永鑫行研|工业核心零部件行业研究之减速器

本文是永鑫方舟投资团队第46篇原创行研

前  言

精密减速器属于高端精密制造核心零部件，受限于海外技术专利及生产过程中对于进口高端工业母机的依赖，国产品牌在产品精度、一致性、寿命及产能方面始终无法替代进口，属于“卡脖子”工程。本行研主要针对减速器细分赛道，探讨国内外的发展现状，寻求潜在投资机会。若存在任何问题或错误，欢迎读者批评指正。

1、行业研究

1.1 行业背景

近日，第十三届中国数控机床展览会（CCMT2024）在上海新国际博览中心隆重开幕，吸引来自28个国家和地区的近2000家机床工具企业同台竞技，其中不乏中国本土研发能力强的企业带来很多一流尖端机床及零部件，热门的人形机器人及新质生产力都让更多人关注到减速器这个赛道。

减速器是实现工业现代化、工业自动化的重要基础装备。无论是汽车、航空航天、能源、船舶、电子、精密仪器等众多领域，都需要依赖减速器来实现重复精密加工。我国减速器目前处于中高端产品国产化阶段，目前我国减速器市场第一阵营仍然以长期深耕的外资企业为主，第二阵营为具备一定技术实力和知名度的上市公司或民企等，第三阵营为技术含量低、规模小的众多民营企业，我国减速器的综合竞争力逐步显现，国产替代空间较大。在推动传统产业改造升级的环境下，近期热门的“以旧换新”政策及提升新质生产力的刚需孕育出了更多投资机会。

1.2 什么是减速器？

减速器：连接动力源和执行机构的中间机构，在机械设备中起传动功能，具有匹配转速和传递转矩的作用，主要分为一般传动减速器和精密减速器两类。一般传动减速器主要用于满足基础的动力传输需求，控制精度较低；精密减速器则主要用于在高精度、高稳定性的应用场景（如工业机器人），帮助实现精密运动控制，主要包括谐波减速器、RV减速器和精密行星减速器三类。

图1 减速器分类

资料来源：36氪研究院，华福证券研究院

谐波减速器（Harmonic Drive Gearbox，或称Harmonic Drive，简称HD）是一种精密的齿轮传动装置，美国C.W.马瑟博士于1953年创造发明，利用弹性变形和啮合原理实现高减速比、高精度的动力传递。其名称源于工作过程中产生的机械振动波形与谐波相似。由以下部件组成：

刚轮：一个内部带有固定齿的刚性内齿轮。

柔轮：一种薄壁且具有弹性的外齿轮，能够承受较大变形。

波发生器：通常由一个椭圆凸轮、柔性轴承和可能的转臂或滚子组成，它在输入动力的作用下产生可控的弹性变形，并将这种变形传递给柔轮。

谐波减速器的工作原理基于波发生器驱动柔轮进行弹性变形，使得柔轮的齿按照一定的规律与刚轮的齿相啮合。柔轮由于受到波发生器的驱动而呈椭圆形运动，从而带动整个传动系统完成减速过程。在柔轮转动的过程中，由于其特殊的构造和弹性变形特性，可以确保在大部分时间内至少有一部分齿始终处于啮合状态，这样就能以较小的体积实现高减速比和高精度的传动。

图2 谐波减速器组成

资料来源：36氪研究院，华福证券研究院

视频1 谐波减速器

视频来源：萝卜脑袋-协作机器人谐波减速器工作原理（哈默纳科）-哔哩哔哩

精密行星减速器是一种采用行星齿轮传动结构的高精度减速装置，发明时间可以追溯到19世纪初期，主要用于将输入轴的高速、小扭矩转换为输出轴的低速、大扭矩。因其内部采用多个行星齿轮围绕太阳轮旋转并同时与内齿圈啮合，从而实现多点接触和负载均匀分布，具有结构紧凑、传动效率高、回程间隙小、寿命长、运行平稳等特点。内部结构是：

太阳轮：位于中心位置，通常由输入轴驱动。

行星轮：围绕太阳轮转动，并通过支撑在行星架上的轴承与太阳轮及内齿圈形成啮合。

行星架：承载行星齿轮，将其动力传递至输出轴。

内齿圈：固定在外壳上，作为行星齿轮的另一啮合对象。

外壳：提供整体结构支撑，保持各部件相对位置稳定，并且起到保护作用。

精密行星减速器的工作原理是当动力从输入轴传到太阳轮时，太阳轮带动周围的行星齿轮转动。行星齿轮不仅绕自身的轴线自转，还随着行星架公转。行星齿轮在自转过程中，其齿廓始终与内齿圈啮合，这样就实现了力矩的增大和速度的降低。由于有多颗行星齿轮同时参与啮合，所以能够平衡负载并且提高传动效率。

图3 精密行星减速器组成

资料来源：36氪研究院，华福证券研究院

视频2 精密行星减速器

资料来源：德齿传动升降机专家-精密行星减速机你了解多少-哔哩哔哩

RV减速器（Rotary Vector Reducer，有时也称为RV齿轮箱）是一种精密行星齿轮传动装置，1980年左右日本帝人实现量产，特别以其高扭矩承载能力、大传动比和优良的刚性著称，成功应用于机器人行业，这一创新显著提升了工业机器人的耐用性和性能，降低了其因冲击而受损的风险，对机器人技术领域产生了重要影响。2003年，日本帝人制机与纳博克株式会社进行了合并，形成了新的控股公司——纳博特斯克。这次合并标志着两家公司继续在精密减速器领域保持领先地位，尤其是其知名的RV减速器产品，广泛应用于工业机器人、自动化设备和其他需要高精度定位和大扭矩传输的应用场合

RV减速器结合了行星齿轮减速机的前级与摆线针轮减速机构的后级，以实现高效的力矩放大和速度降低。由以下组成：

行星齿轮减速部分：作为第一级减速机构，采用行星齿轮组进行初步的减速增扭。

摆线针轮减速部分：这是RV减速器的特色部分，包括输入轴上的直齿轮、曲柄轴、RV齿轮（摆线轮）以及内齿壳体上的针齿板或针齿套。其中，直齿轮通过曲柄轴驱动RV齿轮做偏心运动，RV齿轮上的外摆线齿廓与针齿板形成点接触啮合，从而实现第二次大幅度的减速。

 RV减速器的工作原理：输入动力首先经过行星齿轮减速单元传递并降速。降速后的动力继续传递给直齿轮，直齿轮连接在曲柄轴上，并带动RV齿轮作偏心转动。RV齿轮与固定在外壳内部的针齿板相互作用，由于RV齿轮的特殊齿形设计（类似于外摆线），其齿廓在转动过程中会连续地与不同位置的针齿接触，从而实现平稳而高效的动力传输和大的减速比。这种连续不断的啮合过程使得RV减速器能够承受重载荷的同时保持较小的振动和噪音，且具有良好的自锁性能。

图4 RV减速器组成

资料来源：36氪研究院，华福证券研究院

视频3 RV减速器组成

资料来源：锦衣夜行说-RV减速机内部结构及原理（纳博特斯科）-哔哩哔哩

1.3 技术壁垒

复杂、高精尖的终端应用场景需要高性能机器人，进而对精密减速器提出了多重核心性能指标要求。由于材料、加工工艺和装备等方面存在技术壁垒，目前国产精密减速器在精度保持性、使用寿命和大批量产品性能一致性方面与国外存在差距，高端核心产品依赖进口，存在“卡脖子”风险，其中技术壁垒最高的是RV和谐波减速器。

所有精密减速器都需满足多样化的终端应用场景如大负载、高节拍、高精度、高复杂度、流水线生产。减速器的性能指标直接影响设备的竞争力，如定位精度、重复精度、承载能力、精度寿命、稳定性、回差、扭转刚度、角度传递误差（传动精度）及额定寿命（精度保持使用寿命）。而不同减速器还有各自的研发制造挑战：

谐波减速器面临工艺、材料与设计的三重考验。一致性：需要在大规模生产中保持产品一致性，提高良率是难点。齿轮设计直接影响性能和磨损，圆弧齿形逐渐替代传统渐开线齿轮设计，包括S齿形（日本哈默纳科）、P齿形（绿的谐波）、δ齿形（来福谐波）。国内外谐波减速器的柔性材料大部分为40Cr合金钢，国内柔性材料的钢纯度不如国外，多用进口高纯净度合金钢。减速器对加工工艺的要求极高，误差需控制在1微米以内，热处理工艺与材料的适配程度会极大地影响使用寿命和刚度，因此高精度加工设备需从日、德等国进口，导致设备价格高、 初期投入大，并可能面临其他国家的出口管控，此外设备操控还需要高技术、经验丰富的加工人员。

RV减速器有着更复杂的结构，更严苛的加工精度和工艺要求。结构复杂，实际工况中RV减速器需要反复精确定位，相当于不断启动和刹车，保持精度不衰减，如果精度低将会造成产品的磨损。各项工艺的密切配合，包括齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度，这些工艺总装公差将会造成损害产品寿命。规模化量产的产品均达到标准性能是极大挑战。

精密行星减速器的产品结构复杂，制造安装难度较大。作为高精密产品，产品安装难度较大，研发周期长，对企业的资金、人才、技术等要求高，在生产时对企业的工艺、品控等要求高。

过去我国减速器的研发参考了成熟产品的制造思路，但为了突破原材料及加工设备带来的高昂成本与限制，国内上市公司及民企依靠自己的研发能力在结构及加工工艺上做了改进创新，不断朝着尖端产品努力。

1.4 应用领域

减速器种类较多，在接口、扭矩、精度、速比等不同规格也有不同产品线。作为精密的传动零部件，减速器有以下功能：

提高精度与重复性：精密减速器具有极高的传动精度，可以将电机的高速旋转精确地转换为所需的低速旋转，同时保持极低的回程间隙（背隙），确保输出轴在多次转动过程中位置的一致性。这对于需要极高定位精度和重复定位精度的设备（如工业机器人、精密机床、测量仪器等）至关重要。

增大输出扭矩：减速器通过齿轮或柔轮等传动组件将电机的输入扭矩按一定比例放大，从而在不显著增加电机尺寸和功率消耗的情况下，提供远高于电机直接输出的扭矩。这对于处理重载荷、高阻力或需要大力矩驱动的应用（如重型机械、机器人关节、精密夹持装置等）极为有利。

稳定输出速度与减小振动：精密减速器能够通过齿轮的啮合或柔轮的弹性变形实现平稳的扭矩传递，有效抑制电机在低频运转时可能出现的振动，保证传动系统的稳定性。这对于需要平稳运动和精密控制的应用（如精密雕刻、半导体生产设备、医疗设备等）非常重要。

小型化与轻量化：高性能精密减速器如谐波减速器、行星减速器等，由于其独特的传动原理和先进的制造工艺，能够在提供高扭矩密度的同时实现紧凑的体积和轻巧的质量，有助于减轻整体设备重量，节省空间，尤其适用于对空间限制严格的机器人关节、航空航天设备等场合。

应用场景主要为机床、转台、工业机器人、AGV机器人、人型机器人等工业设备，也可以应用于医疗器械、航空航天、军工等对运动控制精度有严格要求的的领域。

2、产业链

减速器处于工业产业链的中游，是机器人、机床等工业设备的关键零部件。

图 5 减速器产业链

资料来源: 中商产业研究院，华安证券研究所

减速器的上游：材料及更基础的轴承、齿轮等金属加工件。

减速器中游：全球市场由主要由哈默纳科（日本）、纳博特斯克（日本）、威腾斯坦（德国）等外资企业垄断，国内有绿的谐波、双环传动、中大力德、昊志机电等企业，与国外相比产品的性能和寿命等技术指标还有差距。

 减速器下游：机床、机器人等设备大厂，机器人主要是四大机器人龙头发那科、ABB、安川、库卡，还有川崎、爱默生、那智不二越、欧姆龙等，国内有埃斯顿、埃夫特等；机床领域有德马吉森精机、山崎马扎克、GF等海外大厂，国内有北京精雕、沈阳机床、大连机床、秦川机床等。中国在高端四轴、五轴机床上有很大替代空间。

图 6 工业机器人产业链

资料来源: 前瞻产业研究院

图 7 数控机床产业链

资料来源: 前瞻产业研究院36氪研究院，华福证券研究院

3、市场空间

3.1全球市场

传统市场2022年规模约138亿，以工业机器人、精密机床等行业为主，预计2026年可达到242亿，CAGR约14%；随着商用机器人、新能源汽车的普及，预计2026年新产业蓝海市场规模达158亿，复合增长率达230%；2026年全球市场总体规模预计超400亿。

资料来源：华经产业研究院，华安证券研究所

3.2国内细分市场

2025年我国谐波减速器市场规模预计达30亿元，行业发展空间较大。谐波减速器行业受益于政策和主要下游行业的驱动，迎来快速发展时期，据统计，2021年我国机器人下游谐波减速器市场规模为12.1亿元，预计2022年达到15.9亿元左右，2025年超过30亿元，2022-2025年市场空间CAGR约23.7%。

资料来源：华经产业研究院，华安证券研究所

2021年我国RV减速器市场规模约42.9亿元，同比增长50.53%。随着国家对智能制造行业的支持力度的加大，减速器下游应用领域有望加速发展，从而带动减速器市场规模增长。据中商产业研究院预测，2025年RV减速器市场规模有望达60亿元。

资料来源：华经产业研究院，华安证券研究所

数据显示，2018到2022年中国行星减速器销售额持续增长，2022年达5亿美元，预计2023年达5.2亿美元，预计2018-2023年复合年均增长率达11.93%，市场发展空间广阔。

数据来源：华经产业研究院，华安证券研究所

综上所述，按照市场份额，2023年中国总市场空间约为100亿（谐波20亿+RV50亿+精密行星30亿），2025年中国总市场空间约为130亿（谐波30亿+RV60亿+精密行星40亿）。

如果按照机器人出货量及机台需求量，精密减速器2025年的市场空间约为83亿（工业机器人43万*2*5000+机床40万*2*5000），如2025年人形机器人进展顺利并中国市场全年量产2万台，新增市场空间约为3.52亿元（2万*17600元）。

4、竞争格局

日本和德国占据减速器主要市场份额，如哈默纳科、纳博特斯克及威腾斯坦等国外企业。虽然进口产品价格比国产略高，但由于优秀的性能、使用寿命及稳定性，下游设备厂还是会优先选择进口产品，国产仍有进步空间。

4.1 国外企业

4.2国内企业

由于进口产品价格高昂，很多企业逐渐攻克技术难关，自主研发出产品。产品暂时无法完全替代进口产品，未来有望打破国外垄断。

现在市场上也有很多减速器新星企业活跃在资本市场，多家知名机构纷纷下注，以下是市场上比较知名的项目和情况：

5、永鑫观点

减速器一定程度上决定了设备和工业机器人的精度、工作效率的上限，是保证运行的稳定性和产品良率的关键。永鑫投资团队认为这个赛道有几大难点：1、研发难度大，主要表现在现有结构龙头公司已经做到极致，如果是“仿制”很难超越国外品牌。2、下游验证导入周期长，大厂导入新供应链需要长时间验证稳定性，且天生对国产产品不信任。3、资金要求高，高精机床依赖进口非常昂贵且产能不高，大批量生产需要非常大的固定资产投入。

目前国内龙头主要还是以“仿制”为主，提高精度的前提还是采购被“卡脖子”的精密机床。跳出原材料及加工设备的限制，在结构上正向研发，创新“发明”是非常大的挑战。尤其是在高端产品上，国产自研的可靠性难以达到客户要求，该市场有很大需求且国产化率非常低。永鑫将持续关注该行业的“创新”公司的投资机会。

永鑫未来也会持续关注“芯”、“车”、“碳”产业链，深入挖掘产业链上下游优质企业，持续助力中国实体经济。对于已投企业，永鑫将一如既往的从人力、供应链、订单等多方面助力企业发展“让创业不再艰难”。