(报告出品方/作者:国金证券)
一、人形机器人用轴承持续蓄力,新增市场空间大
1.1市场空间:ASP约元,远期市场空间1万亿
轴承是用于支持机械传动轴的一种零件,主要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,而机器人上仅需要使用数十个,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为复杂,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,另外需要使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,其产品需求可接近万台量级。ASP约元,当每万人机器人保有率达到45台时,市场空间约亿元。人形机器人的快速发展为轴承企业带来了新机会: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约元。在机器人年销4亿台假设下,增量市场空间1万亿,根据PrecedenceResearch数据,年全球轴承市场约亿元,机器人增量远期市场空间有望大于现有市场。
1.2竞争格局:海外企业占据全球轴承行业主导,国内市场较为分散
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。年中国轴承企业仅有人本集团和万向钱潮产值超过亿,分别为亿和亿元左右,占据中国轴承市场的9.2%和5.9%。
1.3海内外轴承差异:成本、技术、产品性能
成本:差异在于设备和产业链配套。海外轴承一般采用高端外国设备,加工精度较高,价格高达-0万元/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。海外轴承加工设备昂贵,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。
二、谐波减速器:外购柔性轴承,交叉滚子亟待国产替代
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。
2.1柔性轴承:国内以外购为主,海内外成本差异大
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。
2.2刚性轴承:交叉滚子轴承门槛高,国内行业集中度高
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