轴承行业专题分析：机器人带来全新机遇轴承初步具备国产化能力

  轴承是用于支持机械传动轴的一种零件，大致上可以分为滚动轴承与滑动轴承。从结构来看，滚动轴承主要由滚道圈、滚动 体、保持架等部分构成，而滑动轴承结构更简单，主要是通过与轴之间的滑动摩擦实现承托功能，因此与滑动轴承相比， 滚动轴承的摩擦更小，旋转更顺畅，能量消耗较低。轴承日常会承受来自不同方向的力，这样的力叫做“负荷”，主 要分为径向与轴向两种，其中与轴垂直的力叫做径向负荷/径向力，与轴同方向的力叫做轴向负荷/轴向力。

  车用轴承数量与精度均高于人形机器人。单车用轴承数量可达数百个，而机器人上仅需要用数十个，总体看油车轴 承数量>

  电车轴承数量>

  人形机器人轴承数量。汽车对安全性要求高的部位，如转向、变速箱和空调压缩机等的轴承精 度大于机器人。

  轴承主要分布于人形机器人的减速器和关节连接处。人形机器人在关节连接处需采用轴承。线性关节通常使用深沟球 轴承和四点接触轴承，旋转关节通常使用角接触轴承。减速器上所需轴承则更复杂，可按照减速器的类型分类：（1） 谐波减速器：用一个交叉滚子轴承和一个柔性轴承。（2）行星减速器：输入和输出端使用球轴承，另外需要用滚 针轴承配套行星轮。（3）RV 减速器：用 3*2 个滚针轴承、3*2 个圆锥轴承和 2 个角接触轴承。

  人形机器人将为轴承市场带来较大增量。人形机器人的应用场景十分丰富，在家庭、工业甚至军事领域都有较强的发 展性。特斯拉 CEO 马斯克曾在公司的股东大会上称：未来人类和人形机器人的比例将不只是 1:1，人形机器人可能超 过人类数量，人形机器人行业长期的价值可能比汽车方面更有价值。鉴于美国以及日本机器人技术较为先进，我们选 取 2021 年美、日、中三国家庭户数作为基数，考虑到个人/家庭服务机器人本身定位高端，价格较贵，具备该消费能 力的家庭占比总户数 10%，每家一台用作协助人们日常生活，则大致测算可得在机器人规模化市场成熟后，其产品需 求可接近 6800 万台量级。 ASP 约 2500 元，当每万人机器人保有率达到 45 台时，市场空间约 1215 亿元。人形机器人的加快速度进行发展为轴承公司能够带来 了新机会：假设单台机器人使用 14 个深沟球轴承+28 个角接触轴承+14 个四点接触轴承+14 个交叉滚子轴承+14 个柔 性轴承，ASP 约 2500 元。在机器人年销 4 亿台假设下，增量市场空间 1 万亿，根据 Precedence Research 数据，2022 年全球轴承市场约 9000 亿元，机器人增量远期市场空间有望大于现有市场。

  全球八大跨国轴承企业占据全球 70%的市场。世界八大轴承企业包括斯凯孚（SKF）、舍弗勒（Schaeffler）、恩斯克 （NSK）、捷太格特（JTEKT）、恩梯恩（NTN）、铁姆肯（TIMKEN）、日本美蓓亚（NMB）和不二越（NACHI），其中 斯凯孚为第一大轴承供应商，行业市场占有率为 7.6%。以上八大跨国轴承企业体量巨大，年均营收超过 500 亿元。 国内轴承行业集中度低。中国前十大轴承企业平均产值约 60 亿，行业参与者众多，但头部企业体量偏小。2021 年中 国轴承企业仅有人本集团和万向钱潮产值超过 100 亿，分别为 200 亿和 130 亿元左右，占据中国轴承市场的 9.2%和 5.9%。

  成本：差异在于设备和产业链配套。海外轴承一般都会采用高端外国设备，加工精度较高，价格高达 500-1000 万元/台， 而国内部分厂家采用的国产设备加工精度仅有 P0 级别，因此国内厂家的设备成本较低。海外轴承加工设施昂贵，叠 加产业链配套不完善，人工和物料成本更高，导致一般海外轴承的成本更高。

  技术：重点差异在于热处理。海内外产品性能差异主要产生于材料、工具、手段、研磨工序、冷加工和热加工等，其 中热处理是主要技术难点。这是由于：（1）大部分的产品差异可通过采购更好的材料和设备解决，但热处理对技术 要求更高，难以通过其它方面补足。（2）热处理对工件性能影响非常大，以柔性轴承为例，柔性轴承既要承受球体 的压力又要承受高速运动的变形，凸轮如果热处理得太软，则沟道容易受损；若太硬，则轴承容易断裂。 产品性能：精度、噪音与寿命等多方面差异。在中高端轴承领域，国内产品与进口轴承相比存在的差距主要体现在尺 寸公差与旋转精度的差距、高速性能的差距、噪音与异音的差距、寿命的差距、特殊工况应用的差距等方面。

  谐波减速器轴承包括刚性轴承和柔性轴承两大类型。谐波减速器的制造技术基础是谐波传动，谐波减速器是由波发生 器（柔性轴承）、交叉滚子轴承（刚性轴承）、柔轮和刚轮 4 个基本构件组成的机械传动。

  柔性轴承是谐波减速器的重要零部件。其特点是，传动比大、适用范围广、精度高、空回小、承载能力大、效率高、 体积小、重量轻、传动平稳、噪声小、可向密封空间传递运动。与普通轴承不一样，柔性轴承属于薄壁球轴承（滚珠 轴承），它的外环比较薄，容易产生径向变形。因为装配时存在较大的预应力和预变形，所以在未装入波发生器椭圆 凸轮前轴承是圆形的，装上后为椭圆形。对于谐波传动变速器来说柔性轴承是重要的零部件，想要实现高减速比离不 开它的弹性变形能力。 海内外成本差异大。国内柔性轴承约为 60 元/个，国外产品价格约为国内的两倍。国内柔性轴承毛利率约为 50-60%， 海外可以达到 80%以上。因此，绝大多数国内谐波减速器厂家选择外购柔性轴承后自己加工，国内厂家当前的加工水 平可以满足谐波加工要求。

  国内交叉滚子轴承行业集中度高，龙头为洛阳鸿元。谐波减速器用刚性轴承为交叉圆柱滚子结构。交叉滚子轴承的国 内行业龙头为洛阳鸿元，据洛阳鸿元官网数据，截至 2020 年，洛阳鸿元已经占据国内 80%的交叉滚子轴承市场，并占 据 90%的国产谐波减速机轴承市场。交叉滚子轴承制造难度大，全球主要供应商集中在日德，主要企业包括日本 THK、 日本 IKO、日本 NSK、日企哈默纳科和德国舍弗勒旗下的 INA。交叉滚子轴承国内外价格差异大，相差 30%以上。

  RV 减速器使用三种轴承。RV 减速器使用 3*2 个滚针轴承（配套行星轮）、3*2 个圆锥轴承（配套行星轮）和 2 个角接 触轴承（输出轴）。其中，（1）滚针轴承：径向负荷能力大，适用于承受重载荷与冲击载荷，技术相对简单。（2） 圆锥轴承：可以承受径向负荷和单一方向轴向负荷，以及以径向为主的径、轴向联合载荷。（3）角接触轴承：主要 承受径向和轴向联合负荷，摩擦系数小，极限转速高，制造精度高，技术难度最高。

  全球滚针轴承市场前三大厂商均为国外企业。目前滚针轴承领域海外企业的优势比较明显，以德国舍弗勒集团、NSK 和 SKF 为代表的领先轴承生产企业基本占据了全球的高端市场。数据显示，2020 年，德国舍弗勒集团、NSK 和 SKF 在 全球滚针轴承市场分别占比 16.6%，12.7%和 10.98%，行业集中度较高，CR3 约为 40%。目前国内主要产品依旧定位在 中低端，高端滚针轴承产品被国外厂商垄断，短期内竞争格局突破难度大。

  国内滚针轴承市场领先企业为苏轴和南方。根据中国轴承工业协会资料，目前，苏轴股份是我国最大的滚针轴承生产 企业，每年生产滚针轴承产量超过 1.5 亿套，占据全国滚针轴承行业主要企业总产量比重超 20%；其次是南方轴承。 从企业产量来看，国内前两大企业的市场份额占比超过 50%。

  Tire 1 厂商众多，国内外差距明显。制造圆锥滚子轴承的知名海外品牌有铁姆肯（TIMKEN）、舍弗勒（Schaeffler） 旗下的产品品牌 FAG、恩斯克（NSK），其中铁姆肯（TIMKEN）是全球最大的圆锥滚子轴承制造商，拥有两万六千个不 同规格的圆锥滚子轴承。国内圆锥滚子轴承供应的优秀厂商有东风轴承、光洋轴承、襄阳轴承等。 圆锥轴承的海内外差距体现在产品质量、设备精度、售卖价格上。（1）产品质量：海外圆锥轴承产品品质更优，恶 劣工况下更能保证产品稳定性且不易损坏。（2）设备精度：圆锥轴承设备精度分为 6 级，从低到高依次为 P0/P6/P5/P4/P3/P2，P0 是最普通的精度。国内目前设备精度最高为 P6，设备成本较低，而海外能覆盖所有精度的设 备，设备成本高。（2）售卖价格：国内外价格差异相当大，国外圆锥轴承的价格至少为国内的两倍。

  制造难度大，供给主要来自于国外头部轴承公司。在所有人形机器人使用轴承中，角接触轴承制造难度最大，对制造 精度和技术方面的要求最高。突发高强度的载荷容易使轴承失效，故除了心理因素和品牌效应之外，轴承的技术性能和可靠 性是客户选择进口角接触球轴承的主要原因。根据MMR咨询，亚太地区在2020年全球角接触轴承市场中占比不及20%， 整体市场供给以北美、欧洲为主，主要参与企业仍以八大轴承企业为主，包括斯凯孚、铁姆肯等，国内人本集团、五 洲新春相对领先。

  角接触球轴承开发难度高、进度慢，存在人为技术壁垒。产品加工设备中，具有自动更换刀具功能的机床叫做“加工中心”，为了避免因加工中的发热而导致工件尺寸变化及加工精密性降低，加工中心的主轴(安装刀具的主轴)需要使 用升温幅度小的角接触轴承。根据徐从占《高速精密角接触球轴承的组织、球化工艺和热处理变形研究》，以目前主 流加工中心主轴使用的 P4 级角接触球轴承为例，我国大连机床、沈阳机床等使用的主轴 90%以上由台湾主轴商生产， 而这其中 90%以上又都是使用日本 NSK 的 P4 级角接触球轴承，我国开发 P4 级角接触球轴承进展整体较慢。前些年各 轴承生产强国人为设置技术壁垒，禁止在我国销售 P4 级精度的轴承，近年虽然逐步放开了 P4 级轴承的销售壁垒，但 仍存在比较大价格落差。

  除 RV 减速器和谐波减速器外，人形机器人其余位置主要采用球轴承，行星减速器、空心杯电机和关节连接处等地方 都会使用球轴承。 （1）行星减速器轴承包含行星齿轮轴承、主轴承和输入轴轴承。每个行星齿轮中间装载一个滚针轴承，一个行星减 速器一般有三个行星齿轮，因此会需要 3 个滚针轴承。行星减速器的两头分别搭载主轴承和输入轴轴承，均为球轴承。 因此一个行星减速器共需 5 个轴承，包含 3 个滚针轴承，2 个球轴承。（2）空心杯电机：包含两个小球轴承，壁垒较低。空心杯电机包含两个小轴承，体积和单位价值量均较小。（3）关节连接处需要加装一个轴承以承载载荷。如线性关节两头分别采取了深沟球轴承和四点接触轴承。

  球轴承是滚动轴承的一种，球滚珠装在内钢圈和外钢圈的中间，能承受较大的载荷。其包含深沟球轴承、四点接触轴 承、调心轴轴承、止推球轴承等。

  深沟球轴承：国内产业链成熟，价值量较低。深沟球轴承主要可承受径向载荷，但是在承受径向和复合载荷时也能良 好运行，它的摩擦系数小，并适用于高转速工况。由于结构相对比较简单，深沟球轴承便于达到较高精度，所以能批量生产， 目前具备制造能力的厂商上百家，成本和价格较低。深沟球轴承的国内产量为世界第一，其在工业上使用广泛且国产 化程度高，人本等公司的产品较为成熟。

  四点接触轴承:壁垒较低，价值量较小。四点接触轴承又称可承受双向轴向载荷的角接触球轴承，从大类上归为角接 触球轴承。钢球和内外圈在四个点都接触，因此滚动体有四个受力点，因此叫四点角接触轴承，可以承载径向负荷和 双向轴负荷。

  我国具备较为完善的轴承产业链资源。我国基础工业发达，对轴承产业上游与中游的布局较为完善。轴承产业链上游 由轴承钢、不锈钢等金属材料、改性塑料等非金属材料及轴承套圈等零部件组成。产业链中游为轴承制造，轴承产品 最重要的包含汽车轴承、工程机械轴承、盾构轴承、风电轴承等。轴承行业的产业链下游应用领域广泛分布于汽车、机器 人、家电和电机、纺织机、农业机械、工程机械、风电等行业，支撑起轴承行业的稳定需求。

  机器人用轴承加工精度小于车用、机床用，RV 和谐波减速器轴承已实现国产化量产。十三五期间，我国已经实现产业 化的轴承包括轿车用第三代轮毂轴承和新能源汽车驱动电机轴承等车用轴承，工业机器人 RV 减速器轴承、谐波减速 器轴承。

  轴承生产的主要材料是轴承钢，我国轴承钢行业集中度较高。轴承钢（GCR15 等）是轴承生产的主要原材料，具有高 且均匀的硬度和耐磨性，在轴承结构中，除了保护架之外结构部件均使用轴承钢材料。轴承的直接材料成本约占生产 成本的比重约 60%-70%。根据 2020 年统计数据，我国轴承钢粗钢产量达到 20 万吨以上的企业主要有中信泰富特钢集 团（兴澄特钢、大冶特钢、青岛钢铁）、中天钢铁集团、山东寿光巨能特钢和南京钢铁等，其中行业排名第一的中信 泰富特钢集团市场占有率超过 40%、前三大轴承钢企业占有率共计超过 70%。

  上游轴承套圈市场规模大，行业集中度低。轴承套圈是轴承中价值量最高的零配件，据中国热处理行业协会数据，其 成本占成品轴承成本的 35%。近年来，八大国际轴承企业逐步纳入中国轴承套圈优秀厂商，例如金沃股份、五洲新春、 海宁上通优必胜轴承有限公司、浙江辛子精工机械有限公司等轴承套圈生产企业。轴承套圈市场规模大，行业集中度 较低，2021 年金沃股份国内市占率约为 1.41%。

  磨削加工成本占比较高。轴承产业链中游使用的磨削环节最多，包括端面磨削、外圆磨削、沟道磨削、内径磨削等处 理，需要大量使用磨床设备。轴承生产中磨削加工劳动量占总劳动量 60%，该步骤所用的金属切割机床（主要是磨床） 的数量也占全部金属切削机床的 60%左右。在轴承生产的全部过程中，磨削加工成本占轴承总成本的 15%以上，高精度轴承 的磨削加工成本占比较普通轴承更高。

  多种磨床进口依赖度高，国产替代机会较大。目前国内仅轧辊磨床能实现国产替代，轴承加工中使用的内圆磨床、平 面磨床、外圆磨床等国产化率均低于 50%，设备基本依赖于进口。目前国内有部分磨床供应商正在加速磨床的国产化 研究，其中日发精机、宇环数控和秦川机床等企业有望成为磨床国产替代的领头羊。

  （本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）