丝杠分类、结构、传动原理、市场空间及壁垒分析

受益人形机器人需求放量，将彻底打开行星滚柱丝杠需求空间。

1.旋转驱动转化为直线运动的核心部件

丝杠传动效率高、精度高、刚度高，是精密机械传动主流方案。通过丝杠和螺母相对旋转，丝杠可将轴端电机的转动转化为直线 运动，进而实现高精度位移定位。特别地，丝杠还具有传动可逆性，能够将直线运动变为回转运动。若按结构和工作原理，丝杠 可以分为滑动丝杠、滚珠丝杠、滚柱丝杠三大类。

以滚珠丝杠为例，拆解具体结构和传动原理。1）从结构来看：丝杠本质就是一根圆柱轴（红1），丝杠轴上面制有外螺旋滚道 ；左右两端为轴颈（蓝2和蓝3），其中左端轴颈连负责联结丝杠和电机，通过联轴器或同步带实现动力传递；右端轴颈起到支撑 作用。滚珠螺母是用来连接和固定需要移动的负载，螺母制有内螺旋滚道；反向循环装置的作用是引导将钢球回到起始点，做往 复运动。简单概括，滚珠丝杠主要由四个核心部件组成，包括丝杠轴、滚珠螺母、滚珠螺母内的钢球以及反向循环装置。

2）传动原理：丝杠轴上制有外螺旋滚道，螺母制有内螺旋滚道，将它们套装在一起时，这些槽对合起来就形成了圆弧形螺旋通 道，钢球（滚珠）能够在通道内循环滚动。当丝杠相对于螺母旋转时（由电机驱动），滚珠在滚道内自转，同时又在封闭的滚道 内循环运动，使丝杠和螺母相对产生轴向运动，即可实现精准定位功能。

3）VS梯形丝杠：以滚动摩擦替代滑动摩擦，使得滚珠丝杠具有更高的传动效率，同时具备更高的刚性和精度等特点，广泛运用 于数控机床、半导体、自动化等场景。梯形丝杠传动效率较低，但具备一定自锁性优势。

2.机床&新能源稳健增长，人形机器人打开市场空间

滚珠丝杠：需求稳健增长，机床、新能源汽车为重要终端

全球滚珠市场稳健增长，我国市场增速明显高于全球平均水平。1）全球：根据Zion Market Research数据，2022年全球滚珠 丝杠市场规模约为230.5亿美元，预计2030年全球市场规模可达405.7亿美元，CAGR约为7.32%，保持稳健增长。2）中国：根 据秦川机床2023年5月投资者关系活动表，我国2022年滚珠丝杠及滚动直线导轨市场容量约为145亿元，预计年复合增长率达到 10%以上，国内市场增速高于全球水平。

细分下游来看，滚珠丝杠应用领域广泛，机床为主要应用领域之一。从丝杠产业链来看，作为将旋转电驱动转化为直线运动的核 心部件，滚珠丝杠可广泛应用于机床、半导体制造装置、医疗机械、机器人、专用机械、电池制造装置、汽车等众多领域。根据观 研报告网，其中机床、半导体制造装置、医疗器械为目前最主要下游应用，占比分别为21.6%、17.3%、15.2%，合计占比高达 54.1%。

数控机床放量进一步带动滚珠丝杠需求，2025年我国市场规模超百亿元。根据中国机床工具协会数据，2023年我国金属加工机床 市场规模约为1935亿元，若我们假设2024-2030年复合增速维持在3%，并假设数控机床行业毛利率稳定在20%、直接材料成本占 比维持在85%，同时丝杠和导轨分别在直接材料成本中的占比分别稳定在3%和5%，则对应2025年我国数控机床丝杠和导轨（滚珠 丝杠为主）的市场规模分别为42和70亿元，合计达到112亿元；2030年分别为49和81亿元，合计达到129亿元，市场需求空间广阔 。

滚柱丝杠：渗透率提升空间较大，人形机器人打开需求空间

行星滚柱丝杠市场规模尚小，渗透率具备较大提升空间。在制造升级背景下，行星滚柱丝杠在多领域加速替代滚珠丝杠和传统液 压系统等，渗透率加速提升，驱动市场规模高速增长。1）全球：据DATAINTELO数据，2022年全球行星滚柱丝杠市场规模约12.7 亿美元，广泛应用于汽车、数控机床、工程机械等行业，并预计2028年超过16亿美元。2）中国：根据觅途咨询数据，若不考虑人 形机器人潜在需求，2023年我国行星滚柱丝杠市场规模仅约为1.04亿元，2030年有望达到6.10亿元，期间CAGR约30%。

受益人形机器人需求放量，将彻底打开行星滚柱丝杠需求空间。如上文所言，行星滚柱丝杠具备精度高、承载能力强等优 势，已成为特斯拉人形机器人线性执行器主流方案。从价格端来看，目前行星滚柱丝杠售价依旧较高，随着下游需求放量， 制造标准化提升驱动降本，行星滚柱丝杠的单价有望快速下降。若我们假设单台人形机器人对于行星滚柱丝杠的需求量稳定 在14个，当前舍弗勒行星滚柱丝杠单价在1-2万元，我们假设小批量量产是单根1.2万元。则人形机器人产量达到100万台、 500万台时，我们预计对应的行星滚柱丝杠市场需求分别为141和445亿元，将彻底打开行星滚柱丝杠的需求空间。若再考虑 到灵巧手空心杯关节中使用的微型行星滚柱丝杠（17个），则潜在市场需求更加广阔。

3.螺纹加工为核心工艺壁垒，磨床供应为另一产业化壁垒

从材料端来看，丝杠常用的材料是合金钢和不锈钢。作为高精 度的传动部件，材料选择和配比对于滚动丝杠的性能指标至关重 要。高端丝杠要求材料有良好的强度、刚性、耐磨性、耐腐蚀性 、冲击韧性、抗疲劳性、导热性、导电性和高温性。从材料选择 来看，丝杠常用材料包括碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金和铜合 金等，其中合金钢和不锈钢耐磨性和抗腐蚀性较好，应用更加普 遍。特别地，对于行星滚柱丝杠副，一般丝杠部位多采用铬钼合 金钢，螺母、滚柱部位对于碳铬轴承钢的需求度较高。

从加工工艺端来看，滚动丝杠核心壁垒在于螺纹加工。整体来看，精密丝杠主要包括淬硬丝杠和不淬硬丝杠两大类，前者的耐磨 性较好，能较长时间保持加工精度，必须依靠高精度的螺纹磨床和热处理设备，后者需要精密丝杠车床即可。从器件结构来看，滚 动丝杠为表面附加精细螺纹结构的细长型柔性轴（长度L/直径d约为20～50），该结构下材料刚性较低，实现稳定精准的微米级别 螺纹加工难度较大。特别地，对于行星滚柱丝杠，主要包括丝杠外螺纹、滚柱外螺纹、螺母内螺纹三部分，加工难度依次递增。