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减速器行业专题报告:国产替代演绎存量市场

2023-11-28 10:19 来源:未来智库

减速器——机械设备传动之核 心,机器人活动之关节

减速器是连接动力与执行机构的核心装置,历史悠久,种类繁多

机械设备输入动力源通常尺寸较小、转速较大,而输出执行机构通常负载较重、转速 较小,因此需要使用减速器以达到降低转速、提高扭矩的目的。 圆柱齿形和蜗轮蜗杆减速器为较为传统的结构。外摆线行星齿轮于上世纪20年代在渐 开线行星齿轮基础上发展而来,后经过日企改良大规模应用;80年代后,摆线与渐开 线行星齿轮组合形成了RV、摆线针轮行星齿轮减速器。谐波减速器于上世纪50年代左 右被提出并应用,其亦应用行星齿轮传动原理。

减速器应用场景十分广泛,减速比、传动精度、输出扭矩、传动效率和使用寿命是其较为核心的技术指标。负载较大、精度要求 不高的工业场景主要采用圆柱齿形、蜗轮蜗杆和摆线针轮减速器,摆线针轮减速器在绝大多数场景下可以替代前两种减速器。精 度要求高的机器人、数控机床、航空航天等领域主要采用精密行星减速器、谐波减速器和RV减速器。

精密减速器详比:原理相同、实现方式各有千秋、不可相互替代

谐波减速器体积小、传动比大,适用于机器人小臂、手部、 腕部等部分。 结构特点:主要由柔轮、刚轮和波发生器组成;柔轮是一个 薄壁圆柱外齿轮,刚轮是一个刚性环状内齿轮;波发生器是 安装在椭圆凸轮上的薄壁滚子轴承,椭圆的长径略大于柔轮 内径。谐波减速器结构较为简单,因此质量体积较小。 运动特点:一般将波发生器作为主动轴,其旋转带动柔轮产 生周期性椭圆形弹性形变,长轴与刚轮啮合、短轴脱开。连 续转动时柔轮变形错齿运动。输入旋转一圈,输出端仅转动 柔轮和刚轮齿数差的角度,因此减速比范围大。 使用特点:由于啮合的齿数比例为30%且为180°啮合,啮合 误差平均效应使传动精度较高;啮合齿面相对滑动位移小, 因此传动效率较高、磨损较低。但柔轮长时间挤压变形容易 出现疲劳断裂的情况。

机器人产业:形态多变,技术升级,减速器需求想象空间大

减速器是工业机器人活动关节的重要组成部分。工业机器人使用的精密减速器主 要是谐波和RV减速器,前者因体积小、负载较低被用于腕部、手部和小臂等执行 机构末端,后者体积质量较大、稳定性强、负载较大,通常用于基座、肩膀和大 臂。一个六轴机器人的A1~A3关节一般使用RV,末端执行关节A4和A5主要使用谐 波减速器。移动机器人轮部可使用精密行星减速器。 减速器占工业机器人生产成本比重较大,本土量产后价格降幅大。精密减速器成 本占工业机器人总成本的36%。根据绿的谐波招股书,2017至2019年,其谐波减 速器产量提高了29%,均价由1923元降至1632元,降幅15%,后续成本有望随着 产量提升进一步降低而实现更广泛的普及。

国产精密减速器逐步靠近国际前沿水平,仍有较大进步空间

国产谐波减速器和RV减速器部分参数已经达到国际顶尖水平。谐波减速器方面,以哈默纳科为代表的日本产品扭矩更大、传动精 度更高,空程、背隙均较小,且寿命高达50,000小时,国产谐波减速器在减速比范围、空程、重量上相对占优,其中昊志机电产 品传动精度、寿命基本与哈默纳科产品相当。RV减速器方面,中大力德推出的BX系列产品在大部分指标上与纳博特斯克的RV-E系 列产品相当,但精度表现上较小差距。总体来看,国产减速器与世界先进水平仍有一定差距,但部分参数已经相当。

由于谐波减速器结构较为简单,相较于RV减速器,国内生产企业更容易接近国际前沿水平。国内谐波减速器存在的主要问题有: ①精度和保持能力较差;②承载能力较差;③设计寿命较短。RV结构中的高精度摆线齿轮质量与齿轮修形质量、齿廓精度直接挂 钩,同时,多种零件考验装配精度,对于国内生产企业设计端、工艺端和装配端三个环节提出了综合性的挑战。

下游需求持续向好,国产替代持续演绎

下游工业机器人行业高速发展,减速器市场逐渐打开

减速器下游工业机器人、高端数控机床等高精密传动领域发展 迅速。 以精密谐波减速器产品为代表的高精密传动零部件总体供给量 存在较大缺口,对高精密传动领域产品的需求与日俱增,下游 装备制造厂商需求尚未得到满足。 前瞻产业研究院预测,2024年中国数控机床市场规模达到5728 亿元,工业机器人销售额有望持续扩大。

全球:工业机器人市场进入稳定增长期。 根据IFR的数据,2016-2021年全球工业机器人年安装量呈增长趋势,2014年以来全球工业机器人存量长期保持大于10%的高增长速 度,2021年全球工业机器人存量已达3,477万台。 精密减速器、机电一体化产品在内的精密传动装置下游产业需求持续扩张。全球机器人行业创新机构与企业围绕技术研发和场景 开发不断探索,在汽车制造、电子制造、仓储运输、医疗康复、应急救援等领域的应用不断深入拓展,推动机器人产业持续蓬勃 发展。根据IFR和中国电子学会的数据,2021年全球机器人市场规模超过420亿美元,其中工业机器人市场规模达到175亿美元,服 务机器人达到172亿美元,特种机器人达到82亿美元。中国电子学会预计,到2024年,全球机器人市场规模将突破650亿美元。

打破日系厂商垄断局面,国产替代正在进行时

全球谐波减速器市场:稳步增长,日本企业一派独大。 全球谐波减速机市场规模稳步增长。根据华经产业研究院的数据,2021年全球机器人下游谐波减速器市场规模为23亿元,预 计2022年达到29亿元,2025年接近49亿元,2022-2025年市场空间CAGR为19.1%左右。 全球谐波减速器市场较为集中。主要参与者为日本的哈默纳科、新宝,中国的绿的谐波、中技克美等。2020年哈默纳科全球 市场占有率大于82%,绿的谐波占据7%的市场份额。根据前瞻网的数据,2022年全球精密减速机市场中,排名前二的日系品 牌纳博特斯克和哈默纳科就垄断了75%的市场份额。

中国RV减速机市场规模有望进一步扩大。根据MIR的数据,2021年中国RV减速机市场规模为42.95亿元,预计在2025年达到65.53亿 元,年复合增长率为11.1%。 国内RV减速器市场高度集中。根据华经产业研究院的测算,2021年,行业龙头纳博特斯克占据51.8%的国内RV减速器市场,国内厂 商双环传动以15.1%紧随其后。近年来伴随国产RV减速器发展,日企在中国的市场份额已经低于全球水平并有降低趋势,2021年纳 博特斯克市占率相比2020年降低3%、住友市占率下降2.3%,而国产厂商双环传动、中大力德的市占率均在增加,双环传动市占率增 加5.8%、中大力德增加1%。

重点公司分析

秦川机床:老牌国企重整旗鼓,减速器垂直整合推动内生增长

中国机床工具行业老牌龙头,产品涉及领域广泛。秦川机床是 国家级高新技术企业和创新型试点企业,产品主要分为机床、 零部件、工具、仪器仪表四大板块,核心产品有高端数控装备、 机器人减速器、精密齿轮箱、精密仪器仪表、智能制造等。 老牌机床国企重整旗鼓,逐渐走出低谷。公司2012至2019年经 营情况震荡,2019年费用超支2.38亿元、计提各类资产减值损 失2.57亿元,亏损扩大。2020年起公司确立“5221”战略、聚 焦精益管理、清理亏损企业、并购优质股权,组合出击、成效 显著,实现扭亏为盈。

高端制造重点推进,减速器提供杠杆支点。2020年公司首台机器 人减速器下线,标志公司机器人减速器数字化项目正式投用。公 司已成为机器人关节减速器研发制造基地,目标将减速器打造为 高端精密制造重要发力点,截止2023H1已有 5 大系列、23 种规 格、130 种速比RV减速器,种类多样、型号覆盖广。 掌握生产设备核心科技,协同助推内生增长。根据丰立智能问询 回复,超精密车床、刚轮柔轮加工设备占减速器专用设备投资占 比较大。秦川机床作为中国精密数控机床与复杂工具研发制造基 地,掌握减速器核心加工装备开发能力。

丰立智能:小模数齿轮蕴含大能量,横向拓展谐波减速器

高质驱动引领发展,客户资源长期沉淀。丰立智能致力于成为 全球领先的智能驱动研造及系统集成服务商,产品主要为小模 数齿轮、精密减速器及零部件,新能源传动以及气动工具等产 品,与博世等国际电动工具龙头建立了长期稳定的合作关系。 行业处于去库存周期,发展韧性仍为充足。2018至2021年公司 收入CAGR为25.8%,2021年下游客户订单激增导致库存量较大, 后续进入去库存周期,2022年叠加疫情影响从而导致主营业务 收入增速放缓。公司立足主业,不断拓展产品线,电动工具、 机器人减速器市场成长空间逐渐打开,发展韧性充足。

中大力德:减速器+电机+本体,深度绑定机器人产业

减速器+电机+本体,深度绑定机器人产业。中大力德是机械传动 与控制领域的高新技术企业,致力于提供安全、高效、精密的传 动与控制应用解决方案,集电机、精密减速器、机器人结构本体 及一体化智能执行单元的产、销、服于一体,产品型谱广,全面 覆盖行星齿轮、摆线针轮、谐波和RV四种减速器。 发展长期稳健,疫情冲击有限。公司上市以来增长速度较快, 2017至2022年营业收入CAGR为12.5%,2022年受到市场压力和外部 环境影响营收首次下降,但影响有限,2023H1营收、归母净利润 同比回升19.03%、6.98%,营收、归母净利润逐渐修复。

精锻科技:乘用车精锻齿轮龙头,减速器产品正在推进

收入利润有所恢复,净利率基本持平。2019至2020年公司营收 和归母净利润出现下滑,自2021年开始有所恢复。2023年上半 年,公司营业总收入9.5亿元,归母净利润1.3亿元,分别同比增 长24.32%和19.37%;归母净利率为13.52%,同比持平。 公司主要产品是锥齿轮类、结合齿类、差速器总成类和其他乘 用车齿轮。公司锥齿轮类和结合齿类产品占营收比重逐年下降, 合计从2019年的76.6%降至57.1%,差速器总成类、其他乘用车 齿轮类产品占比不断上升。

绿的谐波:专注谐波减速器领域,持续抢占外资份额

专注谐波减速器产品,逐渐扩展产品类别。谐波减速器持续成 为公司营收占比最大的产品,占比从2018年的99%逐步降至 2023上半年的90%左右,公司也逐步从减速器扩展至机电一体 化产品和智能自动化设备,2023年上半年二者分别占营收8.9% 和1.1%。 2022年公司营业总收入4.5亿元,归母净利润1.6亿元,分别同 比+0.54%和-17.91%;销售毛利率、归母净利率下降至48.69%和 34.84%,分别同比下降3.83和7.83个百分点。

双环传动:RV减速器龙头,服务重点下游机器人

聚焦齿轮主业,减速器占比持续增加。公司营收中齿轮产品占比 70-80%,近年来减速器相关业务占比持续增加,2023H1占比上升 至7.4%。 收入利润表现超预期,毛利净利恢复。公司2018至2020年归母净 利润持续下滑,2021年以来持续正增长,2023H1营收、归母净利 润同比分别增长46.89%和18.99%。2020年后公司毛利率和净利率 有所恢复,目前已经高于2018年水平,2023H1毛利率和归母净利 率分别为21.2%和10.0%。

昊志机电:再融资推动技术产品升级,国产机电挑战世界前沿

主轴行业龙头企业,高端装备重点突破。昊志机电以主轴行业为 立足点,不断向数控机床、机器人、新能源汽车等高端装备的核心功能部件领域横向扩张。公司在电主轴领域全球市场占有率第 一,谐波减速器冲击世界级精度和寿命。 行业承压叠加投融步伐,收入净利波动较大。公司营收、净利润 波动较大,原因较为复杂:①宏观经济波动,机床行业下行, “口罩经济”昙花一现;②20年瑞士Infranor并表,营收占比30%; ③并购项目带来较大期间费用和减值压力;④再融资建设项目 2022年底转固带来一定折旧压力。

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