谐波减速器结构、要求、技术壁垒、需求与产能分析

设计、材料、工艺、设备造就谐波减速器高壁垒。

1.结构：由柔轮、刚轮和波发生器组成，为错齿运动

谐波减速器构成相对简单，由柔轮、刚轮和波发生器组成，传动原理为柔轮和刚轮间的错齿运动。谐波减速器 的核心是柔轮的弹性变形和齿轮啮合的错齿运动，传动过程为通过波发生器让柔轮变形，柔轮外齿与刚轮内齿 依次啮合来实现减速。

最常见为双波传动，即柔轮比刚轮少两个齿，如刚轮200齿，柔轮198齿，电机带动波发生器转动一圈，柔轮旋 转2/200圈，反方向错位2个齿，此时减速比达到100。通过调整柔轮和刚轮的相对齿数，可以获得不同的减速 比，单极传动可达70-500，某些装置可达1000，多级传动可达30000以上。

2.性能要求：长寿命、高精度、稳定运行，HD性能领先

谐波减速器关键性能指标为使用寿命、传动精度、传动效率、刚度、升温、噪声等。哈默纳科性能行业最优， 使用寿命可达10年以上，传动平稳性高，噪音和震动较小，抗冲击能力强，而国内厂商多数使用寿命在2-3 年，高温高转速下存在噪音、漏油等问题。哈默纳科在材料热处理、齿形设计(IH齿形专利)、精密加工、润滑 技术等方面领先，在全球市占率约50-60%，在高端市场占比超70%。

材料：稳定性和寿命的关键，其中柔轮要求最高

谐波减速器的材料对其性能和寿命至关重要，其中柔轮+柔性轴承材料要求最高，国内仍主要依赖于进口。波发 生器使用高强度合金钢，柔轮采用40Cr合金钢，刚轮采用球墨铸铁或碳素钢。 柔轮+柔性轴承材料最为关键，柔轮筒体壁厚较薄，承受椭圆周期性形变，材料要求良好的韧性和优良的切削性 能，柔性轴承承受椭圆周期性应力发生弹性形变，材料更易发生疲劳失效，国内提纯技术与日本相比仍有差距 ，国产材料中存在夹杂物如TiN和Al2O3，夹杂物易在组织内产生应力集中，进而降低疲劳性能，目前国内仍依 赖进口为主，未来有望实现国产化。 此外，谐波减速器材料非标准化，配方成为性能差异化的关键，如哈默纳克和斯菱股份在刚轮中使用球墨铸铁 ，相比碳素钢材料，其具备成本低，寿命长、切削性好、导热快、减少噪音等优点。

3.难点：核心为材料制备、齿形设计和生产工艺

谐波减速器具备较高的技术壁垒，核心难点在于材料制备、齿形设计和生产工艺。 1）材料制备：柔性轴承需用超纯净钢冶炼技术。柔轮+柔性轴承需要承受周期性的变形，对材料的疲劳强度和纯净 度要求极高。柔轮和柔性轴承材料目前多为40Cr合金钢，但国内提纯技术不足，导致材料杂质较多，影响产品的疲 劳寿命。 2）齿形设计：新进齿形专利限制。齿形的精度直接影响传动效率和寿命，传统齿形设计如渐开线齿形和双圆弧齿形 存在一定的局限性，而先进的齿形设计（如哈默纳科的“IH”齿形）被国外企业垄断，新进入者难以绕开专利限制。 3）生产工艺：齿形磨削工艺达到微米级。谐波减速器的加工精度高，误差需控制在1微米以内，多依赖于进口高精 度设备，设备成本高昂，工艺需长期的经验积累；此外，谐波减速器的装配工艺复杂，其中柔轮和钢轮装配中无法完 全自动化，还需根据总装技术要求进行精细调整和校正，新进入者难以在短时间内培养出足够经验丰富的技工。

4.需求：当前谐波主要用于工业机器人

全球需求超200万台：根据QYResearch统计24年全球谐波销售超4.6亿美元，对应出货量超200万台，并预计 2025年谐波减速器需求达227万辆，同比增超10%。 中国谐波需求超100万台：根据中商产业研究院统计，2023年我国谐波减速器销量达101.1万台，同比下降 7.5%，2024年恢复增长，销量达112万台，是全球最大的谐波需求市场。工业机器人占谐波需求80%+：每台六轴多关节机器人需要搭配6台精密减速器，其中负载10kg以下使用谐波 减；10-20kg及更高负载的机器人小臂、手腕可采用谐波。2024年全球工业机器人销量近55万台，对应每台使 用3+台谐波。其他谐波应用领域为机床设备（占10%）、汽车（占6%）等。

工业机器人及传统工业领域未来增长平缓

工业机器人需求平稳，多节机器人占比提升带动单台谐波用量。根据国际机器人联合会(IFR）预测，2025- 2027年全球工业机器人安装量分别为55.5/57.5/60.2万台，对应谐波减速器需求210/222/237万台，年复合增 长率6%。多关节工业机器人为未来发展趋势，预计单台用谐波减速器数量将小幅上升，从3台逐步提升至3.5台 。 未来工业机器人及传统工业领域谐波需求预计复合增长8-10%。根据QYResearch分应用领域预测，2025年传 统领域谐波减速器需求预计为225万台，增长10%，到2030年传统领域谐波减速器预计需求337万台，年复合 增长8-10%，相对稳健。

人形机器人带来显著增量，特斯拉引领

特斯拉执行器方案相对确定，采用14个旋转执行器（谐波减速器）+14个线性执行器。目前特斯拉Optimus身 体采用14个旋转执行器和14个线性执行器。其中旋转执行器主要实现关节旋转运动，传动部件以谐波减速器方 案为主，肩膀6个、手肘2个、髋部6个。灵巧手目前尚未使用微型谐波，但厂商已有技术储备。未来不排产髋部应用更优方案，但谐波仍为主导。谐波减速器作为旋转关节传动部件优点在于精度高，但相对于 行星减速器承载力、抗冲击能力相对低，未来在腰髋关节不排除采用新型方案，如摆线减速机（摆线轮与针齿啮 合的原理，天生具备大扭矩和抗冲击性）

谐波需求：机器人提供增量，27年开始爆发

短期人形机器人谐波减速需求来自海外厂商，27年爆发，需求超600万台：特斯拉和Figure AI增长确定性高， 且谐波单台用量高，而国内短期谐波单台用量预计3-4台。我们预计25/26年全球人形销量2/10万台，对应谐波 需求16/91万套。而27年若人形机器人突破50万台，对应谐波需求600万台+，超过传统需求领域2倍。 2030年全球人形销量350万台，单台人形谐波用量10台，对应谐波空间超4200万台，远期若人形销量3000万台 ，对应谐波需求超过3.6亿台。

2.产能：短期利用率低，27年供需拐点，或供给紧缺

25年全球谐波有效产能450-500万台，产能利用率50%。其中哈默纳克220万台左右，绿的59万台，行业需 求预计240万台，总体产能利用率50%，仍较低。因此短期扩产更多集中于小厂商及新进入者，单一扩产规 模为5-10万台，未来两年产能扩张稳健。  预计2027谐波供需格局扭转，或出现供给紧缺。2027若人形机器人销量突破50万辆，全球谐波减速器需求 近900万台，而龙头HD扩产缓慢，总体供给预计700万台，行业或出现供给紧缺。