国金证券：机器人0-1在即，汽车精密齿轮有望迎来双击_新浪财经

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　　来源：国金证券

　　摘要

　　■ 投资逻辑

　　基本结论

　　新能源渗透率提升导致齿轮市场萎缩，人形机器人带来庞大市场增量。

　　人形机器人齿轮VS汽车齿轮：齿轮性能和工艺有别，设备价格与壁垒双高。

　　齿轮传动被广泛应用于汽车与机器人的动力模块中，主要为汽车实现变速与变距效果，为机器人关节提高灵活度。将两种应用场景中的齿轮进行对比：

　　（1）性能方面，车端齿轮的扭矩和转速更高，机器人端要求更小体积和更高精度。同时，由于新能源汽车没有发动机噪音，对齿轮噪音敏感性提升，对噪声控制的要求更高。

　　（2）工艺角度，车端与机器人端齿轮的前段加工工序相似，机器人用齿轮后段难度提升，需要使用硬滚齿切割，对工件的公差要求为汽车齿轮的1/10；但油泵齿轮加工精度已达到机器人水平，因此该类供应商转型难度较低。

　　（3）设备对比，机器人用高精度齿轮为重资产行业，设备资金壁垒较高，传统汽车齿轮供应商转型高精度齿轮厂商需要另外购买珩齿机等高价加工设备，还需要重新进行设备调校。

　　机器人用减速器需求提升，标准化齿轮量产由齿轮公司接力。车端差速器结构件为标准件，叠加齿轮行业较高的资金和技术壁垒，主机厂的成本压力较大。因此主机厂将成熟的量产齿轮外协给齿轮厂商以分担资产压力。我们认为从经济性和轻资产角度出发，人形机器人量产后减速器公司也将复刻主机厂的做法，经检验后，将标准化齿轮的批量生产交给专业的齿轮公司。目前行星减速器的结构件外购已成行业惯例，凸显标准化齿轮外购趋势。

　　车用齿轮市场逐渐萎缩，机器人带领行业步入蓝海。新能源车辆传动结构较燃油车有所简化，单车齿轮用量从10-12个降低至5-7个。因此随着新能源车占比提升，全球车用齿轮市场空间逐步被压缩。经测算，当每万人保有的人形机器人达到45台时，全球机器人用谐波/行星减速器市场空间分别为4495/719亿元，相较万人保有量0.07台（对应总量6万台）时，分别增长540倍/552倍。对于齿轮企业而言，随着人形机器人快速起量，齿轮部件将逐步标准化，大量减速器供应商将开始外采齿轮，利好齿轮行业。预计万人保有量达45台时，人形机器人齿轮市场空间将达到近3800亿元，相当于2022年车用市场空间4倍左右。

　　投资建议：汽车领域的齿轮赛道估值偏低，人形机器人给予新增空间。齿轮于新能源车中的用量大幅低于油车，随新能源车渗透率逐步提升，齿轮市场空间骤缩。人形机器人的大规模量产将为精密齿轮市场打开全新空间。

　　车用齿轮公司有望切换产能至人形机器人齿轮。车用齿轮仅需更改后道的磨齿与表面处理工艺并替换部分设备，即可制造机器人齿轮，相关公司转型具备较大可能性。我们预计齿轮企业的发展未来有两个分支：其一为齿轮厂商进阶为减速器总成厂商，其二进阶为机器人齿轮的第三方供应商。建议关注投资机会可能被重塑的传动齿轮赛道公司，如双环传动、中马科技、蓝黛科技等。

　　风险提示

　　人形机器人落地不及预期风险，人形机器人需求不及预期风险，减速器生产转向第三方齿轮厂不及预期风险。

　　正文

　　1、车用齿轮市场逐渐萎缩，机器人带领行业步入蓝海

　　齿轮传动主要用于传递两根轴之间的运动和动力。齿轮指能互相啮合的有齿的传动机械零件，齿轮传动可以实现任意两轴之间的传动。其优点为对运动速度和功率的要求低，传动准确稳定，工作可靠性高且工件寿命较长。但该传动方式也存在难以克服的不足，如对制造与安装精度的要求高，设计或安装不当容易产生较大的噪声，且不适用于距离较远的轴间传动。

　　齿轮被广泛应用于汽车与机器人的动力模块中。齿轮为汽车的行进与转向等运动，以及机器人的行走与关节活动提供传动效果。（1）燃油车：齿轮数较多，且不同车型的价值量差距较大，主要分布在发动机、变速器、减速器、差速器和油泵中。（2）新能源汽车：与传统燃油汽车不同的是，新能源汽车简化掉了变速器这一结构。常规的纯电车一般有四大齿轮，分别为电机轴的输入齿轮、中间轴齿轮组件和主减速齿轮，主要分布在驱动电机、差速器与减速器中，用于降低驱动电机的转速，提高转矩，提高电机与电车行驶的适配度等。（3）人形机器人：齿轮主要位于机器人关节处，以特斯拉的人形机器人Optimus为例，其14个旋转关节总成都将使用减速器齿轮，如谐波减速器齿轮。

　　汽车的变速箱与减速器齿轮主要用于实现变速与变矩效果。应用于汽车上的机械式变速器的轮系分为两轴式和三轴式（又称中间轴式），各轴之间相互平行，一般通过直齿式或斜齿式的圆柱齿轮传动。汽车差速器与减速器则多使用圆锥齿轮，其中主减速器的轮系分为定轴与行星两种形式：定轴轮系中各齿轮几何轴线位置固定，传动比等于所有齿轮传动比的乘积；行星轮系则如其名，在轮系运转时，至少有一个齿轮几何的轴线位置发生变化，绕着其它齿轮的轴线运动，该形式使用的齿轮个数较少且结构紧凑，应用范围广。

　　人形机器人主要使用减速器提高灵活度。减速器利用齿轮的速度转换器，使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。人形机器人由于关节体积小，需要使用小体积和高扭矩的减速器，如谐波减速器。谐波减速器具备体积小、传动比高、精密度高的特点。国内目前表现较好的高端精密齿轮企业有绿的谐波、来福、同川和大族等。

　　新能源车使用齿轮数量较燃油车减少。传统燃油车的传动结构较为复杂，包括发动机、离合器、变速器、传动轴和差速器五个部分，单车齿轮用量为10-12个，单车价值量约1200元；新能源车的传动结构则较为简单，取消了变速器模块，单车齿轮用量5-7个，单车价值量约600元。

　　新能源车占比提升，车用齿轮空间逐步被压缩。近年来，由于燃料消耗、排放等问题不断凸显，燃油车的未来发展空间受到了越来越大的限制。加之国内政策的支持与电动车本土品牌的高速发展，新能源车逐渐获得了越来越多消费者的青睐。随着汽车市场中新能源车占比的提升，齿轮的单车价值量下滑，全球车用齿轮市场空间逐步被压缩，预计2026年市场空间将仅为755亿元，相较22年下降13%。

　　机器人用齿轮市场广阔。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6800万台量级左右。

　　人形机器人齿轮迎来千亿市场空间。人形机器人的快速发展为减速器和齿轮企业带来了新机会：从减速器公司角度出发，假设单台机器人需要使用10个谐波减速器和4个行星减速器，当每万人保有的人形机器人达到45台时，全球机器人用谐波/行星减速器市场空间分别为4495/719亿元，相较万人保有量0.07台时，分别增长540倍/552倍。对于齿轮企业而言，随着人形机器人快速起量，齿轮部件将逐步标准化，大量减速器供应商将开始外采齿轮，利好齿轮行业。预计万人保有量达45台时，人形机器人齿轮市场空间将达到近3800亿元，相当于2022年车用市场空间4倍左右。

　　2.机器人齿轮VS汽车齿轮：齿轮性能和工艺有别，设备价格与壁垒双高

　　2.1性能对比：车端齿轮扭矩和转速高，机器人端齿轮精细

　　区别一：转速，机器人<车端。机器人端转速一般小于5000转，而车端每分钟能超万转，电动车的减速器齿轮转速甚至能够达到20000转。电动车齿轮比传统燃油车齿轮转速更高的原因有二：（1）从部件磨损的角度考虑，电机的摩擦主要为滚动摩擦，摩擦系数较小，因此齿轮的高速转动对其的磨损较小，而内燃机工作时进行活塞运动，齿轮转速过高容易加速活塞的磨损。（2）从电动车动力的角度考虑，由于电机体积小，想要实现较高的功率可以通过增加转速来实现。

　　区别二：噪声要求，机器人<车端。车端零部件的噪声更易被察觉，因此要求较高。普通的砂轮修形会导致两个齿轮的表面纹路相近，因此在汽车行驶过程中齿轮容易发出规律的啸叫声，也就是出现NVH问题。尤其是新能源汽车，由于没有发动机噪声的干扰，齿轮噪声更容易被电车驾驶人所察觉，因此对其噪声的控制要求更高。而机器人的功能实现与使用者体验皆与噪声相关性较低，故在研发过程中可以忽略一般的摩擦噪声对产品带来的影响。目前国产谐波减速器的噪声已经可以控制在75dB以内，与国际水平接轨。

　　区别三：体积，机器人<车端。机器人关节多、体积小，因此减速器环节的零部件更小。与汽车体积庞大的发动机与减速器系统相比，机器人关节体积更小，且整机具有重量控制目标，因此对电机的体积与重量要求更高。与已有丰富研究经验的工业机器人相比，目前飞速发展的人形机器人拥有的关节数量更多，关节体积更小。普通工业机器人的关节数量通常为6个，即工业六轴机器人，而特斯拉发布的人形机器人Optimus则拥有28个关节。为了尽可能实现减速器的轻量化，人形机器人的关节减速器需要配置重量与体积更小的齿轮。

　　区别四：精度，机器人>车端。机器人齿轮体积更小，需要更精细的加工工艺和配套设备。齿轮加工精度分为3个等级，其中0级为最高等级，12级为最低等级。车用齿轮的精度一般为6-8级，该级别的齿轮在硬化后仅需通过简单的剃削或滚插刨等加工便可成型。而机器人使用则对齿轮精度要求更高，5-6级齿轮的生产需要经过磨削和剃削两道工序，其中5级齿轮还需要额外的单齿感应、火焰或渗碳硬化工艺。车用齿轮中，小部分已经达到机器人齿轮的加工精度，比如油泵齿轮，因此为过渡到机器人齿轮供应提供了较好基础。

　　2.2工艺对比：前段工艺相似，后段难度提升

　　车用齿轮与机器人用齿轮制造的前段工艺相近。锻坯下料、锻坯加热、等温正火、机加工、齿形加工、淬火、磨齿等操作都是齿轮生产的必经工序，高低精度齿轮的制造仅在部分工序细节上有所差异。两种应用场景的齿轮毛坯都使用锻钢的标准工业制造流程制作，该流程主要包括下料、锻造、热前加工、热处理等主要步骤。

　　车用齿轮到机器人用齿轮的升级需要更换设备、重新调校或主动降低加工速度。由于人形机器人使用到的高精度、小尺寸齿轮主要以冷精锻的工艺制成，其后段制造工艺的难度会因此提升。除了精锻温度以外，在磨削方面，车用齿轮的体积较大，可以直接用砂轮磨削塑形；而机器人用齿轮小而精致，需要用硬滚齿切割；在精度方面，对于齿形和内孔等参数，车用齿轮需要的精度较低，公差为10μ级别，而机器人则需要公差在1-3μ左右的高精度齿轮。

　　2.3设备对比：高精齿轮为重资产行业，设备壁垒与技术成本高

　　齿轮生产主要需要磨齿机、珩齿机和滚齿机等加工设备。磨齿机是利用砂轮加工圆柱齿轮及齿轮加工刀具的机床，主要用于消除工件热处理后的变形，提高齿轮精度。根据磨齿原理的不同，磨齿机可分为展成型和成形型两类，磨削产品精度一般在3-6级。对于新能源车而言，其电机较燃油车转速更快，对减速箱齿轮的转速、扭矩、稳定性等要求更高，因此为了生产精度更高的新能源车用齿轮，齿轮厂对磨齿机性能的需求极高。

　　珩齿机与磨齿机加工的产品性能存在差异。珩齿机的工作原理为螺旋齿轮的啮合原理，由珩轮带动工件自由旋转，用其加工的齿轮与磨齿机加工的产品纹路不同，且在噪声、残余应压力以及工件的粗糙程度上都存在差异。滚齿机则是根据滚切斜齿轮的传动原理设计的，在加工过程中模拟一对螺旋齿轮的啮合过程，该机器在齿轮加工中应用广泛，可用于切削直齿、斜齿圆柱齿轮等。

　　高端齿轮生产设备价格高昂，传统汽车齿轮供应商转型困难。传统汽车齿轮企业若想转型生产机器人齿轮，首先要储备能够生产高精度齿轮的相关设备。以磨齿机为例，高端进口磨齿机的均价为700万-1500万元/台，普通国产设备的价格也在百万元以上。一些较小的传统齿轮厂商由于资金积累不足，难以承受高昂的设备费用，因此无法生产高精度齿轮。

　　高精度机器加工工序复杂，人员技术成本高。由于高端齿轮的加工需要用到更精密的设备，对于生产人员的操作技能和问题解决能力要求较高，其中涉及的人员培训的经济与时间成本都不容小觑。以双环传动为例，双环从2005年开始布局RV减速机业务，直到2021年才实现了高质量的产品产出和可观的业绩，其中存在长时间的技术经验积累过程。

　　3.机器人用减速器需求提升，齿轮量产可能由齿轮公司接力

　　汽车主机厂已通过外采齿轮实现降本。鉴于自主生产齿轮具有重资产和低效率的弊端，汽车主机厂逐渐选择将成熟的量产齿轮外协给专业齿轮厂商，以期分担资产压力。同时，主机厂仍保留一部分齿轮自主生产的能力，该部分自制齿轮将主要用于未规模化生产的新产品的研发。由于新车前期开发时对齿轮的需求量较小且需要随时进行试验与调整，采取自研自制齿轮的手段可以有效提高性价比。

　　大规模量产后，机器人标准齿轮外购趋势明显。齿轮的技术壁垒低，但同质化竞争激烈、生产周期长、成本高且利润小，给减速器公司带来较大的降本挑战。因此，从经济性和轻资产角度出发，我们认为人形机器人量产后，减速器公司将通过在市场采购符合其生产要求的齿轮零件来构成完整的供应链，进而实现批量化生产。

　　行星减速器齿轮外包，齿轮公司受益于人形机器人趋势确立。行星齿轮外购结构件较多，但最后一道二次精滚工艺会由减速器厂商完成。因为机械加工不是高附加值的工序，如车床的投入成本高，毛利只有不到15%，因此行星减速器中有不少外购的结构件，但是最后一道工序一般会由减速器厂商自行完成。最后一道工序每个厂家都不同，行业内最多的是二次精滚的工艺。最后一道精成型厂商自己必须管控，原因如下：1）控制成本，最后一道工序的成本较高；2）保证产品一致性。我们预测，由于壁垒相对较低，未来可能主机厂会自己设计行星减速器并将齿轮外包给第三方齿轮供应商。