在人形機器人即將量產(chǎn)的背景下， 絲杠行業(yè)有望快速發(fā)展

• 2023年8月16日 來源：中研網(wǎng) 1339 88
• 繁體

絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。常見的絲杠產(chǎn)品包括滑動絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠等。滾珠絲杠是目前應用最廣泛的絲杠產(chǎn)品，在數(shù)控機床有大量應用，其精度高，傳動效率高。行星滾柱絲杠是最新一代的精密傳動裝置，具備高

絲杠是工程機械和精密機械上最常使用的傳動部件。絲杠的主要結(jié)構(gòu)由絲桿與螺母構(gòu)成，其主要功能為將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復作用力。其原理為當絲杠作為主動體時，螺母隨絲桿的轉(zhuǎn)動角度按照對應規(guī)格的導程轉(zhuǎn)化為直線運動。被動工件可通過螺母座和螺母連接，從而實現(xiàn)對應的直線運動。

根據(jù)摩擦特性可將絲杠分為滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠，其中滾動絲杠根據(jù)載荷傳遞元件的區(qū)別，分為滾珠絲杠和滾柱絲杠。

常見的絲杠產(chǎn)品包括滑動絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠等。

滾珠絲杠，又名滾珠絲杠副，是工業(yè)精密機械中常用的傳動元件，其主要結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠、滾珠螺母、滾珠三部分。滾珠絲杠軸為螺母運動的導向軸，其表面具有螺紋，滾珠在螺紋內(nèi)運動。螺母由預壓片、反向器、防塵器等組成，是直線運動的移動體，帶動滾珠循環(huán)機制；其端部密封件用于封裝潤滑零件、防止異物進入。滾珠是利用低摩擦系數(shù)維持整個零部件運轉(zhuǎn)的媒介，存在外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)兩種循環(huán)方式。

滾珠絲杠的核心傳動原理是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，化滑動摩擦為滾動摩擦。當絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時，絲杠的旋轉(zhuǎn)面通過滾珠的循環(huán)滾動推動螺母軸向移動，化旋轉(zhuǎn)為線性；滾珠的滾動使得絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動摩擦，化滑動為滾動，大大提升傳動效率。

滾珠絲杠可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動向直線運動的轉(zhuǎn)化，廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器，包括機床、機器人、注塑機等。從空間來看，滾珠絲杠在新能源汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)、電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子駐車系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)等方面都有廣泛應用。新能源汽車行業(yè)在汽車銷量逐年上升的同時追求全電控、智能化發(fā)展，滾珠絲杠的下游需求有望持續(xù)增長。此外，在機床應用中，全球機床廠供應鏈中主軸、擺頭、轉(zhuǎn)臺等功能部件多數(shù)機床廠出于定制化或差異化考慮傾向于自產(chǎn)自制，但滾動功能部件基本全部外采，伴隨機床產(chǎn)業(yè)升級滾動功能部件需求持續(xù)增長的確定性較強。

隨著全球智能化產(chǎn)業(yè)鏈的不斷擴張和自動化在各領域的不斷深入，人型機器人、高檔數(shù)控機床、電動機械等下游領域有望不斷為包括滾珠絲杠在內(nèi)的滾動功能部件提供市場增量，從而擴大滾動功能部件的總市場空間。

近年來，工信部等國家部門不斷推行相關政策，促使高端裝備制造業(yè)等發(fā)展：22年3月工信部發(fā)布《先進裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展三年行動計劃（2022-2024年）》，提出了先進裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展等具體目標和重點任務，推動裝備制造業(yè)等升級轉(zhuǎn)型。23年2月，工信部發(fā)布《智能檢測裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2023—2025年）》的通知》，要求各企業(yè)著力突破核心技術、增強高端供給、加快推廣應用、壯大市場主體，打造適應智能制造發(fā)展等智能檢測裝備產(chǎn)業(yè)體系，以支撐制造強國、質(zhì)量強國、數(shù)字中國建設。高端制造行業(yè)包括智能制造裝備、軌道交通裝備、航空航天裝備、汽車制造裝備等子行業(yè)，對滾珠絲杠有廣泛應用。隨著應用場景不斷開發(fā)擴大，滾珠絲杠也將極大拓展應用范圍，預計到2026年，全球滾珠絲杠應用領域?qū)⒅饕杏诤娇?、能源和公共事業(yè)。

與滾珠絲杠相比，滾柱絲杠具有一定的優(yōu)勢：

1）高載荷：更多的接觸點，接觸總表面積增加，因而具有更大的動態(tài)載荷承載能力和靜態(tài)載荷承載能力；

2）可靠性、壽命優(yōu)化：無再循環(huán)元件、衛(wèi)星滾柱分布均勻，排除潛在的故障模式、因相互摩擦和沖擊造成的故障率降低；

3）小導程下仍兼具較高的承載能力和軸向剛度：最大限度地降低輸入扭矩要求，同時保證定位精度。

滾柱絲杠又分為標準型行星滾柱絲杠、反轉(zhuǎn)型行星滾柱絲杠、循環(huán)式滾柱絲杠。

行星滾柱絲杠通過嚙合滾柱產(chǎn)生線接觸滾動摩擦，大幅增加絲杠傳動過程的接觸面和受力面，與以往用于精密傳動的滾珠絲杠相比，在傳動效率損失不大的前提下，又同時具備了高轉(zhuǎn)速、高載荷、高剛度、高范圍導程以及更小體積、更低噪音、更方便維護拆卸等特點。目前已經(jīng)在航空航天、武器裝備、核動力等全球高精尖領域運用，同時在機床、汽車ABS系統(tǒng)、石油化工等民用場景下也存在廣泛的應用需求。

行星滾柱絲杠在標準式基礎上衍生出四種類型，它們在結(jié)構(gòu)和功能上具有不同的特點，從而適用于不同的應用場景。

1）反向式：螺母和螺釘?shù)墓δ芊崔D(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)更緊湊，適用于小行程、需要一體化設計工作場景反向行星滾柱絲杠工作原理與標準滾柱絲杠相同，但螺母和螺釘?shù)墓δ芊崔D(zhuǎn)。滾子在螺母內(nèi)軸向移動，螺母被拉長以允許傳動軸的全行程，以較小的導程實現(xiàn)更高的額定負載，空間利用率高，但行程受螺母螺紋長度限制。

2）循環(huán)式：循環(huán)滾柱設計，適用于高精度，中低速運行工作場景循環(huán)式行星滾柱絲杠是循環(huán)滾柱設計，由一套凸輪來控制滾柱在螺母內(nèi)軸向移動，滾柱繞絲杠旋轉(zhuǎn)一圈后返回到原來的位置。由于最小螺距與循環(huán)滾柱設計，可以實現(xiàn)非常高的定位精度、分辨率與極高的負載力。

3）差動式：具備差動運動特點，導程更小，適用于傳動較大、負載較高的工作場景差動式行星滾柱絲杠采用分段環(huán)槽結(jié)構(gòu)，具備差動運動，可以獲得比一般行星滾柱絲杠更小的導程與更大的減速比，且因其緊湊的結(jié)構(gòu)可以使機電作動器具有更高的功率體積比和功率質(zhì)量比。

4）軸承環(huán)式：結(jié)構(gòu)復雜，制造成本較高，適用于承載能力要求極高的工作場景增加滾子軸承、端蓋、殼體等部件，承載能力大，在高負載的情況下，大大減少磨損率，但其結(jié)構(gòu)復雜，制造成本高。

行星滾柱絲杠為絲杠中的高精尖分支，從無人問津到炙手可熱，未來滲透率有望繼續(xù)提升。行星滾柱絲杠最早起源于1942年，瑞典發(fā)明家CarlBrunoStrandgren申請了第一個循環(huán)式滾柱絲杠專利，但由于其結(jié)構(gòu)復雜、加工難度大、成本較高，其一度無人問津。而后從70年代起，由于各類武器裝備技術及通用專用裝備的興起，機械設備需要大推力、高精度、高效率、長壽命的傳動部件，行星滾柱絲杠需求大幅提升。

全球行星滾柱絲杠研究已進入全面成長期，我國相關專利數(shù)量持續(xù)上升。行星滾柱絲杠技術方面的相關專利從20世紀40年代開始出現(xiàn)，而后大致可分為兩個階段，即萌芽期（2009年之前）和成長期（2010年至今）。在萌芽期，技術專利主要涉及行星滾柱絲杠的總體結(jié)構(gòu)設計及其加工制造技術方面，主要申請人有日本豐田、德國舍弗勒、SKF等。在成長期階段，我國專利申請數(shù)量不斷提升，專利內(nèi)容從總體結(jié)構(gòu)加工制造發(fā)散至對傳動精度、效率等的提升。
行星滾柱絲杠作為一種性能強勁的傳動部件，有望在多領域替代原有的滾珠絲杠及傳統(tǒng)液壓傳動裝置。行星滾柱絲杠主要應用在民用領域，但伴隨武器裝備全電化發(fā)展疊加石油、化工、機床等領域需要大推力、高精度、高頻響、高效率、長壽命的機械裝置作為機電作動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)，其將逐步取代易污染、維護成本高的傳統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)。同時由于其在精度、傳輸效率、負載等方面優(yōu)于滾珠絲杠，目前在機器人、工業(yè)自動化領域也將逐步替代滾珠絲杠。

根據(jù)PersistenceMarketResearch預測，2022年全球行星滾柱絲杠市場規(guī)模為2.85億美元，2023年預計將達到3.03億美元，到2033年其預測全球市場規(guī)模將達到5.32億美元，2023-2033年復合增長率達5.8%。伴隨行星滾柱絲杠下游場景不斷拓寬，全球行星滾柱絲杠市場將不斷擴大。

• 相關深度報告REPORTS

  

  2023-2028年中國電鍍工業(yè)園區(qū)行業(yè)發(fā)展分析與前景展望研究報告

  電鍍主要分布和服務于機械工業(yè)、電子工業(yè)、輕工業(yè)、航空、航天及儀器儀表工業(yè)，是現(xiàn)代工業(yè)體系不可缺少的部分。但電鍍行業(yè)產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣等污染問題，尤其是排放含重金屬的電鍍廢水對生態(tài)...

  查看詳情

延伸閱讀

推薦閱讀

猜您喜歡