2025年人形机器人丝杠行业研究：高壁垒与高价值量核心环节，国产厂商充分受益量产浪潮

行星滚柱丝杠：人形机器人核心零部件，高壁垒&高价值量

丝杠：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。

行星滚柱丝杠：承载能力大幅提升，综合性能指标最优

行星滚柱丝杠以滚柱替代滚珠，承载能力、适用性等性能明显优于滚珠丝杠。 1）从器件结构来看：行星滚柱丝杠由丝杠轴、螺母、滚柱、内齿圈和保持架等部分 组成，同滚珠丝杠的区别在于传动部件从滚珠变成滚柱。 2）从运行原理来看：丝杠轴上的滚道、滚柱、滚柱螺母都具有齿形角 90°的多头螺 纹，通常5-6头，其中行星滚柱有双凸圆弧的单头螺纹（工艺核心难点）。类似滚珠 丝杠，滚柱与滚道和滚柱螺母形成啮合，丝杠上的扭矩通过滚柱传递到螺母上面，把 转矩转化成推力，当滚柱丝杠旋转时，滚柱既围绕丝杠轴作公转，又围绕自身轴线作 自传，带动滚柱螺母作轴向移动。3）VS滚珠丝杠：由于滚柱刚性强，行星滚柱丝杠可实现负载更大，同等规格下，额定重载能力是滚珠丝杠的3-6倍；同时 接触点依旧是滚动摩擦，尽管传动效率略低于滚珠丝杠，但依旧保持在较高的水平。综合来看，行星滚柱丝杠具备承载能力 强、寿命长、体积小、传动效率高、动态性能好、适用性强和安装维护方便等优点，在数控机床、医疗器械、重型机械、武 器装备、航空航天等精密传动领域具备广阔的应用场景。

Optimus：线性执行器核心部件，高壁垒&高价值量环节

丝杠为人形机器人线性执行器核心部件，我们预计价值量占比超19%。线性执行器主要用于人形机 器人关节的直线运动控制，完成手臂、双足的驱动，配合旋转关节实现跑跳、拾取等动作。 1）从结构来看：主要由无框力矩电机+行星滚柱丝杠+驱动器+编码器+力传感器等组成，其中丝杠是 将无框力矩电机的旋转驱动转化为线性传动的核心部件。 2）从价值量来看：根据Tesla AI Day，2023年丝杠在人形机器人核心零部件价值量中占比达到14%。 Optimus历次迭代以来，丝杠用量不断增长；随着灵巧手广泛应用，目前市场主流玩家多采用微型滚 柱丝杠，因此丝杠价值量有望持续提升。根据觅途咨询最新《2024人形机器人产业链白皮书》，丝杠 价值量占比19%。

下游：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。

丝杠厂商扩产竞赛开启，工艺+设备为量产关键壁垒

高端滚珠丝杠&滚柱丝杠由海外主导，国产替代空间较大

滚珠丝杠：高端市场仍由欧洲、日本企业主导，中国大陆厂商在中端市 场已形成突破。1）全球范围内来看，滚珠丝杠领先企业仍以日本和欧洲 厂商为主，包括NSK、THK、SKF等，CR5市场份额约46%。此外，中国 台湾的上银、银泰等厂商同样具备不俗市场竞争力。2）对于中国大陆市 场，高端滚珠丝杠领域仍由德国和日本企业高度主导，2022年市占率高 达90%，中端滚珠丝杠已实现一定国产化，2022年中国台湾的上银、银 泰市场份额达到40%，中国大陆的南京工艺、汉江市场份额约30%。

进一步分析发现，国内滚珠丝杠产需缺口占比快速下降，价格端整体呈现下降趋势，进一步验证滚珠丝杠国产替代趋势。 政策方面，惠台政策收紧利好大陆替代。自2024年6月15日起，对原产于中国台湾地区的附件所列134个税目（包含丝杠导轨） 进口产品，中止适用《海峡两岸经济合作框架协议》协定税率。国内中端丝杠市场主要由上银、银泰主导，关税减让补贴暂停，使 得国内丝杠导轨性价比优势更加显著，国产替代有望快速提升。

滚柱丝杠：欧洲企业占据绝大部分市场份额，国产率替代空间大。 全球滚柱丝杠厂商主要有Ewellix（隶属于SKF集团）、Rollvis（瑞 士）、GSA（瑞士）、Rexroth（德国）、CMC（美国）、南京工 艺（中国）、济宁博特（中国）等，其中2022年Rollvis、GSA在我 国滚柱丝杠领域的市占率分别高达26%，合计占比超过50%，南京 工艺、济宁博特市场份额分别约为8%、8%，国产替代空间较大。

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。

国内企业加速布局，高端滚动丝杠国产替代加速推进

国内厂商在高端滚动丝杠领域加速布局，产业化有望快速推进。受益于汽车、机床等领域的国产替代诉求，我国持续加大高端滚 珠丝杠、行星滚柱丝杠的研发布局。从产业化成果来看，若以行星滚柱丝杠为例，根据《行星滚柱丝杠技术专利分析》数据， 2010年之后我国行星滚柱丝杠领域的专利申请量明显提升，行业进入高速成长期，为大规模产业化推广打下坚实基础。

报告节选：

编辑：火腿肠