（一）丝杠与直线导轨：“旋动转直动”关键零部件

丝杠是工程机械和精密机械上最常使用的传动部件。丝杠的主要结构由丝杆与螺母构成，其主要功能为将旋转运动转化成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力。 其原理为当丝杠作为主动体时，螺母随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化为 直线运动。被动工件可通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。 滚柱丝杠具有高传动效率与高精度的特点，在多数场景下已基本替代传统梯形丝杆。 常用的螺纹丝杠可分为三角螺纹丝杠、梯形螺纹丝杠、滚珠丝杠及行星滚柱丝杠。

其中三角螺纹丝杠与梯形丝杠生产技术相对较为简单，已基本实现完全国产化。滚 珠丝杠发展起步相对较早，低端滚珠丝杠国产化率已达到相对较高水平。但目前国 内在中高端滚珠丝杠及行星滚柱丝杠的国产化率相对较低，未来发展空间较大。

直线导轨结构简单稳定，大量运用于机械加工过程中。直线导轨在机械加工中比较 常用，其由钢珠在滑块跟导轨之间无限滚动循环， 从而使负载平台沿着导轨轻易的 高精度线性运动。依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动 摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。直线导轨下游应用广泛，主要包括 数控机床、医疗器械、自动化生产线等领域。

（二）滚珠丝杠：高精度的精密传动零部件，下游应用广泛

滚珠丝杠是机电一体化中将旋转运动转换成线性运动，或将直线运动转化为回转运 动的理想产品。滚珠丝杠副（广义上，滚珠丝杠，等同于滚珠丝杠副）由螺杆、螺 母、钢球、预压片、反向器和防尘器组成，其将轴承从滑动动作转变成滚动动作。由 于其具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。

滚珠丝杠副中滚珠的循环方式可分为“内循环”和“外循环”两种。始终与丝杠保 持接触的称为内循环，内循环方式的优点为其滚柱循环的回路短、流畅性好、效率 高、螺母的径向尺寸也较小，不足之处为内循环结构中的反向器加工困难、装配调 整也较复杂。外循环结构下滚珠有时会与丝杠脱离接触，此种结构下加工工艺较为 简单，且螺母径向尺寸大，易于制造。但其滚珠循环回路长，流畅性差，效率低。

滚珠丝杆较常规螺纹丝杆有较多优势，被广泛应用于各产业机械的定位精度控制上，如精密机床、电子机械、输送机械等。滚珠丝杆副在实际运用过程中有以下特点： 

（1） 传动效率高，摩擦损失小：传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副传动效率 n=0.92~0.96，比常规的丝杠螺母副提高3~4倍。因此，功率消耗只相当于常 规的丝杠螺母副的1/4~1/3。

 （2） 传动精度、定位精度高，无爬行现象，运动平稳。最高精度可达到C0（螺杆 长度的导程误差在100mm之内，精度等级在3.53um以内）。 

（3） 能够预紧。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时可消除空 行程死区，提高接触刚度和传动精度。 

（4） 运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换 为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。 

（5） 磨损小，使用寿命长。

（6） 制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求 高，制造成本较高。 

（7） 不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用下降时当传动切断后， 不能立刻停止运动，故常需添加制动装置。

滚珠丝杠品型丰富，通常结合实际需求计算对应参数。在厂商实际选择丝杠型号时， 其通常会考虑以下六种常见参数： 

（1） 公称直径：即丝杠的外径，其常见规格有12、14、16、20、25、32、40、 50、63、80、100、120。公称直径和丝杠负载基本成正比，直径越大负载越 大，在实际应用过程中，通常参考运动状态下的额定轴向负载进行选型，实 际负荷与额定负荷的比值越小，丝杠的理论寿命越高。 

（2） 导程：导程指的是丝杆旋转一周，螺母直线运动的距离。常见的导程有（单 位：mm）：2、4、5、6、8、10、16、20、25、32、40，螺母运动速度和 滚珠丝杆可提供的直线推力与导程有关。导程越大，相同转速情况下，直线运动速度越快。

（3） 长度：丝杠的长度主要分为丝杠全长和丝杠螺纹长度。其中螺纹长度中分两 个部分，螺纹全长与有效行程。 

（4） 螺母形式：按法兰形式分大约有圆法兰、单切边法兰、双切边法兰和无法兰 几种。按螺母长度分有单螺母和双螺母之分。 

（5） 精度：按国内分类，精度等级有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、 韩国，还有中国台湾省采用JIS等级，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10； 欧洲国家的标准采用的是IT0，IT1， IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。

（6） 预压：预压等级越高，螺母与螺杆配合越紧；反之，等级越低越松。

滚珠丝杠下游以各类通用专用装备为主。从滚珠丝杠的产业链来看，其上游主要为 钢铁、金属等原材料、丝杆、螺母、滚珠；下游主要可应用于各类通用专用装备、数 控机床、注塑机、机械工业等。

滚珠丝杠广泛应用于各类专用及通用机械中，不同的设备类型对于滚珠丝杠的要求 不同。对于大部分数控机床而言，其对于滚柱丝杠的精度要求相对较低，一般P4以 上即可满足需求，而对于数控机床中较为精密的部分，如坐标镗床、磨床等，其精度 等级往往需要达到P3以上。对于如半导体、测量设备这类专用设备而言，其精度要 求通常更高，需要达到P2以上。

（三）行星滚柱丝杠：精雕细刻的高承载滚动丝杠

行星滚柱丝杠具有螺纹传动和滚动螺旋传动的综合特征。与滚珠丝杠传动相比，其 滚动体不是多个球，而是含有螺纹的多个滚柱体。在主螺纹丝杠的周围，行星布置 了6-12个螺纹滚柱丝杠，将电机的旋转运动转换为丝杠或螺母的直线运动。 标准的行星滚柱丝杠主要由丝杠、滚柱、螺母、直齿、内齿圈、滚柱保持架和弹簧 挡圈等组成。其中，丝杠是牙型角为 90°的多头螺纹；滚柱是具有相同牙型角的单头螺纹；螺母是具有与丝杠相同头数和牙型的内螺纹；为了消除丝杠螺旋升角对滚 柱产生的倾斜力矩，在滚柱两端加工有直齿，与内齿圈啮合，以确保滚柱轴线平行 于丝权轴线正常滚动；滚柱保持架为确保滚柱沿圆周均匀分布；滚柱保持架由弹管 挡圈轴向定位。其工作原理为：由电机带动旋转的丝杠利用摩擦转矩驱动滚柱转动， 继而将丝杠的回转运动转换为螺母的直线往复运动。

与目前广泛应用的滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠拥有如承载能力强、传动效率高、 速度加速度特性好、传动精度高等较多优势。行星滚柱丝杠具备独特的优势，但对 于国内厂商而言，其加工制造难度较高，行星滚柱丝杠生产对于应用到的磨床、机 床等要求较高，此类设备当前国产化率低。

行星滚柱丝杠结构不断发展变化，可适应不同的应用环境及安装条件。随着行星滚 柱丝杠在各行各业的不断深入，其应用场景也来越多，为了适应不同的应用环境及 安装条件，其结构形式也在不断的发展。根据其结构组成及运动关系的不同，可以分为5种类型：标准式行星滚柱丝杠、反向式行星滚柱丝杠、循环式行星滚柱丝杠、 差动式行星滚柱丝杠、轴承环式行星滚柱丝杠。这五种类型的行星滚柱丝杠以其各 自独特的结构特点及其优势适用于不同的场合。

特斯拉Optimus或采用行星滚柱丝杠作为其传动装置，有望加快国内厂商研发进程。 根据特斯拉AI day公布的可选方案，人形机器人Optimus或采用行星滚柱丝杠+谐波、 行星减速器作为其可选线性关节方案。从官方给出的零件细节图来看，Optimus所采 用的行星滚柱丝杠为反向结构，顺应了反向式行星滚柱丝杠中小负载、小行程、结 构紧凑的优点。当前行星滚柱丝杠在国内的研发进度位于初期阶段，我们认为如果 特斯拉人形机器人量产，市场对于行星滚柱丝杠的需求有望大幅提升，这或将加快 国内厂商对于行星滚柱丝杠的研发进程。

丝杠在人形机器人中扮演什么角色？

布局人形机器人技术产业的上市公司股票有哪些？

AI人形机器人的关键技术有哪些？