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2023年中国行星滚柱丝杠行业市场需求分析 数控机床和机器人为主要需求领域【组图】

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20 李嘉瑜 • 2023-11-06 13:49:16  来源:前瞻产业研究院 E3560G0

行星滚柱丝杠行业主要上市公司:禾川科技(688320.SH)、贝斯特(300580.SZ)、长盛轴承(300718.SZ)、秦川机床(000837.SZ)、恒立液压(601100.SH)、五洲新春(603667.SH)、鼎智科技(873593.BJ)等

本文核心数据:中国行星滚柱丝杠行业下游市场结构、下游细分行业对行星滚柱丝杠产品需求

中国行星滚柱丝杠下游市场结构

行星滚柱丝杠下游应用场景广泛,主要包含汽车及新能源、智能汽车、石油天然气、医疗器械、光学仪器、工程机械、机器人、自动化和机床设备。其中在人形机器人领域,主要用于直线关节部位,具有高承载、快响应、体积小、噪音低、高精度等优点;在汽车、新能源、智能汽车、工程机械领域替代液压驱动,具有响应快、精度高、容易实现电控化等优势;在医疗器械、光学仪器、机器人、自动化和机床设备领域替代滚珠丝杠,具有导程小、精度高、稳定性好、寿命长等特点。

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。

图表1:中国行星滚柱丝杠下游需求分析(单位:%)

数控机床行业增长将带动行星滚柱丝杠需求

在数控机床上,行星滚柱丝杠主要用于实现机床各轴的精密运动控制,行星滚柱丝杠所属的机床传动系统价值量占比约为20%。行星滚柱丝杠具有更高的静态负载和动态负载、更强的刚度和抗冲击能力及更高的转速及更大的加速度、螺距设计范围更广。因此,在机床设备领域,行星滚柱丝杠有望替代滚珠丝杠。

同时,随着中国制造业加速转型,精密模具、新能源、航空航天、轨道交通、3D打印、生物医药等新兴产业迅速崛起,其生产制造过程高度依赖数控机床等智能制造装备,这将成为数控机床行业新的增长,带动行星滚柱丝杠市场不断扩大。

图表2:中国机床设备零部件价值量占比分析(单位:%)

人形机器人量产有望打开行星滚柱丝杠应用空间

在机器人制造领域,行星滚柱丝杠可用于机器人传动装置,通过行星滚柱丝杠组成单轴机器人/电动缸等完成线性驱动。人形机器人采用反向式行星滚柱丝杠,正常行星滚柱丝杠通过丝杠旋转带动螺母实现轴向运动,而反向式通过驱动螺母带动丝杠轴向运动,反式行星滚柱丝杠的主要优势是承载力强。人形机器人用行星滚柱丝杠比普通产品规格小很多,丝杠越小加工难度越高。

根据特斯拉AI Day2022信息,特斯拉人形机器人“Optimus”下肢腿部将采用无框电机与行星滚柱丝杠的线性执行器,有望打开行星滚柱丝杠应用空间,目前行星滚柱丝杠国内整体研发、生产仍处于较早期阶段,市场成长空间较大。若大规模使用后,相关丝杠成本降低为千元/个左右,则100万个人形机器人对应市场空间将超170亿元。

图表3:全球人形机器人量产对行星滚柱丝杠市场规模影响测算

行星滚柱丝杠结合电机用于航天精密伺服传动机构

精密丝杠副越来越广泛地应用在航空航天和卫星等高空领域。例如:空间太阳能电池板的展开控制系统、飞行器姿态控制系统、火箭精密舵机伺服动力传动系统等。然而航天工况有它的非常态性,如强过载:要求精密丝杠副在数倍甚至是十倍以上额定载荷下正常的运行;高可靠性,无润滑条件下长期运行;高刚度和严酷的工作环境等。我国航空工业飞速发展,在当今航空航天工作负荷和效率的条件下,设计高负载,高性能的精密行星滚柱丝杠驱动器是实用且重要的。

目前,行星滚柱丝杠与电机一体化设计已成为伺服传动的一个大的趋势。此新型机电伺服机构满足航空航天设备所要求的小型化、低能耗、高可靠、高强度、高刚度,产品实例包括滚珠丝杠与电机一体化、谐波减速器与电机一体化、行星齿轮传动与电机一体化,以及行星滚柱丝杠与电机结合应用到航天精密伺服传动机构中。

图表4:中国航天航空行业对行星滚柱丝杠需求分析

行星滚柱丝杠用于更新汽车核心零部件

汽车工业领域,行星滚柱丝杠主要应用在压装、装配和焊接等生产线上。汽车轮边线控刹车系统(EMB)、后轮转向系统(iRWS)、线控转向系统(SBW)等,行星滚柱丝杠技术逐步替代现有技术体系成为主流技术方向。丰田公司已经将行星滚柱丝杠应用到汽车ABS系统,替代原有液压系统ABS,简化了系统,同时提高了系统的可靠性;舍弗勒公司的后轮转向系统采用创新的行星滚柱齿轮,显著提高了效率、减少了摩擦并缩短了系统反应时间,补偿了新能源汽车中常见的地板下电池位置所必需的较长轴距的缺点,更多配备舍弗勒后桥转向系统的车型计划于2023年和2024年投入批量生产。

图表5:行星滚柱丝杠在汽车行业的应用

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国传动部件制造行业产销需求与投资预测分析报告》。 

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