 循环式行星滚柱丝杠、差动式行星滚柱丝杠、轴承环式行星滚柱丝杠。反向式、循环式、差动式等变形产品通过优化结构设计，可以实现更高负载运动，但对应的传动效率会有 所降低。反向式优势是适配于机电一体化设计，主要应用于中小负载、小行程和高速的 应用场景。循环式优势是啮合螺纹数量大，最大设计负载大，主要应用于要求高刚度、 高承载、高精度的场合，如医疗器械、光学精密仪器等领域。差动式优势是结构简洁、 导程小，适用于传动比较大的场合。

与滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠负载的传递单元使用螺纹滚柱而不是滚珠，能够承受更高的静态负载和动态负载，静载为滚珠丝杠的 3 倍，寿命为滚珠丝杠的 15 倍。同时具 有更强的刚度和抗冲击能力，可以提供更高的转速及更大的加速度。此外，行星滚柱丝 杠为螺纹传动，螺距设计范围更广，理论导程可以比滚珠丝杠更小。

生产工艺进步推动行星滚珠丝杠发展，欧洲品牌引领全球。行星滚柱丝杠最早起源于 1942 年，一名瑞典的发明家 Carl Bruno Strandgren（卡尔·布朗·斯特兰德格伦）申请了 第一个循环式滚柱丝杠的专利。但是由于结构复杂、加工难度大和成本较高的原因，在 产品问世后的很长一段时间都无人问津。 70 年代起，随着武器装备技术发展以及石油、化工、数控机床等对大推力、高精度、高 效率、长寿命的需求提升，瑞士的 Rollvis、瑞典 SKF（被 Ewellix 收购）、美国 Exlar、瑞 士 GSA、美国 Moog 等公司相继突破专利，现已具备较为齐全的产品种类和系列，标准 化产品精度行业领先。 国内生产高精度滚柱丝杠的企业不多，相关研发处于发展初期，代表企业有南京工艺、 博特精工、鼎智科技、汉江机床、新剑传动等。

行星滚柱丝杠在负载和精度需求高的场景具备广泛空间。根据金属加工杂志社最新发布 的《第三届滚动功能部件用户调查分析报告》，数控机床、机器人是行星滚柱丝杠最主要 的需求领域。随着这类场景对滚动部件的需求向高刚度、重载荷方向发展，高承载能力、 耐冲击、高刚度的行星滚柱丝杠采用比例逐渐上升。

我国市场仍处起步期，国产品牌份额较低。受限于制造工艺难度高，生产设备有限，行 星滚柱丝杠总体市场规模较低。根据 IHS Market 的预测。2022 年我国行星滚柱丝杠销 量约为 10000 根，销售单价为 11000 元/根，对应销额为 1.1 亿元。 国内行星滚柱丝杠市场主要被国外厂商占据，2022 年 Rollvis、GSA 和 Ewellix 的市场份额占比分别为 26%、26%、14%；国内行星滚柱丝杠厂商合计市场份额占比为 19%， 其中以南京工艺、博特精工为代表，市场份额均为 8%。