丝杠产品性能优异
丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。常见的丝杠产品包括滑动丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠等。滑动丝杠是最普通的丝杠机械，产生滑动摩擦，其结构简单，制造方便，在机床上应用广泛；滚珠丝杠适用于精密传动，产生点接触滚动摩擦，与滑动丝杠相比摩擦力小、传动效率高、精度高，但其制造工艺较复杂，成本较高；行星滚柱丝杠是最新一代的精密传动装置，由丝杠、螺母、滚柱、内齿圈、行星架等组成，产生线接触滚动摩擦，标准式行星滚珠丝杠传动原理为：配套动力电机带动丝杠旋转，通过啮合行星滚柱，将电机的旋转运动转换成螺母的直线往复运动。
滚珠丝杠，又名滚珠丝杠副，是工业精密机械中常用的传动元件，其主要结构包括滚珠丝杠、滚珠螺母、滚珠三部分。滚珠丝杠轴为螺母运动的导向轴，其表面具有螺纹，滚珠在螺纹内运动。螺母由预压片、反向器、防尘器等组成，是直线运动的移动体，带动滚珠循环机制；其端部密封件用于封装润滑零件、防止异物进入。滚珠是利用低摩擦系数维持整个零部件运转的媒介，存在外循环、内循环两种循环方式。
滚珠丝杠的核心传动原理是将旋转运动转化为直线运动，化滑动摩擦为滚动摩擦。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面通过滚珠的循环滚动推动螺母轴向移动，化旋转为线性；滚珠的滚动使得丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦，化滑动为滚动，大大提升传动效率。
滚珠丝杠的内部结构示意图
资料来源：公开资料，观研天下数据中心整理
行星滚柱丝杠属于新一代螺纹丝杠的高精尖分支，综合性能强且应用前景广阔。行星滚柱丝杠通过啮合滚柱产生线接触滚动摩擦，大幅增加丝杠传动过程的接触面和受力面，与以往用于精密传动的滚珠丝杠相比，在传动效率损失不大的前提下，又同时具备了高转速、高载荷、高刚度、高范围导程以及更小体积、更低噪音、更方便维护拆卸等特点。目前已经在航空航天、武器装备、核动力等全球高精尖领域运用，同时在机床、汽车ABS系统、石油化工等民用场景下也存在广泛的应用需求。
行星滚柱丝杠结构图
资料来源：公开资料，观研天下数据中心整理
滑动丝杠、滚珠丝杠、滚柱丝杠性能对比
| 滑动丝杠 | 滚珠丝杠 | 滚柱丝杠 | |
| 传动效率 | 低，仅26%-24% | 高，可达92%-98%，可显著节能 | 较高，摩擦力较小时可达90% |
| 转速 | 慢，滑动摩擦发热严重，一般转速不超过3000RPS | 较快，点接触滚动摩擦热效应小，额定转速在3000-5000RPS | 快，线接触滚动摩擦热效应小且承载力强，转速可达6000RPS |
| 导程精度 | 低，品质参差不齐 | 较高，受滚珠直径限制，常为毫米级的滚珠丝杠 | 高，可通过调整螺纹头数等因素使导程达到更小的微米级 |
| 使用寿命 | 短，滑动摩擦对元器件的损伤大 | 长，滚动摩擦损伤小，保持清洁、润滑即可 | 很长，是滚珠丝杠的10倍以上，荷载运动可达1000万次以上 |
| 微进给 | 难以实现，滑动运动存在爬行现象 | 可实现，滚珠运动的启动力矩小 | 可实现，滚柱运动的启动力矩小 |
| 自锁性 | 有，与导程角大小和工作面粗糙度有关 | 无，需加装制动装置 | 无，需加装制动装置 |
| 国产化率 | 充分 | 达60%以上 | 仍处于起步阶段 |
资料来源：公开资料，观研天下数据中心整理
国内外市场规模持续增长，国内供需缺口持续扩大
根据观研报告网发布的《中国丝杠行业发展趋势分析与未来前景预测报告（2023-2030年）》显示，滚珠丝杠可实现旋转运动向直线运动的转化，广泛应用于各种工业设备和精密仪器，下游包括机床、机器人、注塑机等。从空间来看，滚珠丝杠在新能源汽车转向机构、电助力转向系统、电子驻车系统、刹车系统具有应用场景。新能源汽车行业在汽车销量逐年上升的同时追求全电控、智能化发展，滚珠丝杠的下游需求有望持续增长。此外，在机床应用中，全球机床厂供应链中主轴、摆头、转台等功能部件多数机床厂出于定制化或差异化考虑倾向于自产自制，但滚动功能部件基本全部外采，伴随机床产业升级滚动功能部件需求持续增长的确定性较强。在下游应用场景中，目前国内数控机床、机器人与生产线以及航空航天与军工为滚珠丝杠最主要应用去向。随着全球智能化产业链的不断扩张和自动化在各领域的不断深入，人型机器人、高档数控机床、电动机械等下游领域有望不断为包括滚珠丝杠在内的滚动功能部件提供市场增量，从而扩大滚动功能部件的总市场空间。
资料来源：观研天下数据中心整理
2022年全球滚珠丝杠市场规模破千亿元人民币，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405.78亿美元，增长空间可观。我国滚珠丝杠市场规模约占全球总量的20%，是滚珠丝杠的主要消费市场之一，2022年中国滚珠丝杠市场规模将达到47.5亿美元。
资料来源：观研天下数据中心整理
近年来国内滚珠丝杠下游需求稳步增长，产能端加速释放。数据显示，我国滚珠丝杠产需量缺口在2014年至2021年间由307万套上升至423万套，预估2022年产需缺口为455万套。2014年至2021年产需缺口年均复合增长率约为4.69%。当前国内滚珠丝杠产量增长速度逐渐趋于放缓，由高速增长逐步转型为中低速增长，需求量继续保持增长。未来随我国高端装备制造业不断发展，相关设备的精密传动需求将不断加大，对于滚珠丝杠大规模量产能力的要求将进一步提高，或继续刺激产能释放。
资料来源：观研天下数据中心整理
资料来源：观研天下数据中心整理
欧日占据主导地位，国内企业仍有较大竞争力发展空间
国内外滚珠丝杠发展阶段迥异，国内滚珠丝杠生产技术正逐步向国外追赶。滚珠丝杠在国外起步早、发展快、技术成熟，欧美市场在高端滚珠丝杠制造领域占据垄断地位，并且广泛应用到各领域；在国内发展迅速，市场规模快速增长，同时国内大型生产企业技术逐渐提升，有望逐步实现国产替代。
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滚珠丝杠发展历程简介 |
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国外 （欧美） |
萌芽期 |
1874年，滚珠丝杠的基本构造在美国以专利申请的形式问世 |
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1917年，螺纹磨床问世和螺纹磨削技术的进步，使其在精度和性能上有所提高 |
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1940年，美国首先将滚珠丝杠用于汽车转向装置上，使其正式商品化 |
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发展期 |
1952年，第一台数控机床问世，其后续发展大大推动了滚珠丝杠的专业化生产 |
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1954年，瑞典人申请了标准式和反向式行星滚柱丝杠专利 |
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1970年，欧美各大厂商各类型行星滚柱丝杠产品成熟 |
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成熟期 |
当前，博世力士乐、NSK、Hiwin technologies Corp、黑田精密等品牌在高端市场占据垄断地位，产品已应用于工业机械、生命科学、医疗设备、电子设备、光学和半导体设备等领域 |
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国内 |
萌芽期 |
1964年，我国自行研制出第一套滚珠丝杠副 |
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1982年，行业标准JB3162-1982《滚珠丝杠副》的诞生，代表了我国滚珠丝杠副的发展越过原始起步阶段，滚珠丝杠副形成较为成熟的加工工艺 |
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发展期 |
1991年制定国家标准等效于ISO3408:1991《滚珠丝杠副》国际标准,国产制造标准已经完全与国际标准接轨 |
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平台期 |
当前，我国中低档产品与国外同类产品差距较小或基本持平，但生产效率低于国外；高性能、高档次的产品与NSK、THK、INA等知名企业有明显差距，尚无在国际上有影响力的知名品牌 |
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资料来源：公开资料，观研天下数据中心整理
目前日本和欧洲滚珠丝杆企业占据全球约70%的市场份额，CR5约占市场份额46%。全球主要滚珠丝杠厂商有日本企业NSK、THK，德国博世力士乐、舍弗勒等。国内厂商包括中国台湾的HIWIN、银泰等，以及中国大陆的南京工艺、秦川机床（江汉机床）等。国内滚动部件制造厂商众多，但许多正在研发的企业处于未上市阶段，且多数仅具备单件生产能力，和海外大规模量产企业仍有较大差距。
从我国滚动功能部件的市场格局来看，日本、欧洲企业主导高端市场，中国企业仍有进步空间。根据金属加工公众号信息，在国内滚动功能部件的高端市场，日本、欧洲企业合计市场份额高达90%，中国大陆、中国台湾企业市场份额各约5%，高端市场格局相对集中；在国内滚动功能部件的中低端市场，中国大陆厂商的市场份额约30%。根据王有雪论文《E公司滚柱丝杠产品营销策略研究》论述，2021年我国行星滚柱丝杠市场供应量排名前四的厂家分别是Rollvis（瑞士）、GSA（瑞士）、Ewellix（瑞典）Rexroth（德国），市占率分别为26%、26%、14%，12%。对于行星滚柱丝杠，由于市场较小，行业参与者主要以海外企业为主，主要包括斯凯孚、GSA、伊维莱（Ewellix）、博世力士乐等。
资料来源：观研天下数据中心整理（qmm）
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