2025年人形机器人轴承行业分析：人形机器人轴承潜力巨大，国产替代空间广阔

1. 人形机器人行业朝气蓬勃，轴承潜在需求持续提升

1.1. 轴承是人形机器人核心零部件，人形机器人轴承用量大

轴承是装备制造核心部件，人形机器人有望带动配套轴承需求。在装备制 造领域，轴承作为机械传动轴的支承，是实现产品性能、功能与效率的重要 保障，也是装备的核心组成部分之一。全球轴承市场正经历着稳定的长期增 长，这得益于汽车、航空航天和工业领域的需求，以及可再生能源、新能源 汽车和智能基础设施等新兴应用领域的需求。近些年，特斯拉 Optimus Gen2 人形机器人的问世，更是掀开了人形机器人轴承市场蕴含庞大潜力的一角。 轴承为人形机器人核心零部件，因需实现复杂灵活运动，故大量应用于关节 等部位，对其精准度与稳定性至关重要。鉴于核心零部件的多样性，适配的 轴承类型也丰富繁杂。轴承在关节执行器的关节连接中应用广泛，常见的有 角接触轴承、交叉滚子轴承、滑动轴承（或关节轴承）等，这些轴承常与减 速器、丝杠、电机等协同工作。从长远视角看，随着人形机器人技术的持续 迭代与产业拓展，减速器、丝杠、电机等部件对配套轴承的需求有望迎来显 著增长。

特斯拉人形机器人 Optimus 关节采用 14 个旋转执行器和 14 个线性执行器， 配备轴承的种类和数量丰富。旋转执行器采用“电机+精密减速器”结构，线 性执行器采用“电机+滚柱丝杠结构”。线性/旋转执行器核心零部件包括无框 力矩电机、滚柱丝杠、减速器、传感器、轴承等。根据特斯拉展现出的灵巧 手，预计达到 22 个自由度，假如都用微型丝杠+微型电机，则对相关轴承 需求大大增加。

1.2. 以特斯拉人形机器为例，看轴承市场新增空间

特斯拉人形机器人轴承需求较多。根据上文所述，身体关节中，特斯拉人形 机器人旋转关节我们预计使用 14 个交叉滚子轴承、28 个（两组）角接触轴 承，这里不考虑柔性轴承（因为是波发生器的一部分）；线性执行器预计使 用 14 个四点接触轴承和 14 个普通深沟球轴承；灵巧手若假设采用丝杠， 我们预计使用 24 个角接触轴承、36 个滚针轴承和 24 个滑动轴承，或者更 多的滑动轴承（或关节轴承）或微型球轴承，为方便测算，我们按照前者。 同时依据爱采购网站的采购价格，对单个轴承的价格进行假设。根据测算， 预计特斯拉人形机器人轴承价值量在 3000 元以上。若特斯拉人形机器人出 货量达到 100 万台，则对轴承新增需求预计将达到 30 亿元以上。然而，若 考虑到人形机器人生产带来的加工设备、组装设备等增量需求及轴承的更 换，轴承潜在需求会更高。

人形机器人中关节轴承用量预计会显著提升。关节轴承（下文介绍）优势是 在运动时可以在任意角度旋转摆动，且具备更好的冲击及高载荷，比较适合 人形机器人手腕和脚踝处两组传动机构连接，结构简单且维护方便。以智元 和小米机器人为例：1）根据智元机器人公开专利《多刚体机器人及其上肢 装置》，专利中小臂上下两组直线节假通过两个关节轴承连接，同时允许两 个直线关节单元在进行线性运动的同时，可以围绕相应连接轴进行旋转；2） 小米专利《腿足结构和机器人》，采用两个鱼眼（一种关节轴承）轴承连接 两个连杆。我们认为，随着更多的连杆及直线关节的应用，对关节轴承的需 求也会水涨船高。

2. 轴承：装备制造基础部件

2.1. 轴承：种类繁多，滚动轴承用量更为广泛

轴承主要作用在于传递力与运动，有效降低机械运动过程中产生的摩擦损 耗。轴承属于高精密机械产品，依赖复杂的加工工艺。常见的轴承按照摩擦 性质可分为滚动轴承、滑动轴承。实际应用中，滚动轴承具有摩擦系数小、 消耗功率少、效率高的优点，故滚动轴承占据轴承的绝大多数。

滚动轴承：将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦 损失的一种精密的机械元件。 滚动轴承组成：一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。内圈的作 用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用； 滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀 分布，引导滚动体旋转起润滑作用。相比于滑动轴承，滚动轴承优点是摩擦 阻力小、标准化便于装拆、结构紧凑、精度高寿命长、易量产、润滑方便等， 能适应多种工况；缺点是抗冲击差、高速重载寿命低、振动噪声大、径向尺 寸大。 滚动轴承分类丰富，通常按滚动体、载荷方向等分类。按滚动体，分为滚珠 （球）轴承和滚子轴承，其中滚珠轴承依套圈配置分深沟型和角接触型，滚 子轴承按滚子形状分圆柱、滚针、圆锥和球面轴承；另外，也有悬浮类轴承 （磁、水、气等特殊介质轴承）；按承受载荷方向和公称接触角 α(套圈与滚 动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线间夹角，α 越大，轴承承受轴向载荷 能力越强)不同，可分为向心、推力、向心推力轴承，向心轴承主要承受径 向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷，组合轴承能同时承受径向与轴向载荷； 按能否调心，分为调心轴承和非调心轴承（刚性轴承）。此外，还可按滚动 体列数（如单列、双列或四列）、可分离性分类。

滚动轴承应用范围较广。滚动轴承作为现代机械的核心元件，其应用覆盖了 工业生产的各个领域。深沟球轴承结构上套圈有特定沟型滚道，主要承受径 向载荷，也能承受一定轴向载荷，用于汽车、机床等。角接触轴承套圈与球 有接触角，可承受径向及双向轴向负荷，在机床主轴、油泵等设备中应用。 调心球轴承靠双排钢珠和内球面型外圈滚道自动调心，主要承受径向载荷， 用于木工机械等。圆锥滚子轴承装有圆台形滚子，能承受重负荷与冲击负荷， 适用于汽车、机床主轴等场景。总体而言，滚珠轴承适高速、轻载、径向价 廉，不适高负载、轴向价昂；滚子轴承适高负载、推力价廉，不适高速、径 向价高。

滑动轴承：滚动轴承和滑动轴承最明显的区别在于是否有滚动体，滑动轴 承没有滚动体，靠平滑的面来支撑转动轴，因而接触部位是一个面，是最基 础的轴承类型。 滑动轴承组成：主要由轴承盖、轴颈、轴瓦、轴承座等组成，其主要特点是 工作平稳、可靠、噪声小、能承受重载荷和较大的冲击载荷。 滑动轴承可按照承载方向、润滑剂种类、油膜厚度、轴瓦材料及厚度等进行 分类。滑动轴承按照承受载荷分为：滑动轴承的种类较多，按其承受载荷方 向不同，可分为径向轴承（承受径向载荷）和止推轴承（承受轴向载荷）。 按照结构可分为轴瓦式滑动轴承、油膜式滑动轴承和关节轴承等。关节轴承 也是一种常见的滑动轴承（球面滑动），其滑动接触表面是一个内球面和一 个外球面，运动时可以在任意角度旋转摆动，采用表面磷化、炸口、镶垫、 喷涂等多种特殊工艺处理方法制作而成。关节轴承具有载荷能力大，抗冲击， 抗腐蚀、耐磨损、调心、润滑好等特点。根据其不同的类型和结构，关节轴 承可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负荷。由于在 内圈的外球面上镶有复合材料，故该轴承在工作中可产生自润滑。一般用于 速度较低的摆动运动，和低速旋转，也可在一定角度范围内作倾斜运动，当 支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。

2.2. 滚动轴承和滑动轴承在人形机器人中都有所应用

谐波减速器轴承：谐波减速器中通常使用 1 个交叉滚子轴承和 1 个柔性轴 承。谐波齿轮减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波，通过 其与刚轮的相互作用，实现运动和动力传递的传动装置。谐波轴承包括刚性 轴承和柔性轴承两大类型，刚性轴承为交叉圆柱滚子结构，滚动体为圆柱滚 子，互成 90°排列在 V 型滚到中，可同时承受轴向载荷、径向载荷和倾覆 力矩等各方向的载荷。轴承具有高刚性、高精度、以及复合承载能力，主要 用于机器人小臂、大臂肩部等关节。柔性轴承（薄壁深沟球轴承）主要承受 交变应力。由于凸轮长轴和柔性轴承内圈为过盈配合，会迫使轴承内圈强制 变形；内圈则将变形通过滚动体传递到外圈，迫使外圈产生相应的径向和轴 向位移。整个外圈变形传递。柔性轴承作为谐波减速器的关键部件，与普通 轴承的主要区别在于其内外圈的厚度较小。

RV 减速器轴承：目前 RV 减速器在人形机器人应用较少。RV 减速器包括 前级的行星齿轮减速器与后级的摆线针轮减速器。这种传动方式是在经典 的针摆行星传动技术基础上进一步发展而成的，它集合了众多优势，如紧凑 的体积、轻巧的质量、宽广的传动比、长久的使用寿命、稳定的精度保持、 高效率以及平稳的传动性能。RV 减速器轴承是机器人减速机中常用轴承， 主要有但不限于以下几种类型： 1）薄壁角接触球轴承，具有较大接触角、高精度、高刚性，对减速器力矩 刚性影响较大。轴承内外圈一般不等高，这样可以避免轴承安装过程中出现 干涉问题，也可以方便轴承润滑散热。 2）薄壁深沟球轴承，主要用在减速器的输出部位，对精度要求高，输出平 稳。 3）薄壁圆锥滚子轴承，分为曲柄支撑用、主体支撑用两种。曲柄支撑用薄 壁圆锥滚子轴承要小一点，置于曲柄两侧，起到支撑曲柄用；主体支撑用薄 壁圆锥滚子轴承和薄壁角接触球轴承功能有点类似，用作减速器的主轴承。

行星减速器轴承：行星齿轮减速机是一种采用行星传动原理的减速机，具有 结构紧凑、传动平稳等优点。在使用过程中，轴承是非常重要的组成部分。 不同的部位使用的轴承类型不同的。1）行星轮支承轴承：行星轮支承轴承 的主要作用是支撑行星轮并使其围绕太阳轮旋转。行星轮支承轴承的种类 很多，如深沟球轴承、圆柱滚子轴承和锥形滚子轴承等，数量和行星齿轮数 量一样，一般为 3 个。其中，深沟球轴承是使用最多的一种，它具有结构简 单、安装方便等特点。2）行星架支承轴承：行星架支承轴承一般包括球形 或滚柱形轴承，在行星轮传动时，行星架支承轴承支撑着行星架，防止发生 轴向偏移。在使用中，轴承的选用应根据减速机的传动功率和转速来合理确 定，如深沟球轴承等，数量一般 2 个。

丝杠轴承：丝杆有根据安装方式不同，选取不同丝杠。丝杠是将旋转运动转 化为直线运动、或将直线运动转化为旋转运动的理想的产品，是工具机械和 精密机械上最常用的传动元件，其优势在于高速运动下保证定位精准，由于 摩擦力较低，其传动效率可达 90%。丝杠通过和螺母相对旋转，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。而轴承在丝杠中也有应用， 一般来讲，固定侧用和支持侧用的轴承不同，固定侧通常为角接触球轴承， 支撑侧通常为普通深沟球轴承。

电机轴承：电机常用轴承类型多样。球轴承是最常见的类型，凭借出色的径 向和轴向承载能力及高速运转性能，常用于支撑电机转子和法兰；滚柱轴承 可承受更高载荷与大径向负荷，适用于电机转子和端盖间支撑，也能承受大 轴向力；圆锥滚子轴承适合处理较大的径向和轴向负荷，常被用于电机轴承 座和法兰之间的支撑。 人形机器人的灵巧手通常采用空心杯电机作为驱动装置，一般采用球轴承 和滑动轴承。空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机，也可以将其 归类为微特电机。在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁 芯转子，也叫空心杯型转子。这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成 涡流而造成的电能损耗。无框力矩电机是一种无外壳结构的永磁电机，其性 能主要通过输出的扭矩来衡量，并且不包含轴承结构。无框力矩电机是力矩 电机的一种，它以输出的扭矩大小作为性能指标，通常也是永磁电机的一种。 这种电机通过磁场的相互作用驱动转子转动，产生扭矩，适用于驱动人形机 器人的关节。与有框力矩电机相比，无框力矩电机省略了电机的外壳，仅保 留转子和定子两个核心部件。

3. 工艺复杂，高端产品国产替代正在进行

3.1. 轴承行业市场规模庞大，海外龙头占据较大优势

市场规模庞大，中国是全球主要制造地之一。根据思瀚产业研究院微信公 众号，2021 年，全球轴承市场规模已经达到 1213 亿美元，预计到 2030 年 将超过 2430.3 亿美元，复合增速约 8%。根据中国轴承工业协会，2023 年 我国轴承行业实现营业收入 2180 亿元，完成轴承产量 202 亿套。根据国机 精工 2024 年年报援引中国轴承工业协会数据，其中 144 家主要企业 2023 年轴承业务收入 1107.24 亿元，占比 50.79%，前十家企轴承业务收入 667.77 亿元，占比约 30.63%。

海外企业占据较大优势。国外先进轴承企业经过近百年的发展，有深厚的技 术积累和持续的技术投入，凭借明显的技术优势，在航天航空、高铁列车轴 承、高精密机床等高端轴承行业占有较高的市场份额。根据 SKF Annual Report 2024，2024 年，全球前六大制造商（SKF、Schaeffler、Timken、NSK、 NTN 和 JTEKT）约占全球滚动轴承市场的 55%，中国制造商约占 25%，主 要集中在亚太地区，其余 20%由规模较小的区域性轴承企业和小众轴承企 业构成。从轴承制造分布情况来看，中国及东北亚是最主要的轴承制造区域。

高端轴承进口需求较大，国内技术有待进步。我国轴承市场已经进入较成 熟阶段，产业规模已经位居世界前列，但技术水平、产品竞争能力与国际轴 承工业领先国家相比，还存在一定的差距。国内轴承企业的营收规模较低、 市场份额较分散、多生产中低端产品。根据中国轴承工业协会，我国每年轴 承进口约 40 亿美元，其中 70%为民用高端轴承。同时，国内轴承产业形成 了瓦房店、洛阳、浙江东部、苏锡常（长三角）和山东聊城五个轴承产业集 群。

3.2. 轴承制造工艺复杂，国内企业持续进步

轴承生产流程较为复杂。以轴承内外圈工艺流程为例，主要工艺流程有下 料、锻造、球化退火、车加工、热处理、磨加工、超精加工等。

不同种类轴承，生产方法各有异同。常用轴承其所需生产方法相同，所得 轴承性能也大相径庭。受轴承工况不一，且企业生产能力有限。实际生产中， 应按轴承工况需求，生产满足所需性能的轴承钢。由于不同的钢材性能对应 特有的加工工艺、生产设备或工艺流程。

我国轴承技术仍有较大进步空间。套圈方面，沟道波纹度和粗糙度严重影响 轴承振动，如中小型深沟球轴承沟道圆度超 2μm、波纹度超 0.7μm，或沟道 严重磕伤，都会致振动加剧甚至有异音。滚动轴承的精度一般分为 P0、P6、 P5、P4 和 P2 五个等级，用于精密机床主轴上的轴承精度应为 P5 及以上级。 而对于数控机床、加工中心等高速、铁路、航空等高科技领域，则需选用 P4 及以上级超精密轴承，P4 及以上级超精密轴承对技术性能和可靠性要求很 高，国内需求的一半以上都依赖进口。高端轴承覆盖滚动轴承、滑动轴承、 悬浮类（特殊介质）轴承和滚动功能部件四大类型。我国高端轴承制造受制 于原材料、精密机床、检测试验技术及基础理论与技术前沿研究的落后，至 今还处于起步阶段。以振动为例，国内外试验表明，保持架、套圈、钢球加 工质量影响轴承振动，钢球影响最明显，套圈次之，关键因素是圆度、波纹 度等。我国钢球产品振动值离散大、表面缺陷重，虽粗糙度等不低于国外， 但因波纹度未控（缺标准和仪器），且机床抗振及砂轮等工艺存在问题，合 套后轴承振动高甚至有异音，还需提升管理避随机质量问题。目前，高端轴 承国产自主化配套只在武器、军工领域有所突破，仅占总需求份额 5%左右。 我国高端轴承制造因原材料、精密机床、检测试验技术及基础理论研究滞后， 尚处起步期，仅在武器、军工领域有 5%左右的自主化配套突破。

我国轴承产业存在多方面差距的原因多种。工业技术上，技术教育受忽视， 人才匮乏致小微厂多产低端品；材质上，虽粗钢产量大，但合金钢短板明显， 高端冶金技术受限且钢企研发不足；生产工艺上，国产精密轴承在寿命、精 度方面与国外差距大；生产设备上，国产设备和国外差距较大，大型机加工 厂家多购进口机床，部分小轴承厂因价格和实用性等因素，更倾向改造老式 机床而非采购国内知名机床。

3.3. 磨床是轴承主要加工设备，高端磨床依赖进口

根据前文所述，轴承制造工艺复杂。锻造、车削、热处理工序所用工艺设备 通常为通用设备，而轴承套圈各个部位的磨削加工、工作表面的超精研加工 以及轴承的装配是轴承生产过程中的关键工序，其工作质量直接影响产品 的精度、动态性能及使用寿命。用于这些工序的加工设备数量整个轴承生产 设备以轴承专用设备为主。另外，在轴承生产中，磨削加工劳动量约占总劳 动量的 60%，所用磨床数量也占全部金属切削机床的 60%左右，磨削加工的成本占整个轴承成本的 15%以上。对于高精度轴承，磨削加工的这些比 例更大。另外，磨削加工又是整个加工过程中最复杂，表现在：所要求的性 能指标更多、精度更高；加工成形机理更复杂，影响加工精度的因素众多； 加工参数在线检测困难。 轴承磨床是专门用来磨削轴承零件的磨床。主要用来磨削轴承零件的内孔、 内沟道、外沟道、内圈端面、外圈端面（包括挡边）、滚子和钢球等。按结 构和用途不同，分为球轴承套圈沟磨床、滚子轴承套圈滚道磨床、轴承套圈 超精加工机和抛光机、滚子和钢球加工机床、滚道超精加工机床和无心磨床 等多种。为从磨削原理看，套圈沟道磨床一般用摇摆式磨削和切入式成形磨 削两种。前者是利用工件相对于砂轮作摇摆运动来完成滚道的成形，由于机 床的运动比较复杂，因此机床的结构比较复杂，后一种是利用砂轮的成形形 状和砂轮的切入进给来磨出滚道的形状，其砂轮的整形要求较高。从磨床的 整体布局来看，内圈外沟道磨床有无心磨削方式和外圆磨削方式两种。

磨床较为依赖进口。根据 QYR（恒州博智）的统计及预测，2023 年全球磨 床市场销售额达到了 37.25 亿美元，预计 2030 年将达到 50.2 亿美元，年复 合增长率（CAGR）为 4.3%（2024-2030）。根据中国机械工业年鉴，2024 年 我国磨床进口额达到 8.3 亿美元，同比增长 7.7%。就 2023 年而言，我国磨 床进口额规模已经占到全球总规模的 20%。相比之下，根据共研产业资讯 微信公众号援引中国机械工业年鉴数据，2021 年我国的磨床销售收入为 25.5 亿元（包含出口），以此计算磨床国产化率不足 50%，而我国目前主要 磨床以中低端为主，价格也较低，因此高端磨床国产化率预计更低。

和轴承类似，磨床同样比较依赖进口。磨床全球主要生产商有 United Grinding、JTEKT Corporation、Reishauer 等。前三大厂商市场份额占全球 30%。中国数控磨床市场竞争者大致可分为三个层次：第一层次为技术领先 的国际知名厂商，例如德国埃玛克、美国莱玛特、日本三井精机等；第二层 次为国内具备核心竞争力的中高端企业，例如秦川机床、华辰装备、宇环数 控等国家专精特新“小巨人”磨床企业；第三层次为数量众多的低端企业，既 未形成较大的业务规模，也缺乏细分领域的代表性技术，产品同质化较为严 重。

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