丝杠:核心传动功能部件 国产替代

1 传动功能部件:丝杠产品介绍

滚珠丝杠的分类及结构

丝杆主要功能是将旋转运动转换成线性运动,或将扭矩转换成轴向反复作用力,同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点,所以其在精度、强度及耐磨性等 方面都有很高的要求,因此其加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑。当前,滚珠丝杆是行业主流产品,相比于普通的丝杆(梯形丝杆),其在自锁性、 传动速度、使用寿命和传动效率优势明显。 滚珠丝杆副,又称滚珠丝杆、滚珠丝杠、滚珠螺杆。滚珠丝杆是由丝杆轴和螺母组成,而其中螺母又是由钢球、预压片、反向器、防尘器等组成。

滚珠丝杠的分类及结构

滚珠丝杠安装形式的优劣很大程度上决定设备的运动精度与加工精度。常见安装方式有4种:1)固定+固定;2)固定+支撑;3)支撑+支撑;4)固定+自由。 各安装方式所适用的加工情况如下:方式1适用于高速回转、高精度的情况;方式2适用于中速回转、高精度的情况;方式3适用于中速回转、精度不高的情 况;方式4适用于低速回转、丝杠较短的情况。

我国滚珠丝杠产品发展历程

滚珠丝杠产品标准的演变经历了四个阶段。滚珠丝杠是各类数控机床和机电一体化产品的重要配套件,已被国家列为需要振兴的“特定基础件”产品。我国数控机床的发展 带动了滚珠丝杠的专业化生产和标准化工作。从70年代初期开始,我国滚珠丝杠产品标准的演变大体上经历了四个阶段:

(1)初期起步阶段(1973~1982年)。1973年3月国内首次召开滚珠丝杠系列化座谈会,并产生了我国第一个滚珠丝杠的尺寸系列精度等级规范(试行)。1974年10月我国第一个行 业(试行)标准《滚珠丝杠副验收技术条件》出台,并一直试行到1982年。

(2)部标准的诞生与实施阶段(1982~1987年)。1976年JB3162·2-82《滚珠丝杠副精度》等三个部标准发布,主要参考德国的DIN69051标准而制定。它是根据数控机床的要求, 用导程误差的直线性和方向目标值控制螺纹全长上导程误差的线性状态和方向的总趋势。

(3)由单纯控制精度到全面控制性能指标的过渡阶段(1987~1991年)。JB3162·1~3-82部标准主要是零件精度标准,它对滚珠丝杠装配后的综合精度、工作性能指标、外观及 装质量等未作规定。1985年JB/GQ1098-87《滚珠丝杠副制造与验收技术要求》和JB/GQ·F1061-87《滚珠丝杠副产品质量分等》两个局批企业联合标准发布。在 JB/GQ1098-87标准中,参考ISO/TC39/WG7的N179号文件和先进工业国家修订后的新标准,首次制定了“动态空载预紧转矩”、“可靠性”、“防锈”、“包装和运输”等技 术要求,作为对JB3162·1~3-82部标准的补充。

(4)在标准化技术委员会的领导下,积极采用ISO标准阶段(1990年至今)。国际标准化组织ISO所属机床技术委员会TC39,于1969年设立滚珠丝杠工作组WG7,我国于1982 年10月被接纳为该工作组的通讯成员国。1983年元月我国在全国金切机床标准化技术委员会下面增设了滚珠丝杠工作组,开展了与ISO/TC39/WG7的对口业务活动。1990年 10月经国家技术监督局批准,全国金切机床标准化技术委员正式成立滚动功能部件分会,这标志着我国滚动功能部件的标准化工作迈向一个新的台阶。重新修订的 JB3162·1~2-91等三个标准等效采用了对应的ISO标准,在行程精度、安装精度和性能指标等方面均达到国际先进水平,为我国滚珠丝杠副产品进入国际市场奠定了基础。

滚柱丝杠分类及结构构成

行星滚柱丝杠主要由三个部件组成即丝杠、滚柱、螺母。其中丝杠是牙型角为90°的多头螺纹,滚柱是具有相同牙型角的单头螺纹,其牙型轮廓通常加工 成球面,目的是提高承载能力,降低摩擦,提高效率。螺母是具有与丝杠相同头数和牙型的内螺纹。若干个滚柱沿丝杠圆周方向均匀分布,当丝杠旋转时, 滚柱既绕着丝杠轴线公转又绕自身轴线自转。滚柱与螺母具有相同的螺旋升角,与螺母啮合时能够确保纯滚动并且没有相对轴向位移。行星滚柱丝杠的结 构形式主要是通过滚柱相对于丝杠和螺母的运动关系来分类,主要有5种结构形式分别为标准行星滚柱丝杠、反向式、循环式、轴承环式和差动式。这5种 结构形式均包括丝杠、滚柱和螺母三大部件。

2 丝杠市场:以外资为主,进口替代空间广阔

滚珠丝杠下游应用广泛,机床为最主要应用

滚珠丝杠下游应用广泛。根据滚珠丝杠产业链来看,上游行业为钢铁等原材料、丝杠、螺母、滚珠等零部件,下游行业为机床、半导体装置、医疗 机械、机器人、专用机械、电池制造装置等,应用领域非常广泛。 机床为滚动功能部件最主要的应用领域。根据观研报告网,滚珠丝杠广泛应用于各领域,其中机床应用占比最大,占21.60%,其次主要应用于半导 体制造装置和医疗机械,分别占比17.30%和15.20%。

我国滚珠丝杠产品发展历程

我国滚珠丝杠起步较晚,技术正逐渐提升。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。

滚珠丝杠行业市场规模持续增长

全球滚珠丝杠市场在2029年有望达到31.72亿美元,亚太地区占主导地位。根据market research数据,2022年全球滚珠丝杠市场规模全球滚珠丝杠市场预计 到2029年有望达到31.72亿美元的规模,在2023-2029年期间的复合年增长率为6.11%。据估计,北美滚珠丝杠市场将从2022年的3.81亿美元增加到2029年的 5.45亿美元。在2023-2029年期间的复合年增长率为5.35%;亚太地区滚珠丝杠市场预计将从2022年的12.18亿美元增加到2029年的19.38亿美元,2023年至 2029年的年复合增长率为6.9%;欧洲滚珠丝杠市场预计将从2022年的4.37亿美元增长到2029年的6.12亿美元,2023年至2029年的年复合增长率为4.78%。

滚珠丝杠竞争格局

滚珠丝杠行业外企占绝对优势,我国在该领域规模较小。从滚珠丝杠主流企业来看,我国本土企业竞争实力与国外存在较大差距。在国内市场上,中 高端滚珠丝杠市场主要由德国和日本企业占据,THK、NSK、力士乐等国际企业可以占据高端市场90%的市场份额,而中国大陆企业主要活跃在中端 市场,约占30%的市场份额。主要原因为我国企业规模小,起步晚,在产品质量上达不到高精度水平。 我国滚珠丝杠市场价格逐年下降,竞争环境激烈。从价格走势上看,滚珠丝杠市场价格由225元/套下降至181元/套,整体呈现出下降趋势。系随着外 资品牌加入抢占市场份额,我国行业竞争加剧,导致价格开始下滑。

滚柱丝杠导入人形机器人产业链,市场空间有望大幅提升

特斯拉人形机器人Optimus整体躯干共有28个关节执行器,其中线性执行器14个,旋转执行器14个。具体应用部位分别为肩部6个旋转执行器、肘部2个线性执行器和2个旋转执行 器、腕部4个线性执行器、腰部2个旋转执行器、髋部4个旋转执行器、腿部8个线性执行器。这28个执行器可以完成Pitch(绕X轴旋转)、Yaw(绕Z轴旋转)和Roll(绕Y轴旋转 )等不同动作。研发团队通过AI仿真模型和实际验证,在低功耗、低成本和最轻质量的目标下,选取关节的最佳设计。

AI分析优化提高零部件通用程度。特斯拉工程师采用多个场景的模拟来模拟机器人在不同工作状态下的表现,计算出每种场景下执行器的耗能和质量,并将这些数据抽象为一个 点,从而求解整个质点云的帕累托最优解。这一优化方法得出了能够满足多种使用场景的关节设计。实现了关节选型的复用,最终将实际所需执行器数量减少至6种。其中,包 含3种规格的旋转执行器和3种规格的线性执行器。这种优化策略大大简化了零部件的种类,提高了关节的通用性。

3 重点公司分析

贝斯特:基于汽车领域优势布局直线滚动功能部件

贝斯特营业收入与净利润水平持续增长。贝斯特2017-2022年营业收入复合增速达到10.35%,2023年H1营业收入为6.34亿元,同比增速达到 29.42%。2017-2022年净利润复合增速为10.66%,2023年H1实现净利润1.30亿元,同比增长59.99%,系汽车零部件板块毛利率较高的存量业务 占比上升,毛利增加所致。

贝斯特利润率走势平稳,期间费用率总体呈现下降趋势,费用管控能力良好。2020、2021年受新冠疫情影响下原材料和运费价格上涨,贝斯特毛 利率和净利率稍有下降,2022年净利率为21.12%,回升12.03pct。贝斯特销售费用、管理费用及财务费用总体呈现稳步下降趋势,三费占比由 2017年的16.11%下降为2023H1的9.92%,5年时间贝斯特三费比例下降6.19pct,体现良好的费用管控,提升贝斯特整体盈利能力。

秦川机床:紧跟新能源汽车风向,推动关键零部件国产化

秦川机床营业收入与净利润水平稳中有升。秦川机床2017-2022年营业收入复合增速达6.45%,2022年营业收入为41.01亿元。2017-2022年净 利润复合增速达53.65%,2022实现净利润3.26亿元,基本与2021年持平。

秦川机床利润率稳中有升,期间费用率总体呈现下降趋势,费用管控能力良好。2018、2019年因原材料价格持续上涨、人工成本增加等原因, 秦川机床毛利率和净利率稍有下降,2023年Q1毛利率为18.59%,净利率为6.23%。销售费用、管理费用及财务费用总体呈现稳步下降趋势, 三费占比由2017年的18.82%下降为2023Q1的11.36%,5年时间三费比例下降7.46pct,体现良好的费用管控,提升秦川机床整体盈利能力。

恒立液压:依托精密加工能力,布局滚珠+滚柱丝杆

恒立液压营业收入与净利润水平稳中有升。恒立液压2017-2022年营业收入复合增速达24.01%,2022年实现营业收入81.97亿元,同比下降 11.95%,系下游行业不景气引起主要产品销量下滑所导致。2023Q1恒立液压营业收入24.27亿元,同比增长10.3%。 2017-2022年净利润复合增 速达43.88%,2022实现净利润23.49亿元。

恒立液压利润率稳中有升,期间费用率总体呈现下降趋势,费用管控能力良好。2023年Q1毛利率为40.86%,相较2022年上升0.31pct;净利率为 25.81%。恒立液压销售费用、管理费用及财务费用总体呈现稳步下降趋势,三费占比由2017年的16.75%下降为2023Q1的4.48%,5年时间三费比 例下降12.27pct,体现公司良好的费用管控,提升恒立液压整体盈利能力。

长盛轴承:技术功底深厚,滚动功能部件龙头

技术技能精湛,独当一面的滚动功能装置先锋。长盛轴承是一家专业从事自润滑轴承的研发、生产和销售的高新技术企业,为各工业领域提 供自润滑轴承解决方案,并致力于自润滑材料的研发及其在新领域的推广与应用。产品广泛应用于汽车、工程机械、港口机械、塑料机械、 农业机械等行业。

重视丝杠业务,积极开拓市场。2022年9月,为进一步满足市场需求,提高生产效率,保证长盛轴承在自润滑轴承行业的市场地位,长盛轴 承拟在嘉善县惠民街道鑫达路6号南侧新增地块建设自润滑轴承技改扩产项目,项目达产后,将形成年产16,000万套金属塑料聚合物自润滑 轴承、100万套金属基自润滑轴承、400万套双金属边界润滑轴承、200万套高性能自润滑平面滑动轴承、3万套滚珠丝杠的生产能力。此举 符合新能源汽车产业政策规划,满足自润滑轴承国产化的需要,满足长盛轴承日益增长的自润滑轴承订单需求。

鼎智科技:定制化精密运动控制解决方案提供商

定制化精密运动控制解决方案提供商。鼎智科技主要从事线性执行器、混合式步进电机、直流电机、音圈电机及其组件等产品的设计、研发、生产 和销售。

形成多项核心技术,产品体系不断丰富。在丝杆方面,鼎智科技独立设计T型丝杆的牙形及滚压轮,采用先进滚压设备和生产工艺,丝杆精度、光 洁度及传动效率等性能优异;在螺母方面,鼎智科技采用自主研发的材料配方,自主研发设计的模芯牙形及独特的脱模装置,与丝杆配合使用背隙 可达0.01mm以内,传动寿命可达500万次(150mm行程往返)以上,具有优秀的传动精度、传动效率及寿命。截至2023年3月24日,鼎智科技已获得 授权专利97项,其中发明专利9项。

直线运动无忧,深耕丝杆步进电机产业。鼎智科技线性执行器(丝杆步进电机)产品以步进电机为主要构成,通过丝杆与电机转子直接连接,并配 备螺母通过与丝杆的相对位移实现电机旋转运动向直线运动的转化,从而使得电机提供简单有效的直线运动。该产品将运动的转换过程在电机本体 完成,无需额外配置皮带、齿轮齿条、联轴器等部件来实现旋转运动到直线运动的转换,大幅节省零部件采购成本和系统组装时间,有效解决了因 多次转接造成的精度损失,从而提高结构空间的利用率和定位精度。

报告节选:

版权声明:
作者:网友投稿
链接:http://qiangcao.com/zs/2060.html
来源:轩哥技术分享
文章版权归作者所有,未经允许请勿转载。

THE END
分享
二维码
< <上一篇
下一篇>>