1、 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。1 证券研究报告 机械设备机械设备 从三大经典传动到具身智能从三大经典传动到具身智能 华泰研究华泰研究 机械设备机械设备 增持增持 (维持维持)研究员 倪正洋倪正洋 SAC No.S0570522100004 SFC No.BTM566 +(86)21 2897 2228 研究员 杨任重杨任重 SAC No.S0570522110003 +(86)21 2897 2228 研究员 杨云逍杨云逍 SAC No.S0570523070001 +(86)21 2897 2228 研究员 邵玉豪邵玉豪 SAC No.S05705221200

2、02 +(86)21 2897 2228 研究员 史俊奇史俊奇 SAC No.S0570522110002 SFC No.BTM901 +(86)21 2897 2228 联系人 张瑶珈张瑶珈 SAC No.S0570122090160 +(86)755 8249 2388 联系人 王自王自 SAC No.S0570123070064 +(86)21 2897 2228 行业行业走势图走势图 资料来源：Wind，华泰研究 2023年10月20日中国内地 深度研究深度研究 人形机器人为具身智能理想载体，硬件结构包含三大经典传动人形机器人为具身智能理想载体，硬件结构包含三大经典传动 具身智能（em

3、bodied AI）为下一个人工智能的浪潮，其是一个能够理解、推理、并与物理世界互动的智能系统。我们认为人形机器人是实现具身智能的最佳形态之一，因为我们身处的世界是按照人类的生理结构设计的，人形机器人因其外形与人相仿，与物理世界互动的隐性成本最小。从波士顿动力的人形机器人 Atlas，再到特斯拉推出的 Optimus，我们发现人形机器人的硬件结构包含三大经典传动液压传动、电气传动、机械传动。液压传动液压传动：机械大力士：机械大力士，关注国产化空间与电动化影响，关注国产化空间与电动化影响 液压传动主要用于实现机械能-液压能-机械能的转换，其突出优点在于输出较大的推力或转矩。液压系统由动力元件、执

4、行元件、控制元件、辅助元件、工作介质五大基本部分组成，其中液压泵阀技术难度较高。目前，全球液压工业已进入成熟发展阶段，我国为全球第一大液压市场，2021 年全球市场份额达 35%。国内市场规模接近千亿，高端市场具备较大国产替代空间。我们系统阐述了液压行业市场概况、液压系统及各组成元件工作原理，并以工程机械应用为例分析了液压系统在主要产品中的应用结构，以及电动化对液压传动的影响，全面覆盖液压传动原理、市场、应用分析。电气传动：电气传动：灵活灵活多面手，应用广阔市场分散多面手，应用广阔市场分散 电气传动使用电动机将电能转换成机械能，带动各类型生产机械、交通车辆及运动物品。电动机是指依据电磁感应定律

5、实现电能转换或传递的一种电磁装置。电动机行业呈现竞争格局分散，下游应用广泛的特点，其复杂性在于技术路径多样，对应电机不同的特性，适用于下游不同场景。我们系统阐述了电气传动行业市场概况、电动机六大技术路径选择，并以人形机器人、矿山机械、数控机床应用为例分析电气传动系统在主要产品中的应用，以及未来定子扁线化和碳化硅应用对电机性能的提升，全面覆盖电气传动原理、市场、应用分析。机械传动：高精控制百宝箱，结构类型繁多机械传动：高精控制百宝箱，结构类型繁多 机械传动结构类型繁多，相较于液压、电气传动，机械传动主要优点在于传动比准确、实现回转运动的结构简单、能传递较大的扭矩、传动效率高，主要适用于速度不高的

6、有级变速传动。高精密传动零部件市场国产化水平有待提高，人形机器人等新产业有望为其带来弯道超车机遇。我们系统阐述了机械传动特点、传动结构基本原理、典型机械传动装置及应用、机械传动导向及支承零部件概况、机械传动国产替代关键因素，全面覆盖机械传动原理、市场、应用分析。人形机器人：具身智能产业提速，关注感知层和执行层的投资机会人形机器人：具身智能产业提速，关注感知层和执行层的投资机会 技术进步+巨头入局+政策激励下，人形机器人产业提速发展。在决策层，大模型使机器人理解自然语言，泛化能力增强，RT-2 输出字符串可直接对应到机器人的坐标、旋转角等信息，实现了“手脑协调”。在感知层，六维力/关节扭矩传感器

7、是人形机器人知“轻重”的力控核心，具备高价值和高壁垒，而触觉是机器人另一重要感知力，个别国内厂商国际领先。在执行层，机械传动广泛存在于各关节中，电气传动中准直驱方案扭矩密度更高，未来渗透率有望提升。我们认为人形机器人是形如机器人的智能体，多模态大模型的快速发展将提升人形机器人的智能化水平，加快人形机器人产业化进程。风险提示：国产替代不及预期、原材料价格波动风险、工程机械电动化导致部分液压元件被取代、电机技术路径发生改变、人形机器人产业化进程不及预期。(8)(3)3914Oct-22Feb-23Jun-23Oct-23(%)机械设备沪深300 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一

8、起阅读。2 机械设备机械设备 正文目录正文目录 从三大经典传动到具身智能从三大经典传动到具身智能.11 液压传动：机械大力士液压传动：机械大力士.14 液压系统：机械大力士，千亿市场大而不强.14 大功率与自动化控制优势突出，液压传动广泛应用于工业机械.16 国内液压千亿市场大而不强，高端液压件仍待进口替代.17 钢材为主要原材料，工程机械为主要应用领域.20 国内恒立液压一枝独秀，龙头规模仍具提升空间.21 液压系统拆分：五大部分各司其职、相辅相成.23 动力元件：机械能转化为液压能.23 执行元件：液压能转化为机械能.26 控制元件：控制油液方向、压力与流量.29 液压辅件&工作介质：辅助

9、执行，不可或缺.32 典例：液压系统广泛应用于工程机械工作、回转、行走系统.35 液压挖掘机.35 装载机.36 叉车.37 高空作业平台.38 工程机械电动化：或将带动液压系统应用变化，短期影响有限.39 电机取缔柴油机，或将带动液压系统应用变革.39 应对电动化之变，主机与核心零部件龙头积极布局.42 在具身智能中的应用：波士顿动力 Atlas 能够实现高难度动作.43 电气传动：灵活多面手电气传动：灵活多面手.44 电气系统：灵活多面手，应用广阔市场分散.44 电气传动系统概览：灵活多面手.44 电机行业格局分散，国内电机“量增”到“质提”走向高端.45 电机技术：六大路线选择排列组合，

10、顺势而生各有千秋.47 直流 or 交流：换向/调速为核心问题，霍尔元件/变频器助推无刷替代有刷.48 永磁 or 励磁：交替并行发展，高性能永磁体提升电机功率和效率.52 同步 or 异步：同步电机节能高效高功率，异步电机具有成本优势.54 单相 or 三相：三相电机稳定高效，单相电机需使用电容器/罩极启动.57 步进 or 伺服：伺服闭环相较步进开环控制精度较高，经济性较低.59 旋转 or 直线：直线电机可视为旋转电机的结构变形，高速响应高精度.62 典例：矿山机械/数控机床中多种电机“各司其职”.63 矿山机械：交流电机为主流，永磁电机节能特性顺应“绿色矿山”.63 数控机床：主轴多用

11、感应电机，进给电机中永磁伺服为主流.66 未来：定子扁线化与碳化硅应用成为提升电机能效新方向.67 在具身智能中的应用：特斯拉 Optimus 采用电气驱动.71 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。3 机械设备机械设备 机械传动：高精控制百宝箱机械传动：高精控制百宝箱.72 机械传动：高精确度的转矩、转速变换器.72 传动原理：“回转回转”、“回转移动”等运动形式.76 回转回转：齿轮传动应用最为广泛，轮系为主要应用形式.76 回转移动：带传动、凸轮机构、螺旋机构较为常用.78 多运动形式变换：连杆机构.81 典例：旋转运动看减速器，直线运动看丝杠.82 减速器：旋转

12、运动核心传动装置，新型齿轮系空间逐步打开.82 丝杠：直线运动核心传动装置，滚动螺旋精密机械最为常用.93 导向及支承机构：配合机械传动机构传递运动及动力.103 导轨：支承与引导运动部件沿确定轨迹运动.103 轴：支承旋转零件，传递力与力矩.107 轴承：支承旋转轴及其他运动体，引导运动并承受轴上载荷.109 高精机械传动国产替代：材料、设备、工艺、验证缺一不可.114 材料：国产材料筑基不牢.114 设备与工艺：淘金离不开卖铲人.117 应用场景验证与积累：打造闭环的决定性环节.118 在具身智能中的应用：机械传动广泛存在于特斯拉 Optimus 中.118 具身智能：多维度催化人形机器人

13、落地具身智能：多维度催化人形机器人落地.119 决策层：大模型赋予机器人“大脑”，具身智能迎来曙光.121 大模型使机器人理解自然语言，增强泛化能力.121 决策结果到运动控制映射方式改变，机器人实现“手脑协调”.124 感知层：聚焦力/触觉传感器应用，机器人知“轻重”懂交互.125 六维力/关节扭矩传感器为力控核心，使人形机器人知“轻重”.126 高价值高壁垒，六维力传感器面临动静态特性及解耦问题.128 触觉传感器：机器人另一重要感知力，个别国内厂商国际领先.132 执行层：刚性驱动器方案成熟，准直驱方案渗透率有望提高.134 总结：三大传动构建具身智能硬件，智能化决定人形机器人总结：三大

14、传动构建具身智能硬件，智能化决定人形机器人 0-1.137 风险提示.137 图表目录图表目录 图表 1：波士顿动力 Atlas 机器人主要采用液压驱动.11 图表 2：特斯拉机器人主要采用电气传动.11 图表 3：我国液压件进口额约为出口额 2 倍.11 图表 4：电动缸、液压缸、气缸三种直线动作器原理介绍及对比.11 图表 5：电动机技术路径和结构不断更新，多种类型适应下游多种应用场景.12 图表 6：机械传动可按照传动原理分为摩擦传动、啮合传动、推压传动三类.13 图表 7：技术进步+巨头入局+政策激励加速 2023 年人形机器人产业提速.13 图表 8：液压千斤顶工作原理图.14 免责

15、声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。4 机械设备机械设备 图表 9：液压系统主要分类方式.15 图表 10：液压系统组成概览.15 图表 11：液压传动与其他传动方式对比.16 图表 12：流体传动中液压传动占比超过 70%.17 图表 13：全球液压市场规模 2011-2021 CAGR 3.1%.17 图表 14：我国液压市场规模 2011-2021 CAGR 4.7%.17 图表 15：我国液压市场全球占比持续提升.17 图表 16：中、美液压市场全球占比近 70%（2020）.17 图表 17：中国制造业增加值高于美国但液压销售占比偏低（2020）.18 图表 18

16、：国内液压市场下游应用场景相较美国更为集中（2019）.18 图表 19：我国液压行业发展历程.18 图表 20：我国液压件进口额约为出口额 2 倍.19 图表 21：液压油缸 2016 年起已实现贸易顺差，进口单价约为出口 2 倍.19 图表 22：液压马达 2019 年以来贸易逆差收窄，进口单价约为出口 6 倍.19 图表 23：液压泵 2020 年以来贸易逆差收窄，进口单价约为出口 6 倍.20 图表 24：液压泵中仅齿轮泵 2022 实现贸易顺差.20 图表 25：液压阀 2022 年出口单价已高于进口，但贸易逆差最大.20 图表 26：主要液压元件国产化率估计（2021）.20 图表

17、 27：液压系统产业链概览.21 图表 28：液压企业与工程机械企业营收同比增速变动趋势相似.21 图表 29：全球液压龙头及国内液压上市公司情况概览.22 图表 30：全球液压行业 CR3 约 34%（2021）.22 图表 31：内资上市液压公司仅恒立液压市占率超 10%（2021）.22 图表 32：恒立液压国际收入占比约 20%（2022）.23 图表 33：博世力士乐海外收入占比约 80%（2022）.23 图表 34：单柱塞液压泵工作原理.23 图表 35：液压泵主要分类形式.24 图表 36：液压泵按挤子结构分类情况及工作原理概述.25 图表 37：各类液压泵性能参数比较及应用范

18、围情况.26 图表 38：轴向柱塞式液压马达工作原理.26 图表 39：液压马达与液压泵对比.27 图表 40：各类液压马达性能参数比较及应用范围情况.27 图表 41：双作用液压缸主要原理.28 图表 42：液压缸分类.28 图表 43：液压阀分类.29 图表 44：各类液压阀性能比较及适用场景.29 图表 45：压力控制阀分类及工作原理概述.30 图表 46：流量控制阀分类及工作原理概述.31 图表 47：方向控制阀分类及工作原理概述.32 图表 48：皮囊式蓄能器工作原理概览.33 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。5 机械设备机械设备 图表 49：油管分类及特

19、点.33 图表 50：液压部分工作介质特性比较.34 图表 51：油液主要类型、特点及应用场景.35 图表 52：液压挖掘机液压结构透视图（履带式）.36 图表 53：液压挖掘机传动路线（履带式）.36 图表 54：装载机液压油缸结构透视图（轮式）.37 图表 55：装载机液压阀结构透视图（轮式）.37 图表 56：叉车液压结构透视图.38 图表 57：高空作业平台液压结构透视图.39 图表 58：传统挖掘机能量流图及工程机械节能技术演变.40 图表 59：电动缸、液压缸、气缸三种直线动作器原理介绍及对比.41 图表 60：工程机械电动化渗透率仍处于较低水平.42 图表 61：不同类型工程机械

20、电动化渗透率差异显著.42 图表 62：工程机械主机及核心零部件企业电动化布局概况.42 图表 63：采用液压驱动的 Atlas 能够实现跑酷等高难度动作.43 图表 64：Atlas 液压系统存在漏液等可靠性问题.43 图表 65：电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置.44 图表 66：电气传动在运动控制及精确度方面优势显著，广泛应用于工业机械.45 图表 67：2020 年全球电机市场 1427 亿美元，汽车占比最高.45 图表 68：预计 21-28 年全球电机市场 CAGR=6.4%,交流电机占比最大.45 图表 69：卧龙电驱主要电机产品.46 图表 70：大洋

21、电机主要电机产品.46 图表 71：外资品牌为国内电机生产商第一梯队，国内龙头在各自侧重领域走向高端.46 图表 72：2022 年中国电机进口金额为 42.34 亿美元，同比下降 6.2%.47 图表 73：2022 年中国主要电机出口产品结构（按金额）（单位：%）.47 图表 74：电动机技术路径和结构不断更新，多种类型适应下游多种应用场景.48 图表 75：直流电机与交流电机由于供电电源不同使得结构差异较大.49 图表 76：直流有刷电机率先流行，交流电普及和控制元件发展使得交流电机和直流无刷快速发展成为主流.49 图表 77：直流有刷电机通过换向器跟电刷的连接，实现线圈电流方向变化，实

22、现线圈受力方向变化.50 图表 78：周围磁通密度超过阈值时霍尔传感器会检测到并产生电压.50 图表 79：霍尔效应传感器可判断出电机转子磁极的相对位置.50 图表 80：交直交变频器主电路工作原理.51 图表 81：变频技术可分为交直交变频技术和交交变频技术.51 图表 82：电机磁场的提供方式经过低性能磁铁电磁体高性能永磁体与电磁并行三个发展阶段.52 图表 83：高性能永磁电机效率高功率大，励磁电机制作成本低但效率较低.52 图表 84：电机常用永磁材料抗腐蚀性能、最高工作温度、加工性能、退磁曲线形状、价格对比.53 图表 85：直流电机励磁方式分为他励、并励、串励、复励，主要区别为励磁

23、绕组和电枢绕组供电方式的关系.53 图表 86：永磁体与励磁绕组均位于转子的混合励磁电机.54 图表 87：永磁体位于转子，励磁绕组位于定子的混合励磁电机.54 图表 88：异步电机与同步电机区别在于转子是否产生磁场、速度与定子旋转磁场速度是否一致.54 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。6 机械设备机械设备 图表 89：同步电机功率密度与效率更高，异步电机成本低应用广泛.55 图表 90：磁阻电机遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理形成磁阻转矩，性能较好且成本较低.56 图表 91：多家公司布局同步磁阻电机产品.56 图表 92：磁滞电机利用磁滞材料所制成转子上产

24、生的磁滞转矩起动和运行，目前应用场景较少.56 图表 93：三相电机采用相位差 120 度三相交流电源推转子.57 图表 94：主流单相电机有主副两个线圈，互相垂直推动旋转.57 图表 95：单相电机使用方便应用偏生活化，三相电机稳定高效工业场景应用居多.57 图表 96：装配电容器单相电机的运行原理.58 图表 97：使用罩极法单相电机的运行原理.58 图表 98：六相双 Y 移 30绕组空间分布图.59 图表 99：六相电机可实现低电压大功率，相同负载转矩六相电流小.59 图表 100：步进电机结构图.59 图表 101：伺服电机结构图.59 图表 102：伺服电机闭环控制，将编码器检所得

25、信息反馈给控制器来控制位置，步进电机开环控制无反馈过程.60 图表 103：步进电机相较伺服电机可靠性与控制精度较低，经济性较高.60 图表 104：西门子 1FK 系列永磁同步伺服电机订货最大功率 7.5kW.61 图表 105：西门子 1PH 系列交流异步伺服电机最大功率 45kW.61 图表 106：伺服电机闭环控制，将编码器检所得信息反馈给控制器来控制位置，步进电机开环控制无反馈过程.61 图表 107：直线电机可认为是旋转电机径向剖开后的变形，结构及运行原理与感应电机相似.62 图表 108：直线电机具有高响应速度、高精度、加减速快等优势.62 图表 109：短初级直线感应电机在城市

26、轨道交通车辆的应用.63 图表 110：直线电机用于激光微加工平台.63 图表 111：多家公司布局直线电机业务.63 图表 112：直流电机，交流异步电机，永磁同步电机三种矿山机械应用电机对比.64 图表 113：佳电股份矿用机械电机中三相异步电动机为主流，部分场景尝试永磁电机.64 图表 114：大功率矿井提升机为代表的矿山电力传动发展历程.65 图表 115：ABB 矿井提升机.65 图表 116：永磁内装式矿井提升机驱动原理.65 图表 117：数控机床电动机可分为进给电机和主轴电机，进给电机主流为永磁伺服，主轴电机主流为感应电机.66 图表 118：卧龙电驱电主轴电机产品大多为交流异

27、步电机.66 图表 119：Akribis 机床专用直线电机 AKM 系列.67 图表 120：直驱伺服响应速度更快.67 图表 121：相比于传统的伺服电机+滚珠丝杆/齿轮齿条的驱动方式，直线电机驱动在机床方面应用优势明显.67 图表 122：传统圆线绕组存在较大空隙.68 图表 123：矩形扁线绕组空间利用率更高.68 图表 124：多家企业布局扁线业务.68 图表 125：扁线电机工艺复杂、设备精度要求高.69 图表 126：博世（Bosch）的逆变器采用碳化硅半导体.69 图表 127：安森美半导体 650V SiC MOSFET.69 图表 128：碳化硅宽禁带优势.70 免责声明和

28、披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。7 机械设备机械设备 图表 129：特斯拉 Optimus 旋转执行器中使用无框电机.71 图表 130：特斯拉 Optimus 的手部模组.71 图表 131：机械传动系统的一般组成.72 图表 132：各类传动机构可实现的运动、动力转换功能各异.72 图表 133：机械传动与电气传动、流体传动对比.73 图表 134：机械传动可按照传动原理分为摩擦传动、啮合传动、推压传动三类.73 图表 135：牛头刨床机械传动系统包括带传动机构、齿轮机构、连杆机构、螺旋机构.74 图表 136：各主要传动机构应用场景各异.75 图表 137：齿轮传动分类

29、.76 图表 138：齿轮传动主要特点及适用范围.77 图表 139：轮系可分为定轴轮系、周转轮系、组合轮系三大类.78 图表 140：带传动可分为摩擦型、啮合型两类.78 图表 141：带传动示意图.79 图表 142：链传动示意图.79 图表 143：凸轮机构按照凸轮形状可分为盘型凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮.79 图表 144：螺旋传动可分为普通、滚动、静压螺旋传动三类.80 图表 145：齿轮齿条由圆形齿轮与直线型齿条相互啮合.80 图表 146：“回转移动”传动机构各有优缺点.81 图表 147：平面铰链四杆机构包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种形式.82 图表 148：常用减

30、速器型式及特点和应用.83 图表 149：单级圆柱齿轮减速器结构.83 图表 150：摆线针轮行星减速器结构.83 图表 151：减速器下游应用领域繁多（2019）.84 图表 152：工业机器人每个回转运动关节均需应用减速器.84 图表 153：工业机器人 BOM 表中减速器成本占比超过 30%.84 图表 154：多关节机器人应用最为广泛.85 图表 155：谐波与 RV 减速器在全球机器人用减速器中的销量占比较高.85 图表 156：行星、RV、谐波减速器应用场景各异.85 图表 157：谐波减速器主要由刚轮、柔轮、谐波发生器三大基本部分组成.86 图表 158：国内龙头绿的谐波国内市占

31、率已达 23%（2022）.87 图表 159：2022 年国内谐波减速器市场规模约 21 亿元.87 图表 160：特斯拉擎天柱机器人旋转关节采用谐波减速器.87 图表 161：国内企业谐波减速器营收规模及产能仍待提升.88 图表 162：RV 减速器包括针轮层、齿轮层、芯轴层.89 图表 163：纳博特斯克占据国内 RV 减速器超 50%的市场(2022).90 图表 164：2021 年国内 RV 减速器市场规模约 43 亿元.90 图表 165：国内企业 RV 减速器国产化进程仍待推进.90 图表 166：行星传动机构可按齿轮啮合方式与基本构件组成进行分类.91 图表 167：NGW

32、型行星传动机构与行星减速器整体结构.91 图表 168：2022 年我国行星减速器市场规模全球占比约 42%.92 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。8 机械设备机械设备 图表 169：海外龙头仍居全球行星减速器优势地位（2022）.92 图表 170：国内行星减速器公司市占率逼近海外龙头（2022）.92 图表 171：国内行星减速器公司已形成一定规模.93 图表 172：滑动、滚珠、滚柱、静压丝杠性能及应用对比.94 图表 173：滚珠丝杠由螺杆、螺母、滚珠等组成.94 图表 174：滚珠丝杠按滚珠循环方式可分位内循环结构、外循环结构.95 图表 175：JIS

33、标准与国内标准精度等级对比.95 图表 176：机床与工业机器人对滚珠丝杠副精度等级要求相对高（按国内标准）.96 图表 177：我国滚珠丝杠下游主要应用于机床（2020）.96 图表 178：全球滚珠丝杠下游主要应用于工业生产领域（2022）.96 图表 179：滚珠丝杠在卧式车床中的应用.96 图表 180：滚珠丝杠在前驱 SCARA 中的应用.96 图表 181：滚珠丝杠在机床中的价值量占比约 3%.97 图表 182：滚珠丝杠在工业机器人中的价值量占比约 2%.97 图表 183：我国滚珠丝杠市场规模超 300 亿元，全球占比约 20%.97 图表 184：经济型滚珠丝杠采用比例40%

34、的企业约 52%采用国产.98 图表 185：中高档型滚珠丝杠采用比例40%的企业约 48%采用国产.98 图表 186：国内汉江机床滚珠丝杠市占率居前，但营收规模远小于海外龙头.98 图表 187：行星滚柱丝杠滚动体为滚柱.99 图表 188：行星滚柱丝杠可分为标准式、反向式、循环式、差动式和轴承环式五种形式.100 图表 189：特斯拉擎天柱机器人线性关节采用行星滚柱丝杠.101 图表 190：国内市场海外公司滚柱丝杠销售量占比约 80%（2021）.101 图表 191：海外滚柱丝杠企业成立时间早、应用范围广，已建立领先优势.102 图表 192：静压丝杠实物图.102 图表 193：静

35、压丝杠剖面图.102 图表 194：普通滑动导轨综合性能一般，滚动导轨主要用于精密机械中.104 图表 195：导轨由运动件与承导件组成.104 图表 196：导轨在机床上的应用图例.104 图表 197：直线运动滚动导轨可分为三角平开式、闭式、钢丝滚道三类.105 图表 198：机床、半导体设备直线运动滚动导轨需求多为精密级及以上.106 图表 199：2020 年全球直线导轨 CR5 78%.106 图表 200：2020 我国直线导轨市场收入约占全球 26%.106 图表 201：导轨配套丝杠应用，丝杠企业一般同时具导轨产能.107 图表 202：轴可分为转轴、传动轴、心轴三类.107

36、图表 203：齿轮减速器轴应用图例（直角斜齿行星减速机）.108 图表 204：优质碳素钢为应用最广泛的轴材料.108 图表 205：中大力德齿轴毛坯采购成本占比约 9%.109 图表 206：中高端机床、减速器企业轴加速自制.109 图表 207：轴承需承受径向负荷和轴向负荷.109 图表 208：滚动轴承与滑动轴承各有优缺，性价比角度滚动轴承应用更为普遍.110 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。9 机械设备机械设备 图表 209：滚动轴承主要由外圈、内圈、滚动体、保持架组成（以深沟球轴承为例）.111 图表 210：滚动轴承根据工作时所承受的载荷方向可分为向心轴

37、承和推力轴承.111 图表 211：主要滚动轴承及其特性与应用.112 图表 212：中国为全球最大轴承市场（2022）.112 图表 213：中国轴承行业市场营收已突破 2000 亿元.112 图表 214：全球轴承市场概览.113 图表 215：2022 年中国轴承企业全球市占率达 25%.113 图表 216：滚动轴承进出口价差仍大.113 图表 217：国内轴承企业具有较强专业性，规模普遍偏低.114 图表 218：国产柔轮断口上弥散分布着直径 3.06.0m 的 Al2O3 颗粒状夹杂物，影响柔轮抗疲劳性能.115 图表 219：SKF 通过持续收购壮大业务规模，首家收购公司即材料公

38、司 Hofors Bruk.116 图表 220：滚珠丝杠螺距精度受机床设备影响较大.117 图表 221：我国金属切削机床数控化率仍有提升空间.117 图表 222：谐波减速器为 Optimus 旋转执行器核心部件.118 图表 223：反式行星滚柱丝杠为 Optimus 线性执行器核心部件.118 图表 224：技术进步+巨头入局+政策激励加速 2023 年人形机器人产业提速.119 图表 225：各大厂大模型快速发展，赋予机器人思考学习能力，推动具身智能发展.119 图表 226：特斯拉人形机器人实现快速迭代.120 图表 227：特斯拉人性机器人已实现流畅行走与抓取物品.120 图表

39、228：多家科技巨头布局人形机器人，加快技术进步推进商业化应用.120 图表 229：中央和地方均推出相关政策加紧布局人形机器人.121 图表 230：RT-2 帮助机器人在数据从未见过的场景完成多种任务.122 图表 231：搭载 VoxPoser 机器人无需示范可做开瓶、按开关等任务.122 图表 232：命令“选择已灭绝动物”，搭载 RT-2 机器人选择恐龙玩偶.122 图表 233：智元机器人可根据输入的自然语言命令完成动作.122 图表 234：VoxPoser 产生了 4 个“涌现能力”，机器人可以在任务过程中自主生成推理能力，掌握新方法.123 图表 235：RT-2 提高了机器

40、人在未见过场景中的性能，从 RT-1 的 32%提高到 62%.123 图表 236：CoT 能够帮助 RT-2 完成更复杂的任务.123 图表 237：大模型决策结果到机器人动作控制的映射方式改变.124 图表 238：RT-2 输出字符串可直接对应到机器人的坐标、旋转角等信息.124 图表 239：Voxposer 工作过程为接受命令LLM 生成与 VLM 交互生成操作指示地图运动规划器规划动作.125 图表 240：人形机器人需要多种传感器与真实世界交互.125 图表 241：多种传感器帮助人形机器人识别自身的运动状态和环境状况.126 图表 242：UCLAArtmes 足部力觉传感器

41、方案.126 图表 243：坤维科技关节扭矩传感器及六维力传感器.126 图表 244：六维力传感器可测量 X、Y、Z 三轴力和力矩.127 图表 245：坤维科技腕部六维力传感器.127 图表 246：坤维科技踝部六维力传感器.127 图表 247：机器人各关节处需关节力矩传感器反馈力信息.128 图表 248：关节扭矩传感器感测各个关节扭力.128 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。10 机械设备机械设备 图表 249：国内六维力传感器市场第一梯队为 ATI、坤维科技、鑫精诚、宇立仪器.128 图表 250：国内外六维力传感器主要参与者及各家产品性能指标.129

42、图表 251：六维力传感器根据传感元件的不同主要分为三种基本类型：应变片式、光学式以及压电/电容式.129 图表 252：硅应变传感器在稳定性、信噪比、刚度方面具有一定优势.130 图表 253：十字型结构对称性好，兼顾横向和竖向的应变效果.130 图表 254：Stewart 结构是一种球面连杆结构，整体较紧凑.130 图表 255：六维力传感器选型四个核心步骤为确定量程需求确定使用环境确定机械出线需求确定通讯方式131 图表 256：六维力传感器标定装置.131 图表 257：六维力联合加载标定才能使传感器的准度更好、串扰更低.131 图表 258：动态性能补偿可以有效提高多维力传感器的响

43、应速度.132 图表 259：六个测量方向加载至各自的额定载荷总会出现串扰.132 图表 260：解耦算法可一定程度减少维间数据关联度.132 图表 261：狭义触觉传感器工作原理多样.132 图表 262：2028 年全球触觉传感器市场空间有望达千亿元以上.133 图表 263：国内个别企业参数上国际领先.134 图表 264：Atlas 采用液压驱动，Optimus 采用电驱动.134 图表 265：电驱经历从刚性驱动器、弹性驱动器到准直驱驱动器的过程.134 图表 266：刚性驱动器由电机/减速器/编码器/力传感器和控制板等组成.135 图表 267：刚性驱动器多数采用谐波减速器，力矩传

44、感器非必需.135 图表 268：弹性驱动器引入弹性元件变为欠驱动系统，运动控制精度低.135 图表 269：PEA 可用于机器人髋关节和上肢外骨骼机器人.135 图表 270：准直驱型由高扭矩密度电机/行星减速器/编码器/控制板组成.136 图表 271：宇树科技新准直驱驱动器增加离合结构.136 图表 272：准直驱驱动器效率较高，但因其仍需后备电池所以多用于四足机器人.136 图表 273：三大传动构建具身智能硬件基础，智能化决定人形机器人 0-1.137 图表 274：报告提及公司.138 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。11 机械设备机械设备 从三大经典传

45、动到具身智能从三大经典传动到具身智能 人形人形机器人为具身智能理想载体，其硬件结构机器人为具身智能理想载体，其硬件结构包含包含三大三大经典传动。经典传动。在 ITF World 2023 半导体大会上，黄仁勋表示，人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodied AI），即能理解、推理、并与物理世界互动的智能系统。我们认为人形机器人是实现具身智能的最佳形态之一，因为我们身处的世界是按照人类的生理结构设计的，人形机器人因其外形与人相仿，与物理世界互动的隐性成本最小。从波士顿动力的人形机器人 Atlas，到特斯拉推出的Optimus，我们发现人形机器人的硬件结构包含三大经典传动：液压传动、电气传

46、动、机械传动。机械传动广泛存在于人形机器人的各类关节中；采用“驱动大力士”液压方案的 Atlas能够实现跑酷，后空翻等高难度动作；采用“灵活多面手”电气传动的 Optimus 正快速迭代。图表图表1：波士顿动力波士顿动力 Atlas 机器人机器人主要主要采用液压驱动采用液压驱动 图表图表2：特斯拉机器人主要采用电气传动特斯拉机器人主要采用电气传动 资料来源：波士顿动力官网，华泰研究 资料来源：特斯拉 2023 年股东大会，华泰研究 液压传动液压传动为为“机械“机械大力士大力士”，高端高端国产化空间国产化空间较大，较大，电动化趋势下或仍为主要传动方式之一电动化趋势下或仍为主要传动方式之一。液压传

47、动主要用于实现机械能-液压能-机械能的转换，其突出优点在于输出较大的推力或转矩。液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质五大基本部分组成，其中液压泵阀技术难度较高。目前，全球液压工业已进入成熟发展阶段，我国为全球第一大液压市场，2021 年全球市场份额达 35%。国内市场规模接近千亿，高端市场具备较大国产替代空间。推动电动化以实现节能减排成为制造业发展大势所趋，我们认为，电动化或将带动液压元件应用结构变化，短中期影响或有限，但各类液压元件仍需结合电动化技术变化，需考虑与电气系统相协调能力。图表图表3：我国液压件进口额约为出口额我国液压件进口额约为出口额 2 倍倍 图表图表4：

48、电动缸、液压缸、气缸三种直线动作器原理介绍及对比电动缸、液压缸、气缸三种直线动作器原理介绍及对比 资料来源：国际流体动力统计委员会，普易咨询，华泰研究 资料来源：王超液电混合驱动液压挖掘机铲斗和斗杆运行特性及能效研究（2020），华泰研究 055402010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020(亿美元)进口-出口进口额出口额电动缸电动缸液压缸液压缸气缸气缸传动媒介传动媒介丝杠、螺母液压油压缩气体工作原理工作原理伺服电动机驱动滚柱丝杠推动工作装置运动做功，实现了旋转运动向直线运动转换，工作装置的速度、位移由电机

49、控制液压动力源输出高压油驱动液压缸做直线运动，工作装置的速度、位移由油液流量和压力控制空气压力差驱动活塞杆做直线运动，工作装置的速度、位移由气体流量和压力控制工作温度工作温度通常规定电动缸的工作温度范围为一3080C，工作性能受温度波动的影响小。通常规定液压缸的工作温度范围为-40120C，工作性能易受温度波动的影响。通常规定气缸的工作温度范围为560C,工作性能易受温度波动的影响。驱动方式驱动方式由伺服电动机组成的驱动系统驱动，结构相对简单，占用空间较小由液压泵、阀及液压管路组成的液压驱动系统驱动，结构相对复杂，占用空间较大由气泵、阀及气路管道等组成的驱动系统驱动，结构相对复杂，占用空间较大

50、承载负荷能力承载负荷能力较低，抗冲击性较差很高，具有抗冲击性较高，具有很强的抗冲击性系统控制性能系统控制性能响应快，定位精度高，速度重复性较为稳定响应较慢，定位精度一般响应慢，定位精度较差伸缩范围伸缩范围较小较大较大价格价格较高较低低系统特点系统特点应用场合广，噪声小，无污染工作性能稳定，可靠性高为避免污染环境需要配套的补油泵，且性能受温度影响，需要考虑液压系统热平衡问题噪声大,需要使用配套补气泵装置，污染小,工作性能会受温度影响 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。12 机械设备机械设备 电气传动电气传动为为“灵活多面手灵活多面手”，应用广阔市场分散，应用广阔市场分散

51、，更高的功率和效率为未来方向，更高的功率和效率为未来方向。电气传动使用电动机将电能转换成机械能，带动各类型生产机械、交通车辆及运动物品。电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电动机行业呈现竞争格局分散，下游应用广泛的特点，其复杂性在于技术路径多样，对应电机不同的特性，适用于下游不同场景，人形机器人执行器就主要使用无框力矩电机和空心杯电机。我们总结电机有六大关键技术选择，分别是交流/直流、同步/异步、永磁/电磁、单相/三相、控制方式步进/伺服、直线/旋转。各种电动机产品是不同技术路线排列组合后的产物。未来电机将向着更高功率和效率不断发展，定子扁线化和碳化硅的应用是热门方向。

52、图表图表5：电动机技术路径和结构不断更新，多种类型适应下游多种应用场景电动机技术路径和结构不断更新，多种类型适应下游多种应用场景 资料来源：SMM 电机资讯公众号，华泰研究 机械机械传动传动结构结构类型繁多类型繁多，高高精精控制为控制为其其核心优势核心优势。机械传动即用各种形式结构传递运动和动力，主要用于转变原动机输出的动力及运动形式以满足工作机需求。相较于液压、电气传动，机械传动主要优点包括：传动比准确、实现回转运动的结构简单、能传递较大的扭矩、传动效率高；但机械传动存在功率质量比低、响应速度较慢、无级变速结构复杂等缺点，故主要适用于速度不高的有级变速传动。典型机械传动装置包括主要用于旋转运

53、动的减速器、主要用于直线运动的丝杠，两者均是人形机器人执行器的重要零部件。综合各类精密机械传动零部件技术壁垒及海外龙头发展历程，我们认为在高精机械传动国产替代的路上，材料、设备、工艺、验证缺一不可。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。13 机械设备机械设备 图表图表6：机械传动可按照传动原理分为摩擦传动、啮合传动、推压传动三类机械传动可按照传动原理分为摩擦传动、啮合传动、推压传动三类 资料来源：秦大同等现代机械设计手册（2019），华泰研究 技术进步技术进步+巨头入局巨头入局+政策激励下，政策激励下，包含三大传动的包含三大传动的人形机器人产业提速人形机器人产业提速发展发

54、展。在决策层，大模型使机器人理解自然语言，泛化能力增强，RT-2 输出字符串可直接对应到机器人的坐标、旋转角等信息，实现了“手脑协调”。在感知层，六维力/关节扭矩传感器是人形机器人知“轻重”的力控核心，具备高价值和高壁垒，而触觉是机器人另一重要感知力，个别国内厂商国际领先。在执行层，机械传动广泛存在于各关节中，电气传动中准直驱方案扭矩密度更高，未来渗透率有望提升。我们认为人形机器人是形如机器人的智能体，多模态大模型的快速发展将提升人形机器人的智能化水平，加快人形机器人产业化进程。图表图表7：技术进步技术进步+巨头入局巨头入局+政策激励政策激励加速加速 2023 年人形机器人产业提速年人形机器人

55、产业提速 资料来源：各政府官网，各公司官网，华泰研究 在后续的报告中，我们将系统分析三大经典传动液压传动、电气传动、机械传动，并说明其在具身智能中的应用。啮合传动直接接触有中间件普普通通齿齿轮轮传传动动非非圆圆齿齿轮轮传传动动不不完完全全齿齿轮轮传传动动行行星星齿齿轮轮传传动动蜗蜗杆杆传传动动螺螺旋旋传传动动链链传传动动链链式式无无级级变变速速同同步步带带传传动动机械传动机械传动直接接触摩擦传动有中间件摩摩擦擦轮轮机机构构摩摩擦擦式式无无级级变变速速带带传传动动带带式式无无级级变变速速绳绳传传动动推压传动直接接触有中间件凸凸轮轮机机构构棘棘轮轮机机构构槽槽轮轮机机构构连连杆杆机机构构 免责声明

56、和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。14 机械设备机械设备 液压传动：机械大力士液压传动：机械大力士 液压系统：机械大力士，千亿市场大而不强液压系统：机械大力士，千亿市场大而不强 液压系统为动力传递与控制装置，用于实现机械能液压系统为动力传递与控制装置，用于实现机械能-液压能液压能-机械能的转换。机械能的转换。机械设备一般由原动机、传动装置、控制系统和工作机构等构成，其中传动装置的作用是把原动机输出的能量和动力经过各种形式的转换后传送给工作机构，实现机器对外做功。根据工作介质（传动件）区分，机械设备主要包括三种传动方式：机械传动、电气传动、流体传动。液压传动属流体传动范畴，以具

57、有连续流动性的油液为工作介质，利用压力能进行动力的传递、转换与控制。除液压传动外，流体传动也包括气压传动。液压系统基本原理为液体的静压传动：液压系统基本原理为液体的静压传动：利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，经过各种控制阀与管路的传递，借助于液压执行元件（缸或马达）把液体压力能转为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动或回转运动。液压系统工作机构推力的大小，取决于油液的压力高低和液压缸活塞面积的大小，而工作机构运动速度的快慢取决于在一定时间内进入液压缸流量的多少。图表图表8：液压千斤顶工作原理图液压千斤顶工作原理图 资料来源：张兴辉快速看懂液压气动系统图（2017），华泰研究

58、液压系统具多种分类方式。液压系统具多种分类方式。液压系统分类形式较多，如可根据油液循环方式分为开式、闭式；可根据用途分位固定机械用与行走机械用；可根据工作特点分为液压传动、液压控制、混合液压等。手柄手柄1 1带动活塞上提，泵缸泵缸2 2容积扩大形成真空，排油单向阀关闭，油箱油箱5 5中的液体在大气压作用下，经管管6 6、吸油单吸油单向阀向阀4 4进入泵缸泵缸2 2内手柄1带动活塞下压，吸油单向阀吸油单向阀4 4关闭，泵缸泵缸2 2中的液体推开排油单向阀排油单向阀3 3，经管管9 9、1010进入液压缸液压缸1111，迫使活塞客服重物12的重力G上升而做功若需液压缸液压缸1111的活塞停止，手柄

59、手柄1 1停止运动，液压缸液压缸1111中的液压力使得排油单向阀排油单向阀3 3关闭，液压缸液压缸1111的活塞自锁截止阀截止阀8 8打开，液体在重力G作用下经截止阀截止阀8 8、管管7 7排往油油箱箱5 5机械能转换为液压能机械能转换为液压能液压能转换为机械能液压能转换为机械能动力元件动力元件执行元件执行元件辅助元件辅助元件控制元件控制元件 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。15 机械设备机械设备 图表图表9：液压系统主要分类方式液压系统主要分类方式 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元

60、件、工作介质五大基本部分组成。液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质五大基本部分组成。液压系统一般由液压元件（即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件）与工作介质两大部分组成，能够实现某种功能的液压元件组合在一起称为液压回路（按用途可进一步划分为压力控制、速度控制、方向控制和多缸动作控制等多种回路），多个液压回路按一定方式连接即组成液压系统。图表图表10：液压系统组成概览液压系统组成概览 资料来源：艾迪精密，华泰研究 液压泵阀技术难度相对较高。液压泵阀技术难度相对较高。根据恒立液压公告，各类液压元件中，泵阀相较于油缸而言成本占比、技术及价值含量更高；以挖掘机应用为例，高压油

61、缸仅占液压系统成本的15%-18%，液压泵阀在液压系统的价值则占比高达 60%。此外，从各类产品国产化率情况来看（可参考图 17），液压阀国产化率仅为 4%，且贸易逆差最大，国产替代空间广阔。分类方式分类方式系统名称系统名称描述描述应用领域应用领域阀控制系统通过改变液压阀的节流口开度控制流量，从而控制执行元件的速度。由于存在节流和溢流损失，故通常效率较低。各种液压机械泵排量控制系统通过改变变量泵的排量进行速度无级控制，或通过多台定量泵组合供液来控制流量进行有级速度控制；由于无节流和溢流损失，故效率较高，但结构复杂、响应速度慢。适合大功率而响应速度要求不高的机械设备使用，如压力加工机械、橡胶塑料

62、机械等泵转速控制系统泵转速控制系统即变频调速泵控制系统，是通过改变驱动泵的电动机转速改变泵的输出流量.实现系统的流量调节和执行元件的速度控制。尽管此种系统因变频器价昂，制造成本较高，但由于可以减小油箱容量和介质消耗，能量损失小，运行成本较低，故应用日渐增多-执行元件控制系统通过改变变量液压马达排量(或通过多定量液压马达组合)工作或通过改变复合液压缸作用面积来控制流量，从而控制速度。与泵排量控制系统类似，此类系统由于无节流和溢流损失，故效率较高。主要用于行走机械及压力加工机械等液压机械开式系统液压泵从油箱吸油，执行元件回油返回油箱。工作液在油箱中冷却及沉淀后再进入工作循环；系统需要较大容积的油箱

63、；执行元件换向和调速一般采用液压阀。应用最为普遍闭式系统执行元件排出的油液返回到泵的进口，系统效率较高，需用补油装置补油，并用冲洗阀换油进行热交换-固定机械用系统固定机械用系统多为开式系统，包括用于各类工业机械如机床(工件夹紧、工作台进给、换向、主轴驱动)、压力机(压制、压边、换向、工件顶出)、压铸机及注塑机(合模、脱模、预塑、注射机构)甚至公共设施如医疗器械、垃圾压榨等机械设备和工作装置中的系统如描述行走机械用系统行走机械用系统既有开式系统也有闭式系统，包括用于车辆行驶(行走驱动、转向、制动及其工作装置)、物料传送装卸搬运设备(传递机构、转位机构)以及航空航天装置、船舰中的各种系统如描述液压

64、传动系统一般为不带反馈的开环系统，以信息传递为次，追求传动特性的完善。系统的工作特性由各组成液压元件的特性和它们的相互作用来确定，其工作质量受工作条件变化的影响较大。应用较为普遍，大多数工业机械液压系统属于此类液压控制系统多为采用伺服阀等电液控制阀组成的带反馈的闭环系统。以传递信息为主，以传递动力为次，追求控制特性的完善。由于加入了检测反馈，故系统可用一般元件组成精确的控制系统，其控制质量受工作条件变化的影响较小。高精数控机床及加工中心、冶金、航空航天等领域应用广泛混合液压系统现代液压机械的动力传递和控制均较重要，液压传动系统和液压控制系统在具体结构上往往融为一体-按执行元件按执行元件速度调节

65、与速度调节与控制方式分控制方式分类类按油液循环按油液循环方式分类方式分类按用途分类按用途分类按工作特征按工作特征分类分类组成部分组成部分示例示例功能功能主要产品主要产品动力元件将带动它工作的发动机、电动机或其他原动机输入的机械能转换成流动液体的压力能，向整个液压系统提供动力，是液压系统的心脏液压泵控制元件无级调节执行元件的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流动方向进行调节控制，保证执行元件完成预定的动作各种压力、流量和方向液压阀及以上液压阀的集成系统执行元件将流动液体的压力能转换为机械能，驱动各工作部件作回转运动或直线往复运动液压马达、液压缸辅助元件提供必要的条件使液压系统得以正常工作

66、：对液压系统进行监测和反馈，保证液压系统可靠、稳定、持久地工作；用来存放、提供和回收工作介质（油液）；滤除介质中的杂质、保持系统正常工作所需介质的清洁度；实现元件之间的连接及传输载能介质；显示系统压力、温度等油箱、过滤器、油管与管接头、密封装置、蓄能器、热交换器以及各种指示器和控制仪表等工作介质-液压系统用工作介质作为传递能量的介质，其性能会直接影响到液压传动的工作各种矿物油、乳化液和合成型液压油 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。16 机械设备机械设备 大功率与自动化控制优势突出，液压传动广泛应用于工业机械大功率与自动化控制优势突出，液压传动广泛应用于工业机械 液压

67、传动拖动负载及操纵控制优势显著，广泛应用于工业机械。液压传动拖动负载及操纵控制优势显著，广泛应用于工业机械。相较于其他传动方式，液压传动主要优点包括：相同功率下，液压传动装置的重量轻、体积小、结构紧凑，液压马达体积和重量只有同等功率电动机的 12%左右；可在大范围内实现无级变速（调速范围可达 1：2000），也可在液压装置运行过程中进行调速；运动件的惯性小，能够频繁迅速换向，往复回转运动可达 500 次/分，往复直线运动可达 1000 次/分；且传动工作平稳，系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载；与电气配合，较容易实现自动化。其缺点主要在于：液压传动效率较低，经过两次能量转换后，存在一定机械

68、能与液压能的损失；液压传动系统工作压力较高，控制元件制造精度高，系统成本较高；系统工作过程中发生故障不易诊断，容易产生泄露；因有泄露与弹性变形大，不易做到精确定比传动；液压油液的性能及使用寿命受温度影响较大，适用的环境温度比机械传动小。液压传动突出优点在于其可输出较大的推力或转矩，可实现低速大吨位运动，基本所有工程领域均有应用液压传动，且在大功率、自动化控制时，液压传动优势在大功率、自动化控制时，液压传动优势显著显著。图表图表11：液压传动与其他传动方式对比液压传动与其他传动方式对比 资料来源：李壮云液压元件与系统（2019），华泰研究 液压传动液压传动为最常见流体传动方式为最常见流体传动方式

69、。虽同属流体传动，但液压传动相较气压传动在功率与质量比、转矩与转动惯量比、响应速度、可控性、负载刚度、调速范围等方面均具优势，应用更为广泛，在流体传动中占比超 70%，故讨论流体传动一般重点讨论液压传动。液压传动液压传动气压传动气压传动定义定义通过机械构件如杠杆、凸轮、齿轮、轴、皮带、链条等把能量和动力传送给工作机构利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制能量和动力功率与质量比功率与质量比小小大中等转矩与转动惯量比转矩与转动惯量比小小大中等响应速度响应速度低中等高低可控性可控性差中等好中等负载刚度负载刚度中等差大差调速范围调速范围小中等大小控制精度控制精度高高一般一般优缺点总结优缺点总结优点优

70、点:传动准确可靠、制造容易、操作简单、维护方便、传动效率高；缺点缺点:不能进行无级调速，远距离传动较困难，结构复杂；优点优点:能量传递方便，信号传递迅速，标准化程度高，易于实现自动化；缺点缺点：运动平稳性差，易受外界负载影响，惯性大，起动及换向慢，成本较高等；优点优点：功率-质量比大，速度调节容易，操纵省力等；缺点缺点：温度影响较大，传动效率低，传动精度较差；优点优点：结构简单，成本低，易于实现无级调速，阻力损失小等；缺点缺点：空气易压缩，负载对传动特性的影响较大，工作压力低，只适合于小功率传动典型应用场景典型应用场景机械传动中齿轮传动应用最广，用于机器人等智能装备及各类机械装置中所有工作机械

71、均有应用工程机械、压力机械等大功率应用场景；机床等需无级变速应用场景；航空工业等对功率与质量比较敏感应用场景电子工业、包装机械、食品机械等小功率应用场景流体传动流体传动以有压液体或气体为工作介质，通过动力元件把原动机输出的机械能转化为液体或气体的压力能，进而借助管道和控制元件把有压液体或气体输送到执行元件，从而把压力能转换为机械能，驱动负载直线/回转运动传动特性传动特性机械传动机械传动电气传动电气传动 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。17 机械设备机械设备 图表图表12：流体传动中液压传动占比超过流体传动中液压传动占比超过 70%资料来源：中国液压气动密封件工业协会

72、，华泰研究 国内液压千亿市场大而不强，高端液压件仍待进口替代国内液压千亿市场大而不强，高端液压件仍待进口替代 全球液压工业已进入成熟发展阶段，全球液压工业已进入成熟发展阶段，我国为第一大液压市场我国为第一大液压市场。根据国际流体动力统计委员会，2021 年全球液压市场规模已达 304 亿欧元（约合人民币 2000 亿）。我国液压市场规模全球占比持续提升，由 2010 年的 27%，提升至 2021 年的 35%，我国已成为全球第一大液压市场。图表图表13：全球液压市场规模全球液压市场规模 2011-2021 CAGR 3.1%图表图表14：我国液压市场规模我国液压市场规模 2011-2021

73、CAGR 4.7%资料来源：国际流体动力统计委员会，易普咨询，华泰研究 资料来源：国际流体动力统计委员会，易普咨询，华泰研究 图表图表15：我国液压市场全球占比持续提升我国液压市场全球占比持续提升 图表图表16：中、美液压市场全球占比近中、美液压市场全球占比近 70%（2020）资料来源：国际流体动力统计委员会，易普咨询，华泰研究 资料来源：国际流体动力统计委员会，华泰研究 71%72%72%71%74%74%74%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%200021E液压气动-15%-10%-5%0%5%10%15%(35

74、0)(300)(250)(200)(150)(100)(50)0500300350200001920202021(亿欧元)全球液压行业市场规模yoy-5%0%5%10%15%20%(30)(20)(10)007080900001920202021(亿欧元)中国液压行业市场规模yoy25%27%29%31%33%35%37%02040608000142015

75、2001920202021(亿欧元)中国液压行业市场规模占比中国大陆36%美国34%德国9%日本6%意大利5%英国2%芬兰2%其他6%免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。18 机械设备机械设备 我国我国液压液压传动渗透率有待提升，液压市场规模有望进一步增长。传动渗透率有待提升，液压市场规模有望进一步增长。根据 World Bank 与国际流体动力统计委员会 2020 年数据，美国制造业增加值仅约我国的 60%，但液压市场规模几乎与我国持平，对比中、美液压产品销售额与制造业增加值比，美国约为 0.52%，我国仅为 0.32%，表明我国液压传动制造业渗

76、透率略低于美国。从应用场景来看，我国下游应用集中度较美国更高，第一大应用领域-工程机械占比超 40%（2019），而美国则仅为 26%，进一步验证我国下游应用场景犹待开发。整体来看，我国液压应用渗透率仍有提升空间，液压传动市场规模有望进一步增长。图表图表17：中国制造业增加值高于美国但液压销售占比偏低（中国制造业增加值高于美国但液压销售占比偏低（2020）图表图表18：国内液压市场下游应用场景相较美国更为集中（国内液压市场下游应用场景相较美国更为集中（2019）资料来源：World bank，国际流体动力统计委员会，华泰研究 注：内圈为美国，外圈为中国 资料来源：NFPA，中国液压气动密封件工

77、业协会，华泰研究 我国液压工业我国液压工业起步较晚，起步较晚，大而不强，高端产品仍待进口替代。大而不强，高端产品仍待进口替代。海外视角，17 世纪中叶，帕斯卡提出静压传递原理，为液压传动发展奠定理论基础；20 世纪 30 年代，受益于工艺制造水平提升，液压元件开始生产，并首先应用于机床；20 世纪 50-70 年代，液压传动技术进入高速发展期，快速渗透进入下游应用领域。相较于海外，我国液压工业起步较晚，20世纪 50 年代才开始生产仿苏设备应用于机床，20 世纪 60 年代才逐步产生独立的液压行业。尽管近年来我国液压行业发展迅速、市场规模持续扩大，但由于起步晚，我国液压产业持续落后于德国、美国

78、、日本的液压产业体系，整体大而不强，下游主机厂商持续依赖进口，并形成恶性循环。图表图表19：我国液压行业发展历程我国液压行业发展历程 资料来源：智能制造网，亿宇科技，华泰研究 0.0%0.1%0.2%0.3%0.4%0.5%0.6%05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,00040,00045,000中国美国制造业增加值（亿美元）液压销售额占比26%74%41%60%工程机械其他高速发展高速发展标准完善标准完善195960年代初年代初721952上海机床厂试制成功液压元件国内首家专业化液压元件企业-天津液压件厂成

79、立液压工业组织开发划归北京机床研究所等科研院所管理为适应高压方向，成立榆次液压件厂，引进日本油研公司公称压力21MPa的中高压系列液压阀及全部设备，同时引进国外样机，组织测绘仿制北京机床研究所研制成功喷嘴挡板式电液伺服阀并用于电火花机床济南铸锻机械研究所完成32MPa轴向柱塞泵的系列设计有关科研院所、企业设计完成较为完整的31.5MPa高压液压阀系列图纸公称压力32MPa高压阀系列图纸设计完成为解决基础件与主机发展不平衡，原一机部组建通用基础件工业局，液压专业厂统一划归该局管理1990中国液压气动密封件工业协会成立产业起步产业起步体系建设体系建设20世纪50年代初期，我国开始生产液压元件，但主

80、要为仿苏设备，且依附于机床厂，并未形成独立产业部门。20世纪60年代，独立液压产业逐步形成，液压技术从机床行业推广至工程机械及农业机械，为解决仿苏产品品种少、性能差的问题，我国液压元件开始从仿制进入技术引进及自行开发相结合阶段阶段；在此阶段，液压元件实现从中低压向高压的过渡。20世纪70年代，高压产品逐步增多，液压产业开始走向标准化、系列化、通用化，通用基础件工业局、中国液压气动密封件工业协会相继成立。我国液压行业进入高速发展阶段，建立专业化生产体系、产品门类逐步齐全、基本能满足下游行业配套需要，2021年，我国液压规上企业工业总产值达766亿元。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请

81、务必一起阅读。19 机械设备机械设备 图表图表20：我国液压件进口额约为出口额我国液压件进口额约为出口额 2 倍倍 资料来源：国际流体动力统计委员会，普易咨询，华泰研究 主要液压元件贸易逆差逐步收窄，但进出口价差仍高。主要液压元件贸易逆差逐步收窄，但进出口价差仍高。根据海关总署数据，我国液压油缸2016 年起即实现贸易顺差，液压马达 2019 年以来贸易逆差逐步收窄，液压泵 2020 年以来贸易逆差逐步收窄，液压阀 2022 年贸易逆差显著收窄。但从进出口价差上来看，2022 年液压油缸、液压马达、液压泵进口单价分别约为出口单价的 2.0 倍、5.9 倍、5.5 倍，进出口价差仍大，表明高端液

82、压件仍部分依赖进口，液压阀进出口单价差异虽小，但贸易逆差最大，仍待国产替代。结合海关总署与国际流体动力统计委员会数据估算，2021 年我国液压缸、液压马达、液压泵、液压阀国产化率分别约为 89%、70%、60%、4%，但考虑到部分海外企业国内建厂、国内销售金额不统计于进口额中，实际国产化率或更低，结合进出口价差情况，实际的高端液压件国产化率也或处于较低水平。图表图表21：液压油缸液压油缸 2016 年起已实现贸易顺差，进口单价约为出口年起已实现贸易顺差，进口单价约为出口 2 倍倍 图表图表22：液液压马达压马达 2019 年以来贸易逆差收窄，进口单价约为出口年以来贸易逆差收窄，进口单价约为出口

83、 6 倍倍 注：海关编码 84122100 资料来源：海关总署，华泰研究 注：海关编码 84122910 资料来源：海关总署，华泰研究 0554020000192020(亿美元)进口-出口进口额出口额(200)(150)(100)(50)0500300(10)(5)0562002020212022(美元/台)(亿美元)进口-出口（左）进口额（左）出口额（左）进口单价（右）出口单价（右）(400)(200)02004006008001,0001

84、,200(2)(1)000022(美元/台)(亿美元)进口-出口（左）进口额（左）出口额（左）进口单价（右）出口单价（右）免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。20 机械设备机械设备 图表图表23：液压泵液压泵 2020 年以来贸易逆差收窄，进口单价约为出口年以来贸易逆差收窄，进口单价约为出口 6 倍倍 图表图表24：液压泵中仅齿轮泵液压泵中仅齿轮泵 2022 实现贸易顺差实现贸易顺差 注：海关编码 84135031、84135039、84136022、84136032 资料来源：海关总署，华泰研究 注：海

85、关编码 84135031、84136022、84136032 资料来源：海关总署，华泰研究 图表图表25：液压阀液压阀 2022 年出口单价已高于进口，但贸易逆差最大年出口单价已高于进口，但贸易逆差最大 图表图表26：主要液压元件国产化率估计（主要液压元件国产化率估计（2021）注：海关编码 84812010 资料来源：海关总署，华泰研究 注：海关编码 84135031、84136022、84136032、84812010 资料来源：海关总署，国际流体动力统计委员会，中国液压气动密封件工业协会，华泰研究估算 钢材为主要原材料，工程机械为主要应用领域钢材为主要原材料，工程机械为主要应用领域 液压

86、件材料成本占比最高液压件材料成本占比最高，钢材为主要原材料。，钢材为主要原材料。液压系统上游包括原材料、配件、工作介质等配套。根据艾迪精密，2022 公司液压件成本结构中，直接材料成本占比达 65%。液压元件中液压缸、液压泵、液压阀、液压马达产品附加值高、价值量占比较大，分析邵阳液压、万通液压的液压泵、液压油缸原材料采购情况，钢材均为主要原材料。(150)(100)(50)0500300(3)(2)(1)000022(美元/台)(亿美元)进口-出口（左）进口额（左）出口额（左）进口单价（右）出口单价（右）(

87、3)(2)(1)01234液压往复式柱塞泵液压回转式齿轮泵液压回转式叶片泵泵合计(亿美元)2000205200022进口-出口（左）进口额（左）出口额（左）进口单价（右）出口单价（右）(亿美元)(美元/套)89%70%60%4%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%液压缸液压泵液压马达液压阀 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。21 机械设备机械设备 图表图表27：液压系统产业链概览液压系统

88、产业链概览 注：液压件成本结构采用艾迪精密 2022 数据，液压泵成本结构采用邵阳液压 2020 原材料采购数据，液压油缸成本结构采用万通液压 2019 原材料采购数据；资料来源：艾迪精密，邵阳液压，万通液压，福士特，中国液压气动密封件工业协会，华泰研究 液压产品应用广泛，工程机械为最主要应用领域。液压产品应用广泛，工程机械为最主要应用领域。液压传动可输出较大的推力，基本所有工程领域均有应用，根据中国液压气动密封件工业协会对 2022 年国内液压行业重点联系企业销售情况的统计，工程机械为液压产品最主要应用领域，应用占比达 60%。对比工程机械龙头、液压龙头销售情况，二者同比增速变动趋势亦基本一

89、致；但液压件具备更高的市场与产品品类开拓弹性，液压企业上轮工程机械周期底部及本轮工程机械周期上行阶段表现均好于工程机械企业。图表图表28：液压企业与工程机械企业营收同比增速变动趋势相似液压企业与工程机械企业营收同比增速变动趋势相似 注：工程机械营收增速采用三一重工、徐工机械、中联重科营收平均后的同比增速 资料来源：Wind，华泰研究 国内恒立液压一枝独秀，龙头规模仍具提升空间国内恒立液压一枝独秀，龙头规模仍具提升空间 全球液压行业整体集中度较高，全球液压行业整体集中度较高，美日欧企业垄断高端市场。美日欧企业垄断高端市场。全球液压行业 CR3 约 34%，集中度较高，龙头公司集中于美、日、欧国家

90、，主要为德国博世力士乐、美国派克汉尼汾、丹麦丹佛斯（2021 收购美国伊顿液压业务）、日本川崎重工、日本 KYB。海外龙头发展历程长、产品品类丰富、营收规模大，全球高端液压件市场亦基本被海外龙头垄断。上游上游中游中游下游下游原材料原材料配件配件工作介质工作介质35.6%15.7%12.4%11.6%11.6%11.2%1.7%0.2%液压缸液压泵液压阀液压系统及装置液压辅件液压马达其他液压件液压机具无缝管、圆钢、锻件等钢材密封件、五金标准件、导向机构液压油液压元件液压元件动力元件控制元件执行元件辅助元件液压缸液压马达液压泵液压阀工作介质工作介质液压系统液压系统工程机械工程机械石化冶金石化冶金矿

91、山矿山汽车汽车机床机床直接材料65%直接人工10%制造费用24%其他1%废钢10%生铁6%钢材9%铜材5%缸体26%轴承14%其他辅料30%无缝管80%圆钢20%液压油缸成本结构液压油缸成本结构液压泵成本结构液压泵成本结构液压件成本结构液压件成本结构我国液压行业重点联系企业生产价值量分布（我国液压行业重点联系企业生产价值量分布（20212021）我国液压下游应用占比（我国液压下游应用占比（20222022）工程机械,60.4%农业机械,5.4%重型矿山机械,4.2%冶金机械,5.0%汽车,3.5%机床,4.3%船舶,0.7%其他,16.5%工程机械农业机械重型矿山机械冶金机械汽车机床船舶其他-

92、100%-50%0%50%100%150%1Q122Q123Q124Q121Q132Q133Q134Q131Q142Q143Q144Q141Q152Q153Q154Q151Q162Q163Q164Q161Q172Q173Q174Q171Q182Q183Q184Q181Q192Q193Q194Q191Q202Q203Q204Q201Q212Q213Q214Q211Q222Q223Q224Q22工程机械yoy恒立液压yoy艾迪精密yoy 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。22 机械设备机械设备 国内国内恒立液压一枝独秀恒立液压一枝独秀，营收规模已逐步赶超海外。营收规模已逐

93、步赶超海外。国内液压件企业规模普遍较小，上市公司中，目前仅恒立液压营收规模超 50 亿，市占率超 10%。2022 年恒立液压液压件相关业务收入 82 亿元，已超过日本川崎重工、日本 KYB 液压件相关营收。国内液压企业产品国内液压企业产品品类、应用领域、销售品类、应用领域、销售市场仍待拓展，规模仍具提升空间。市场仍待拓展，规模仍具提升空间。对比国内、海外龙头，国内龙头产品品类与应用领域相对单一，液压件主要应用于工程机械领域；此外，国内企业全球化布局能力偏弱，市场主要集中于国内。国内液压企业产品品类仍待拓展、国际市场有待开拓，规模仍具提升空间。图表图表29：全球液压龙头及国内液压上市公司情况概

94、览全球液压龙头及国内液压上市公司情况概览 注：液压件营业收入统计口径：派克汉尼汾采用多元化工业分部驱动系统+航空分部液压件营收；丹佛斯采用动力解决方案业务营收；川崎重工采用精密机械与机器人分部中液压件及系统营收；KYB 采用液压件营收；恒立液压采用总营收；艾迪精密采用总营收；长龄液压采用张紧装置+中央回转接头营收；邵阳液压采用液压柱塞泵+液压缸+液压系统营收；福事特采用液压管路系统营收；万通液压采用自卸车专用油缸+机械装备用缸营收；威博液压采用总营收；利通科技采用各类软管营收合计；唯万密封采用液压密封件、液压密封包营收；海宏液压采用液压阀营收；综合毛利率均采用最新财报数据。资料来源：各公司官网

95、，Wind，华泰研究 图表图表30：全球液压行业全球液压行业 CR3 约约 34%（2021）图表图表31：内资上市液压公司仅恒立液压市占率超内资上市液压公司仅恒立液压市占率超 10%（2021）注：同上，采用各公司液压件相关收入，其中，博世力士乐液压元件相关收入未披露，采用总营收口径；伊顿采用 FY2021 财报披露的液压件营收数据；资料来源：各公司官网，国际流体动力统计委员会，华泰研究 注：因各公司规模较小，直接采用总营收口径 资料来源：Wind，国际流体动力统计委员会，华泰研究 总营业收入总营业收入液压件营业收入液压件营业收入(2022)（亿元）(2022)（亿元）(2022)（亿元）(

96、2022)（亿元）液压泵液压泵液压阀液压阀液压马达液压马达液压缸液压缸液压辅件液压辅件德国博世力士乐-1795522.4未披露未披露美国派克汉尼汾PH.N19171104.7264.3628.2%丹麦丹佛斯(2021收购伊顿液压业务)-1911(伊顿)761.3377.6032.2%日本川崎重工7012.T1878903.580.1119.3%日本KYB7242.T1919225.872.2019.8%恒立液压601100.SH200582.082.040.6%艾迪精密603638.SH200320.220.228.9%长龄液压605389.SH20069.06.524.5%邵阳液压30107

97、9.SZ20043.02.829.4%福事特301446.SZ20054.63.5液压管路系统液压管路系统38.1%万通液压830839.BJ20045.04.521.8%威博液压871245.BJ20033.03.020.2%利通科技832225.BJ20033.73.6液压橡胶软管液压橡胶软管38.0%唯万密封301161.SZ20083.42.5液压密封件液压密封件38.5%海宏液压A23128.SZ19975.55.040.4%成立时间成立时间综合综合毛利率毛利率国别国别公司公司代码代码产品布局产品布局中国博世力士乐20%派克汉尼汾10%伊顿4%川崎重工4%KYB4%恒立液压4%艾迪精

98、密1%其他53%恒立液压12%艾迪精密4%长龄液压1%福事特1%唯万密封1%邵阳液压1%万通液压0%利通科技0%威博液压0%其他80%免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。23 机械设备机械设备 图表图表32：恒立液压国际收入占比约恒立液压国际收入占比约 20%（2022）图表图表33：博世力士乐海外收入占比约博世力士乐海外收入占比约 80%（2022）资料来源：Wind，华泰研究 资料来源：博世力士乐官网，华泰研究 液压系统拆分：五大部分各司其职、相辅相成液压系统拆分：五大部分各司其职、相辅相成 如前所述，液压系统主要由动力元件、执行元件、控制元件、液压辅件、工作介质五

99、大部分组成，根据中国液压气动密封件工业协会 2021 年数据，协会重点联系企业动力元件、执行元件、控制元件、液压辅件生产价值量占比分别为 16%、47%、12%、12%。动力元件：机械能转化为液压能动力元件：机械能转化为液压能 动力元件动力元件主要为液压泵主要为液压泵，以油液为介质传递动能。，以油液为介质传递动能。液压泵主要作用在于将原动机的机械能转变为液压能，以给液压系统提供具有一定压力和流量的压力油。液压泵均为容积式，主要依靠密封工作腔容积的变化实现吸油和压油。液压泵可按挤子结构、排量是否可调以及可输出油液方向进行分类，其中，按挤子结构，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵，为最常见分类形式

100、。液压泵主要性能参数包括压力（工作压力、额定压力、最高允许压力）、流量（流量=排量转速）、效率（容积效率、机械效率、总效率）。图表图表34：单柱塞液压泵工作原理单柱塞液压泵工作原理 资料来源：王晓晶新型液压元件及选用（2020），华泰研究 国内79%国外21%德国20%欧洲(除德国)34%亚非澳26%南北美20%原动机带动具有偏心e的传动轴（转子）传动轴（转子）1 1旋转时，柱塞柱塞（挤子）（挤子）2 2受传动轴传动轴1 1和弹簧弹簧4 4的联合作用在缸体缸体3 3（定子）（定子）中往复移动。传动轴传动轴1 1在0-范围内转动，柱塞柱塞2 2右移，缸体缸体3 3中的密封工作腔工作腔5 5容积变

101、大，产生局部真空，油箱油箱8 8中的油液在大气压作用下顶开吸油阀吸油阀7 7进入工作腔工作腔5 5，吸油过程完成。传动轴传动轴1 1在-2范围内转动，柱塞柱塞2 2左移，工作腔工作腔5 5容积减小，墙内油液受压缩而压力增大，通过压油阀压油阀6 6输出进入液压系统，压油过程完成。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。24 机械设备机械设备 图表图表35：液压泵主要分类形式液压泵主要分类形式 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 各类液压泵结构原理、运转方式、性能特点各异，应用场景差异较大。各类液压泵结构原理、运转方式、性能特点各异，应用场景差

102、异较大。液压泵需与液压机的工况、功率大小、系统对工作性能的要求相适配。一般而言，负载小、功率小的机械设备，选择齿轮泵、双作用叶片泵；负载大、功率大的机械设备（如龙门机床）选择柱塞泵；精度要求较高的机械设备（如磨床）选择双作用叶片泵；辅助型液压系统（如送料设备）选择齿轮泵。工程机械领域主要应用柱塞泵，齿轮泵、叶片泵亦有一定应用工程机械领域主要应用柱塞泵，齿轮泵、叶片泵亦有一定应用，但场景存在差异，如中大型挖掘机主要应用容积效率更高的轴向柱塞泵作为主泵（给液压马达、液压缸供油，），用容积效率较低的齿轮泵作为先导泵（给分配阀供油）1，推土机、装载机及各种行走式起重机等工作环境较恶劣的工程机械亦有应用

103、经济性好、耐用性强的齿轮泵。1 铁甲工程机械网 按挤子结构按排量是否可调按可输出油液方向齿轮泵叶片泵柱塞泵定量泵变量泵单向泵双向泵外啮合内啮合单作用双作用轴向径向按啮合形式按作用次数按柱塞与缸体轴线位置直轴式（斜盘式）斜轴式按传动轴与缸体是否同轴液压泵 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。25 机械设备机械设备 图表图表36：液压泵按挤子结构分类情况及工作原理概述液压泵按挤子结构分类情况及工作原理概述 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 简述简述示例示例工作原理工作原理优点优点缺点缺点原动机通过传动轴3与键4带动主动齿轮2旋转，右侧吸油

104、腔内的齿轮逐渐脱开啮合，密封工作腔容积增大形成真空，油液进入泵内，并随泵轴及齿轮的转动进入左侧压油腔；压油区由于齿轮逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液被挤压经压油口输出到系统中结构简单、制造方便、价格低、体积小、重量轻、工作可靠、维护方便、自吸能力强，对油液污染不敏感容积效率低、轴承及齿轮轴上承受的径向载荷大，不适合高压使用，此外，存在流量脉动大、噪声较大等问题与外啮合齿轮泵相似，随齿轮旋转，各密封腔容积发生变化，完成吸油、压油动作结构紧凑、尺寸小、重量轻、使用寿命长、压力脉动和噪声都较小，高转速下可获得较大的容积效率齿形复杂、加工精度要求高、造价贵原动机经传动轴6带动转子2按照顺时针

105、方向旋转，由于离心力与叶片槽底部所通压力油的作用，叶片3顶部紧贴定子内表面，起到密封作用。当叶片3从定子1内表面的小圆弧区向大圆弧区移动时，密封工作腔的容积逐渐增大，通过配油盘4上左上角和右下角的吸油窗口吸油；当从大圆弧区向小圆弧区移动时，密封工作腔的容积逐渐减小，通过配油盘4左下角和右上角的压油窗口吸油。转子2每转动一周，每一个叶片在槽内往复滑动2次两个吸排油腔对称布置，转子上所受也压力相互平衡，轴和轴承寿命较长；定子结构复杂；只能做定量泵原动机经传动轴1带动转子2转动，处于压油区的叶片4在离心力及通入叶片根部压力油的作用下，叶片4顶部紧贴在定子3内表面，从而使两相邻叶片4、配油盘6、定子3

106、、转子2间形成与叶片数量相同的若干个密封工作腔。转子2逆时针方向转动，右侧叶片从槽内向外伸出，工作腔容积逐渐增大，通过右侧的吸油口和配油盘6上的腰型窗口吸油；左侧的叶片向槽里缩进，工作腔容积逐渐减小，通过左侧配油盘的窗口和压油口排油。转子每转一次，完成吸油、压油动作各一次运转平稳、压力脉动小、噪声小、结构紧凑、尺寸小、流量大收到来自压油腔的单向液压力作用，轴和轴承寿命较短，不适合高压；对油液要求高，如油液中有杂质则叶片容易卡死；斜盘式（直轴式）当缸体旋转，在0180范围内，柱塞3由上止点(对应0位置)开始伸出，柱塞腔容积不断增大，直至下止点(对应180位置)为止，在此过程中，柱塞腔刚好与配油盘

107、5的吸油窗口相通，油液被不断地吸入到柱塞腔内，吸油过程完成。随着缸体的继续旋转，在180360范围内，柱塞3在斜盘的约束下由下止点开始缩回腔内，柱塞腔容积不断减小，直至上止点为止，在此过程中，柱塞腔刚好与配油盘5的压油窗口相通，油液通过压油窗口排出，压油过程完成斜轴式当原动机带动泵的传动主轴1旋转时，由连杆2-柱塞3副交替“拨动”缸体4，在具有腰形窗口的配油盘6上绕缸体中心做滑动旋转，柱塞3同时在缸体孔中做往复运动，使缸体孔中的密封腔容积不断发生变化。当柱塞3由下止点向上止点运动时便获得一个吸油行程，通过吸油口及配油盘6的腰形吸油窗口将油液吸入缸体；当柱塞3由上止点向下止点运动时，获得压油行程

108、，将充满缸体孔里的油液经配油盘6和出油口排出沿转子2的半径方向均匀分布有若干个柱塞缸，柱塞1可在其中灵活滑动。衬套与转子内孔是紧配合，随转子一起转动。配流轴5固定不动。当转子2转动时，由于定子4内圆中心和转子2中心之间有偏心距e，于是柱塞1在定子4内表面的作用下，在转子2的柱塞缸中作往复运动，实现密封容积变化，完成吸油压油过程体积大，重量大，耐冲击性好径向尺寸大，转动惯量大，结构较复杂，自吸能力差；配流轴受到较大径向载荷，易变形，磨损快，且配流轴上的封油区尺寸小，易漏油，限制了泵的工作压力和转速的提高；应用范围较小径向柱塞泵结构紧凑、径向尺寸小、惯性小、容积效率高，目前最高压力可达40MPa轴

109、向尺寸较大，轴向作用力较大，结构复杂分类分类外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵双作用叶片泵单作用叶片泵轴向柱塞泵齿齿轮轮泵泵叶叶片片泵泵柱柱塞塞泵泵齿轮泵是以成对齿轮啮合运动完成吸油和压油动作的一种壳体承压型定量液压泵，为液压泵中结构最简单、价格最低、产量及用量最大的泵，有外啮合与内啮合两类，外啮合应用较多叶片泵是靠叶子、定子、转子间构成的密闭工作腔容积变化实现吸油、压油的一类壳体承压型液压泵，其构造复杂程度和制造成本介于齿轮泵和柱塞泵之间。按每转吸油、压油次数，分为双作用式泵和单作用式泵柱塞泵是靠柱塞在专门的缸体中往复运动进行吸油和压油的一类液压泵。其壳体只起到连接和支撑各工作部件的作用，属于壳体非承

110、压型泵压油腔内齿轮外齿轮吸油腔吸油腔压油腔内齿轮隔板外齿轮摆线内啮合齿轮泵摆线内啮合齿轮泵渐开线渐开线内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。26 机械设备机械设备 图表图表37：各类液压泵性能参数比较及应用范围情况各类液压泵性能参数比较及应用范围情况 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），宁辰校液压与气动技术（2017），华泰研究 执行元件：液压能转化为机械能执行元件：液压能转化为机械能 液压执行元件将液压能转换为机械能，主要包括液压马达和液压缸。液压执行元件将液压能转换为机械能，主要包括液压马达和液压缸。液压执行元件是将液

111、体的压力能转换为机械能的能量转换装置，主要依靠压力油液驱动与其外伸杆或轴相连的工作机构运动而做功，液压执行元件主要包括液压马达和液压缸。液压马达：将液压能转换为回转运动机械能，液压泵的镜像应用液压马达：将液压能转换为回转运动机械能，液压泵的镜像应用 液压马达液压马达将液压能转换为回转运动机械能，将液压能转换为回转运动机械能，依靠密封工作腔容积变化工作，与液压泵结构依靠密封工作腔容积变化工作，与液压泵结构基本相同。基本相同。液压马达是将液压能转换为回转运动机械能的执行元件，工作原理上，液压马达与液压泵类似，均依靠密封工作腔容积变化而工作，但由于能量转换方向不同，二者结构上互逆，液压马达为液压泵的

112、镜像应用。与液压泵相似，液压马达按其结构类型也可分为齿轮式、叶片式、柱塞式，此外，按照额定转速可分为高速、低速两类；按照所能传递的转矩大小可划分为小转矩、中转矩、大转矩三类；按照每转中工作副的作用次数，可分为单作用式和多作用式两类。图表图表38：轴向柱塞式液压马达工作原理轴向柱塞式液压马达工作原理 资料来源：宁辰校液压与气动技术（2017），华泰研究 摆线式渐开线式直轴端面配油 斜轴端面配油阀配油压力范围压力范围Mpa251.616306.3-326.31040701020排量范围（排量范围（ml/r)0.36502.51500.83000.548013200.25600.2360042020

113、720转速范围（转速范围（r/min)3007000020005004000500200060022006001800最大功率最大功率kw0307302660750250容积效率容积效率%7095809096809485928893889390958090总效率总效率%63876580906582648888183功率质量比功率质量比中中大中小中最高自吸能力最高自吸能力kPa50404033.533.516.516.516.516.5流量脉动流量脉动%151495总效率%总效率%778

114、5767575909090启动转矩效率%启动转矩效率%758076808085909090噪声噪声较大较小中较小大较大较小抗污染敏感度抗污染敏感度较好较好差差中中较好价格价格最低低较低低较高高较高应用范围应用范围塑料机械、行走机械、挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机性能参数性能参数钻床、通风设备磨床回转工作台、机床操纵机构起重机、铰车、铲车、内燃叉车、数控机床、行走机械齿轮式齿轮式叶片式叶片式柱塞式柱塞式外啮合内啮合单作用双作用轴向径向 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。28 机械设备机械设备 图表图表41：双作用液压缸主要原理双作用液压缸主要原理 资料来源：刘银水等液压

115、元件与系统（2019），华泰研究 图表图表42：液压缸分类液压缸分类 资料来源：刘银水等液压元件与系统（2019），华泰研究 液压缸一般由缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置液压缸一般由缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置、排气装置、排气装置五大部分组成五大部分组成：1)缸体组件：缸体组件：缸体组件主要包括缸筒与缸盖（包括前端盖、后端盖）。缸筒、缸盖需承受油液压力，故耐压性、耐磨性、表面精度、密封性要求较高，一般用钢和优质铸铁制成：当工作压力0.2m/s）、高精度液压设备中的液压缸必须设置缓冲装置。缸筒缸筒4 4固定时，油液从A口输入，至压力升高到足以克服外界负载，活塞活塞2 2右移，回油

116、从B口流出；反之，油液从B口流入，活塞左移返回活塞杆拉杆导向套前缸盖后缸盖活塞缓冲套缸筒缓冲调节器简述活塞式液压缸液压力推动活塞正向运动，反向运动依靠外力或弹簧力复位柱塞式液压缸液压力推动活塞正向运动，反向运动依靠外力，其行程比较长伸缩式单作用液压缸有多个依次运动的柱塞，动作顺序按作用面积的大小进行，由外力使柱塞返回，各级速度不同多级同步液压缸有多个同步运动的柱塞，除了行程长以外，液压缸的总速度是各级柱塞速度之和单活塞杆液压缸液压力使活塞实现双向运动，带或不带缓冲功能，缓冲装置有可调式和固定式双出杆液压缸液压力使活塞实现双向运动，带或不带缓冲功能，缓冲装置有可调式和固定式伸缩式柱塞液压缸有多个

117、依次运动的柱寒，行程比较长，特殊设计时也可同步伸缩增压器增压液压缸由两个不同的压力室组成，提高小活塞腔中压力值叶片式液压力驱动叶片带动输出轴往复摆动活塞式液压力驱动叶片带动输出轴往复摆动类别和名称单作用式双作用式摆动液压缸 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。29 机械设备机械设备 5)排气装置：排气装置：用于排除液压缸工作时积留的空气，防止其影响液压缸及其带动的工作部件运动的平稳性。一般液压缸通常不设置专门排气装置，主要通过缸的空载往复运动将空气随回油带入油箱进行分离，直至运动平稳。液压缸已形成标准化、系列化。液压缸已形成标准化、系列化。我国各种系列液压缸的标准化工作

118、稳步推进，目前重型机械、工程机械、农用机械、汽车、冶金设备、组合机床、船舶等均已形成标准或系列。控制元件：控制油液方向、压力与流量控制元件：控制油液方向、压力与流量 液压控制元件为控制油液方向、压力和流量的元件。液压控制元件为控制油液方向、压力和流量的元件。液压控制元件简称液压阀，液压阀主要通过控制调节液压系统中油液的流向、压力和流量，使得执行元件及其驱动的工作装置达到预定运动方向、推力（转矩）及速度（转速）等，以满足不同动作要求。液压阀为液压技术产品中品种规格最多、应用最广泛、最灵活的元件。液压阀可按功用、控制信号形式、阀芯结构形式、连接和安装方式分类，最常见为按功用划分为压力控制阀、流量控

119、制阀、方向控制阀。图表图表43：液压阀分类液压阀分类 资料来源：刘银水等液压元件与系统（2019），华泰研究 图表图表44：各类液压阀性能比较及适用场景各类液压阀性能比较及适用场景 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 分类形式分类形式类型类型简述简述压力控制阀用来控制和调节液压系统中液流的压力或利用压力进行控制，主要包括溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀、压力继电器流量控制阀用来控制和调节液压系统中液流流量，主要包括节流阀、调速阀、温度补偿调速阀、溢流节流阀、分流集流阀方向控制阀用来控制和改变液压系统中液流方向，主要包括单向阀、换向阀、多路换向阀开关或定值控制阀最

120、常见的一类液压阀，又称为普通液压阀。此类阀采用手动、机动、电磁铁和控制压力油等控制方式定值控制液流的压力和流量、启闭液流通路或控制液流方向伺服控制阀根据输入信号(电气、机械、气动等)及反馈量成比例地连续控制液压系统中液流的流量和流动方向或压力的阀类，又称为随动阀。伺服控制阀具有很高的动态响应和静态性能，但价格昂贵、抗污染能力差，主要用于控制精度和频响要求很高的场合比例控制阀比例控制阀又可分为普通比例阀和高性能比例阀。普通比例阀可以根据输入信号的大小连续、成比例、远距离地控制液压系统中液流的压力、流量和流动方向。它要求保持调定值的稳定性，一般具有对应于10%30%最大控制信号的零位死区，多数用于

121、开环控制系统。高性能比例阀是一种以比例电磁铁为电-机转换器的高性能比例方向节流阀，与伺服阀一样，没有零位死区，其频响介于普通比例阀和伺服阀之间可用于闭环控制系统数字控制阀数字控制阀的输入信号是脉冲信号，它根据输入的脉冲数或脉冲频率来控制液压系统的流量或压力。数字控制阀具有抗污染能力强、重复性好、工作稳定可靠等优点。但由于数字控制阀按照载频原理工作故控制信号频宽较模拟器件低。数字控制阀的额定流量较小，只能用于小流量控制阀或作为先导级控制阀滑阀滑阀类的阀芯为圆柱形，通过阀芯在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制提升阀提升阀类有锥阀、球阀、平板阀等，利用阀芯相对

122、阀座孔的移动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀是利用喷嘴和挡板之间的相对位移来改变液流通路开口的大小，以实现控制的阀类。该类阀主要用于伺服阀和比例阀的先导级管式阀管式阀阀体上的进出油口通过管接头或法兰与管路直接连接。其连接方式简单，质量轻，在移动式设备或流量较小的液压元件中应用较广。其缺点是阀只能沿管路分散布置，装拆维修不方便板式阀板式阀由安装螺钉固定在过渡板上，阀的进出油口通过过渡板与管路连接。过渡板上可以安装一个或多个阀。当过渡板安装有多个阀时，又称为集成块，安装在集成块上的阀与阀之间的油路通过块内的流道沟通，可减少连接管路。板式阀由于集中布置

123、且装拆时不会影响系统管路，因而操纵、维修方便，应用十分广泛插装阀插装阀主要有二通插装阀、三通插装阀和螺纹插装阀叠加阀叠加阀以板式阀为基础，结构更为紧凑。阀的上下两面为安装面，并开有进出油口。同一规格、不同功能的阀的油口和安装连接孔的位置、尺寸相同。使用时根据液压回路的需要将所需的阀叠加并用长螺栓固定在底板上，系统管路与底板上的油口相连按功用按功用按控制信号形式按控制信号形式按阀芯结构按阀芯结构按连接和安装方式按连接和安装方式叠加阀叠加阀插装阀插装阀电液伺服阀电液伺服阀电液比例阀电液比例阀压力范围Mpa压力范围Mpa2.5702031.531.5422.531.532公称通径mm公称通径mm68

124、063216160663额定流量L/min额定流量L/min06001800控制方式控制方式连接方式连接方式管式、板式叠加式插装式抗污染能力抗污染能力差较强价格价格低普通阀的10倍 普通阀的36倍应用场景应用场景一般液压传动系统中等流量液压传动系统高压大流量液压传动系统比普通阀略高自动化程度和综合性能要求较高的液压控制系统性能性能特殊液压阀特殊液压阀普通液压阀普通液压阀(压力阀、流量阀、方向阀)(压力阀、流量阀、方向阀)开关控制连续控制一般为板式强 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。30 机械设备机械设备 压力控制阀：控制液压系统中液体压力压力控

125、制阀：控制液压系统中液体压力 压力控制阀主要用于控制液压系统中的液体压力压力控制阀主要用于控制液压系统中的液体压力。压力控制阀的功用是控制液压系统中的油液压力，以满足执行元件对输出力、输出转矩及运动状态的不同要求。按功能与用途可以分为溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀等。压力阀基本原理为：根据阀芯受力平衡原理，利用受控液体的压力对阀芯的作用力（即液压力）与弹簧力的平衡条件，来调节阀的开口量以改变液阻的大小。1)溢流阀：溢流阀：调节、稳定或限定液压系统的工作压力，当液体压力超过溢流阀的调定压力值时，溢流阀阀口会自动打开，使油液溢回油箱（溢流）；溢流阀可以用来构成调压、安全保护及背压等液压回路。2)减

126、压阀：减压阀：利用液流流过缝隙产生的压力损失，将较高的进口压力降低为所需的压力进行输出并保持输出压力恒定；减压阀主要用于减压回路中，使单泵供油液压系统中的某一部分油路具有比主回路低的稳定压力。3)顺序阀：顺序阀：利用油液压力作为控制信号控制油路通断，从而控制多个执行元件的先后顺序动作；顺序阀与溢流阀动作原理相似，其主要区别在于：顺序阀的出油口一般与负载油路相通，而溢流阀的出油口要接回油箱；溢流阀的弹簧腔可以与出油口沟通，而出油口与负载油路相通的顺序阀的泄油口应单独接回油箱以免使弹簧腔有油压；溢流阀的进油口最高压力由调压弹簧来限定，并且由于液流溢回油箱，所以损失了液体的全部能量；而顺序阀的进油口

127、压力由液压系统工况来定，进油口压力升高时阀口将不断增大，直至全开，出油口压力油对负载做功。顺序阀可用来构成双缸顺序动作回路及平衡回路等。4)平衡阀：平衡阀：用来防止液压缸活塞因负载自重而高速下落，即限制液压活塞的运动速度。工程机械领域主要应用液控限速平衡阀。5)压力继电器：压力继电器：利用液体压力与弹簧力的平衡关系来启、闭内置的电气微动开关触点。图表图表45：压力控制阀分类及工作原理概述压力控制阀分类及工作原理概述 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 直动式直动式先导式先导式直动式直动式先导式先导式直动式直动式先导式先导式作用作用用来防止液压缸活塞因负载自重而

128、高速下落，即限制液压活塞的运动速度是利用液体压力与弹簧力的平衡关系来启、闭内置的电气微动开关触点的液电转换元件示例示例工作工作原理原理压力油从油口P进入阀体孔内的同时，经阻尼孔g进入阀芯底部，当作用于阀芯底端向上的液压力较小时，阀芯在弹簧力作用下处于下端位置，油口P与T不通。当油压升高使阀芯底端向上的液压力大于弹簧预调力时，阀芯上升，直至阀口开启，油口P与T相通，压力油液经出油口T溢流回油箱，使油口P的压力稳定在溢流阀的调定值。通过螺钉调节弹簧的预调力即可调整溢流压力压力油从进油口P进入，通过阻尼孔a后作用在导阀芯8上。当进油口的压力较低，导阀上的液压作用力不足以克服调压弹簧9的预调力时，导阀

129、关闭，没有油液流过阻尼孔a，故主阀芯上、下两端的压力相等，在较软的复位弹簧3的作用下，主阀芯1处在最下端位置，溢流阀进油口P和回油口T隔断，没有溢流。当进油口压力升高到导阀上的液压作用力大于调压弹簧9的预调力时，导阀打开，压力油即通过阻尼孔a、导阀和油道d流回油箱。由于阻尼孔a（直径为0.81.2mm）的节流作用，使主阀芯上端的压力小于下端的进口压力，当主阀上、下端压力差作用在主阀芯上的力超过主阀弹簧力、轴向稳态液动力、摩擦力和主阀芯自重G的合力时，主阀芯1抬起（打开），油液从进油口P流入，经主阀口由出油口T流回油箱，实现溢流，且溢流阀进口压力维持在某调定值上来自高压油路的压力油从P1口，经滑

130、阀阀芯3的下端圆柱台肩与阀孔间形成的常开阀口（开度x），从P2口流向低压支路，同时通过流道a流入阀芯3的底部，产生一向上的液压作用力，该力与调压弹簧4的预调力相比较。当输出压力低于阀的设定压力时，阀芯3处于最下端，阀口全开（x最大）；当输出压力达到阀的设定压力时，阀芯3上移，开度x减小实现减压，并维持二次压力恒定，不随一次压力变化而变化。不同的输出压力可通过调节螺钉7改变弹簧4的预调力来设定；直动式减压阀结构简单，只用于低压系统或用于产生低压控制油液，其性能不如先导式减压阀输出压力油进入主阀芯底部，并经阻尼孔9进入主阀弹簧腔和导阀芯3前腔，导阀上的液压力与调压弹簧2的设定力相平衡并使导阀开启，

131、主阀芯上移，通过减压口实现减压和稳压。调节调压手轮1即可改变调压弹簧2的设定力从而改变减压阀的输出压力设定值进口压力油经内部流道a进入柱塞6下端面，产生向上的液压作用力，当该力小于弹簧2的预调力时，阀芯5在弹簧作用下处于下方，进、出油口不相通（亦即阀常闭）。当进口压力升高使柱塞6下端面上的液压力超过弹簧预调力时，阀芯5便上移，使进油口与出油口接通，油液便经顺序阀口从出油口流出，从而驱动另一执行元件或其他元件动作。直动式顺序阀结构简单、动作灵敏，主要用于低压（低于8MPa）场合，高压场合应采用先导式顺序阀与先导式溢流阀相似由直动式顺序阀和单向阀两部分构成；压力油从进口P1流入，从出口P2流出时，

132、单向阀关闭，顺序阀工作。反之，当压力油从P2流入，从P1流出时，单向阀开启，顺序阀关闭当从控制油口P进入柱塞1下端的油液压力达到弹簧5预调力设定的开启压力时，作用在柱塞上的液压力克服弹簧力，顶杆2上移，使微动开关4的触点闭合，发出相应电信号平衡阀平衡阀压力继电器压力继电器溢流阀的作用是调节、稳定或限定液压系统的工作压力，当液体压力超过溢流阀的调定压力值时，溢流阀阀口会自动打开，使油液溢回油箱（溢流）溢流阀溢流阀减压阀减压阀利用液流流过缝隙产生的压力损失，将较高的进口压力降低为所需的压力进行输出并保持输出压力恒定利用油液压力作为控制信号控制油路通断，从而控制多个执行元件的先后顺序动作顺序阀顺序阀

133、调压螺母调压弹簧阀盖阀芯阀体主阀芯主阀体复位弹簧弹簧座及调节杆螺堵阀盖锥阀座锥阀芯调压弹簧主阀套下盖阀体阀芯调压弹簧上盖弹簧座调节螺钉调轮手压调压弹簧导阀芯先导阀座阀盖阀体主阀芯端盖阻尼孔复位弹簧调节螺钉调压弹簧阀盖阀体阀芯控制柱塞底盖阀体阻尼孔底盖单向阀阀座单向阀弹簧单向阀阀芯底盖柱塞顶杆调节螺钉微动开关弹簧 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。31 机械设备机械设备 流量控制阀：控制液压系统中液体流量流量控制阀：控制液压系统中液体流量 流量控制阀主要通过改变阀芯与阀口之间的节流通流面积的大小来控制阀的通过流量，流量控制阀主要通过改变阀芯与阀口之间的节流通流面积的大小

134、来控制阀的通过流量，从而调节和控制执行元件的运动速度。流量控制阀有节流阀、调速阀和分流集流阀等，节流阀是结构最简单、应用最广的流量阀。1)节流阀：节流阀：最简单基本的流量控制阀，借助于控制机构使阀芯相对于阀体孔运动，以改变阀口的过流面积从而调节输出流量；节流阀主要用于节流调速回路。2)调速阀：调速阀：由节流阀与定差减压阀串联组成的流量控制阀，主要目的在于克服节流阀因前后压差变化影响流量稳定的缺陷，一般减压阀串接在节流阀之前；调速阀流量稳定性好，但压力损失较大，常用于负载变化较大而对速度稳定性又要求较高的定量泵供油节流调速液压回路中。3)分流集流阀：分流集流阀：用来保证液压系统中两个或两个以上的

135、执行元件，在承受不同负载时仍能获得相同或成一定比例的流量，从而使执行元件间以相同的位移或相同的速度运动（即同步运动），故又称同步阀。图表图表46：流量控制阀分类及工作原理概述流量控制阀分类及工作原理概述 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 方向控制阀：控制液压系统中液体方向方向控制阀：控制液压系统中液体方向 方向控制阀用于控制液流方向，以满足执行元件启动、停止及运动方向的变换。方向控制阀用于控制液流方向，以满足执行元件启动、停止及运动方向的变换。它主要有单向阀和换向阀两类。方向控制阀的应用回路有锁紧回路、换向回路与卸荷回路等多种。方向控制阀主要包括单向阀与换向

136、阀两类。1)单向阀：单向阀：单向阀包括普通单向阀、液控单向阀两类，前者只允许液流沿一个方向通过，反向液流被截止；后者除普通单向阀功能外，还可按需要由外部油压控制，实现反向接通功能；单向阀主要应用于锁紧回路，该回路广泛应用于机床夹紧机构以及汽车起重机等起吊重物机械的支腿锁紧中。普通节流阀普通节流阀滑阀压差式单向节流阀滑阀压差式单向节流阀作用作用调速阀是一种由节流阀与定差减压阀串联组成的流量控制阀，主要目的在于克服节流阀因前后压差变化影响流量稳定的缺陷，一般减压阀串接在节流阀之前分流集流阀用来保证液压系统中两个或两个以上的执行元件，在承受不同负载时仍能获得相同或成一定比例的流量，从而使执行元件间以

137、相同的位移或相同的速度运动（同步运动），故又称同步阀示例示例工作工作原理原理油液从进油口P1流入，经孔道a和节流通道6进入孔道b，再从出油口P2流出（通向执行元件或油箱）。调节手把4通过推杆3使阀芯2轴向移动，即可改变节流口的通流面积，实现流量的调节当油液从进油口流入，经过节流口从出油口流出时，压力油经阀体5上的斜孔和阀芯4上的径向孔分别进入活塞上腔和下腔，使作用在阀芯4及活塞上的轴向液压力基本平衡，以减小手轮的调节力矩。因此，该阀在带载下也能调节节流口的大小，进而调节流经阀的流量。当油液从出油口反向流入时，油压力克服弹簧6的弹簧力，使阀芯4下移，节流口全开，油液从进油口流出而不起节流作用，此

138、时相当于单向阀液压泵的供油压力亦即调速阀的进口压力p1由溢流阀4调定后基本不变，p1经减压阀阀口降至pm，并分别经流道f和e进入c腔和d腔作用在减压阀阀芯下端；节流阀阀口又将pm降至p2，在进入液压缸3的无杆腔驱动负载F的同时，通过流道a进入弹簧腔b作用在减压阀阀芯1上端，从而使作用在减压阀阀芯上、下两端的液压力与阀芯上的弹簧力Fs相比较右侧为分流工况：换向活塞5和6均处于离开中心的位置，高压油由P口进入阀内后，分两路流向两侧定节流孔a1和a2，然后分别流经可变节流孔bA1和bA2再流入两个执行元件；如果当两个执行元件负载压力相等，即pA=pB时，液流所遇的阻力相同，则qA=qB。当负载压力p

139、ApB时时，产生p1p2，使阀芯4左右两侧所受压力不等，阀芯向右运动，使可变节流孔bA1逐渐增大，可变节流孔bB1逐渐减小，则p1下降，p2升高。当p2升高到与p1相等时，阀芯就停止移动，在新的平衡位置稳定下来。由于在新的位置上固定节流孔后的压力p1=p2，所以流量qA=qB；左侧为集流工况：两侧的换向活塞5和6均靠向中心，液流分别由A口和B口流入，先经一对集流可变节流孔口bA2和bB2，先流经中间油腔K和G，再流过固定节流孔a1和a2，集中由T口流回油箱。当负载压力pApB时，产生p1p2，使阀芯4左右两侧所受压力不等，阀芯向右运动，使集流可变节流孔bB1逐渐关小，bB2逐渐开大，压力p1=

140、p2，使阀芯在新的平衡位置稳定下来。两固定节流孔后两端的压力差相等，所以流量qA=qB是一种最简单又最基本的流量控制阀，借助于控制机构使阀芯相对于阀体孔运动，以改变阀口的过流面积从而调节输出流量调速阀调速阀节流阀节流阀分流集流阀分流集流阀弹簧阀芯推杆调节手把阀体节流通道调节手轮调节螺钉螺盖阀芯阀体复位弹簧端盖减压阀节流阀液压缸液压泵溢流阀端盖18弹簧27阀体3阀芯4换向活塞56 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。32 机械设备机械设备 2)换向阀：换向阀：通过改变阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体上的油口连通或断开，从而改变液流的方向，控制液压执行元件的启动、停止或换

141、向；换向阀包括滑阀式、转阀式和球阀式三大类，其中滑阀式应用最为广泛；换向阀可组成执行元件换向回路，并可构成卸荷回路以及执行元件串联、并联控制回路和顺序动作回路等。图表图表47：方向控制阀分类及工作原理概述方向控制阀分类及工作原理概述 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 液压辅件液压辅件&工作介质：辅助执行，不可或缺工作介质：辅助执行，不可或缺 液压辅件：动力、执行、控制元件外的各类组成元件液压辅件：动力、执行、控制元件外的各类组成元件 辅件为液压系统必要构成。辅件为液压系统必要构成。液压系统辅助元件主要包括油箱、滤油器、管件、密封件、压力表、热交换器、蓄能器等

142、，液压辅件将影响液压系统的性能、效率、温升、噪声、寿命。1)油箱：油箱：油箱主要用于储存工作介质、散发油液热量、分离空气、沉淀杂质、分离水分及安装元件等，油箱通常可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三大类：整体式油箱即利用主机内腔作为油箱，结构紧凑、漏油易于回收，但结构复杂性高、散热条件一般，容易使主机产生热变形；两用油箱即液压油与设备的其他目的用油的公用油箱，该类油箱可节省空间，但由于油液必须同时满足液压系统对传动介质的要求和工件淬火、导轨润滑等其他工艺目的的要求，设计难度较大；独立油箱与主机分开，减少油箱发热和液压源振动对主机工作精度的影响，应用最为广泛，精密机械上一般采用该类油箱。2)过

143、滤器：过滤器：过滤器主要用于过滤混在液压油中的杂质，降低进入系统中的油液的污染度，维持系统正常工作。按过滤精度不同，过滤器可分为粗过滤器、普通过滤器、精过滤器和特精过滤器四种，分别能滤去公称尺寸100m、10100m、510m 和15m 的杂质颗粒。按照滤芯材料的过滤机制来分，可划分为表面型过滤器、深度型过滤器和吸附型过滤器三类：表面型过滤器的过滤作用由几何面实现，滤芯材料具有均匀的标定小孔，可滤除比小孔尺寸大的杂质；深度型过滤器的滤芯材料一般为多孔可透性材料，内部具有曲折通道，可吸附能够透过表面孔径的、较小的污染杂质；吸附型过滤器的滤芯材料可直接将杂质吸附在表面。普通单向阀普通单向阀液控单向

144、阀液控单向阀双液控单向阀(双向液压锁)双液控单向阀(双向液压锁)作用作用只允许液流沿一个方向通过，反向液流被截止除普通单向阀功能外，还可按需要由外部油压控制，实现反向接通功能是当一个油腔正向进油时，另一个油腔为反向出油通过改变阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体上的油口连通或断开，从而改变液流的方向，控制液压执行元件的启动、停止或换向；换向阀包括滑阀式、转阀式和球阀式三大类，其中滑阀式应用最为广泛示例示例工作工作原理原理当液流从P1口流入时，阀芯上的液压推力克服作用在阀芯上的出口液压力、弹簧作用力及阀芯与阀体之间的摩擦阻力，顶开阀芯，并通过阀芯上的径向孔a和轴向孔b从P2口流出，构成通路，实现正

145、向流动。当压力油液从P2口流入时，在液体压力与弹簧力共同作用下，使阀芯紧紧压在阀座上，油口P1和P2被阀芯隔开，油液不能流过，实现反向截止简式（内泄式）：当K未通控制压力油时，其原理与普通单向阀完全相同；当K中通入控制压力油时，使控制活塞顶开主阀芯（锥阀）2，实现油液从P2口到P1口的流动，为反向开启状态；但反向开启控制压力较高；复式（外泄式）：主阀芯（锥阀）2下端开有一个轴向小孔并由卸载阀芯封闭。当P2口的高压油液需反向流过P1口时（一般为液压缸保压结束后的工况），控制压力油通过控制活塞1将卸载阀芯向上顶起一较小的距离，使P2口的高压油瞬即从油道e及轴向小孔与卸载阀芯下端之间的环形缝隙流出，

146、P2口的油液压力随即降低，实现泄压，然后主阀芯被控制活塞顶开，使反向油流顺利通过。适用于高压大流量系统使用当液压系统一条油路的液流从A腔正向进入该阀时，液流压力自动顶开左阀芯2，使A腔与A1腔沟通，油液从A腔向A1腔正向流通，同时液流压力将中间的控制活塞3右推，从而顶开右阀芯4，使B腔与B1腔沟通，将原来封闭在B1腔通路上的油液经B腔排出。当A腔或B腔都没有液流时，A1腔与B1腔的反向油液被阀芯锥面与阀座的严密接触面封闭（液压锁作用）当阀芯由驱动装置操纵向左端移动一定距离时，油口P与A相通，B与T相通，便使液压源的压力油从阀的P口经A口输向液压缸左腔，液压缸右腔的油液从阀的B口经T口流回油箱，

147、液压缸的活塞向右运动；当阀芯向右端移动一定距离时，油口P与B相通，A与T相通，液流反向，活塞向左运动换向阀换向阀单向阀单向阀阀体阀芯弹簧控制活塞主阀芯卸载阀芯弹簧左弹簧左阀芯控制活塞右阀芯右弹簧阀体端盖阀体滑动阀芯主油口沉割槽台肩 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。33 机械设备机械设备 3)蓄能器：蓄能器：蓄能器主要用于储存油液多余的压力能，除了作为辅助动力源外，还可用于保持系统压力、作应急动力源及吸收液压泵脉动和冲击。按储能方式不同蓄能器主要分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三种：重力加载式蓄能器利用重锤的位能变化来储存、释放能量，常用于大型固定设备中；弹簧加

148、载式蓄能器利用弹簧构件的压缩和变形来储存、释放能量，常在低压系统中作缓冲装置用；气体加载式蓄能器应用较多，它利用压缩气体（通常为氮气）储存能量，主要有活塞式、皮囊式和隔膜式等结构，其中皮囊式应用最为广泛。图表图表48：皮囊式蓄能器工作原理概览皮囊式蓄能器工作原理概览 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 4)热交换器：热交换器：热交换器主要用于调节液压系统工作温度，若液压系统依靠自然冷却仍不能使油温控制在允许的最高温度以下，或是对温度有特殊要求，则应安装冷却器，强制冷却；反之，若环境温度太低，液压泵无法正常启动或有油温要求时，则应安装加热器，提高油温。冷却器主要

149、包括水冷式及风冷式两种，前者一般应用于有固定水源的场景，后者则一般用于行走机械。液压系统中使用较多的是强制对流式多管冷却器。加热器一般使用结构简单、能按需要自动调节最高和最低温度的电加热器。5)管件：管件：管件主要包括油管和管接头，主要用于连接各类液压元件、输送压力油。油管有硬管、软管两类，硬管流动阻力小，安全可靠性高且成本低，除非油管与执行机构的运动部分一起移动，一般使用硬管。管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的可拆式连接件，焊接式、卡套式和扩口式管接头应用较为普遍。图表图表49：油管分类及特点油管分类及特点 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 充气阀壳

150、体皮囊进油阀壳体通常为无缝耐高压的金属外壳皮囊用丁腈橡胶、丁基橡胶等耐油、耐腐蚀橡胶作原料与充气阀一起压制而成特点特点钢管钢管价格低廉、能承受高压、刚性好、耐油、耐腐蚀，但装配时不能任意弯曲，常在拆装方便处用作压力管道。高压用无缝钢管；低压用焊接管。紫铜管紫铜管装配时易弯曲成各种需要的形状，但承压能力较低，一般不超过6.510MPa，抗振能力较差，又易使油液氧化，常用于液压装置配接不便之处。黄铜管黄铜管可承受25MPa的压力，但不如紫铜管易弯曲成形。橡胶管橡胶管高压管由几层钢丝编织或钢丝缠绕为骨架制成，钢丝网层数越多，耐压越高，价格较高；低压管是以麻线或棉纱编织体为骨架制成。橡胶管安装连接方便

151、,适用于两个相对运动部件之间的管道连接,或弯曲形状复杂的地方。尼龙管尼龙管加热后可随意弯曲、变形，冷却后固定成形，承压能力因材料而异，为2.58MPa，目前大多只在低压管道中使用。塑料管塑料管质轻、耐油、价廉、装配方便，但承压能力低，长期使用会变质老化，只适用于压力小于0.5MPa的回油、泄油油路。软管软管硬管硬管种类种类 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。34 机械设备机械设备 6)压力表：压力表：压力表主要用于观察液压系统各工作点压力，液压泵出口、压力阀处、蓄能器进油口等均应设置测压点。压力表类型较多，最常用压力表为弹簧管式压力表。7)密封装置：密封装置：密封装置

152、主要用于解决液压系统泄露问题，按照工作原理可划分为非接触式密封和接触式密封两类，前者为间隙密封，即依靠相对运动件配合面之间的间隙进行密封，间隙密封摩擦力小，但磨损后不能自动补偿，主要用于直径较小的圆柱面之间，如液压泵内的柱塞与缸体之间，滑阀的阀芯与阀控之间。后者为密封圈密封，主要利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧静、动配合面之间来防止泄露，常用材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨酯等，密封圈密封结构简单、制造方便，磨损后有自动补偿能力。工作介质：液压系统的“血液”工作介质：液压系统的“血液”液压工作介质是液压系统的“血液”液压工作介质是液压系统的“血液”，其主要功用是传递能量和工作信号，对元件进

153、行润滑、防锈，冲洗系统污染物质及带走热量，提供和传递元件和系统失效的诊断信息等。液压系统所采用的工作介质主要有通用液压油液（包括矿物型液压油、环境可接受液压油、难燃液压液）及专用液压油液两大类，其中，矿物型液压油应用占比最高2，此外，亦有天然水液压介质，但润滑性、防腐性等均较差，目前应用较少。油液性能和质量的优劣对液压系统运转的可靠性、准确性和灵活性有着重大影响。图表图表50：液压部分工作介质特性比较液压部分工作介质特性比较 注：闪点即加热时挥发的油液与空气混合物在接触明火时突然闪火的温度，闪点高表明油液所产生的低沸点可燃成分少，在高温下的安全性好；液压油通常只测定闪点；粘度指数表示油液粘度随

154、温度变化特性，粘度指数高，油液粘度随温度变化较小，对液压系统工作影响小；资料来源：李壮云液压元件与系统(2019)，华泰研究 2 吴义顺液压系统工作介质的选用（2004）矿物型液压油矿物型液压油HFAHFBHFCHFD水水密度密度(15)(g/cm)0.860.9210.80.941.051.11.41含水量含水量(%)无90-954045无100工作温度范围工作温度范围()-2080550550-闪点闪点140315无无无230260无燃点燃点230370无水蒸发后才燃烧4无润滑性润滑性良优劣中良良优劣对滚动摩擦的适应性对滚动摩擦的适应性优劣良

155、劣良劣粘度指数粘度指数70140高0低到高高抗燃性抗燃性可燃不燃难燃难燃难燃不燃防腐蚀性防腐蚀性优中中中中良差对环境污染性对环境污染性严重少严重严重很严重无相对价格相对价格(%)002505005008000.010.02 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。35 机械设备机械设备 图表图表51：油液主要类型、特点及应用场景油液主要类型、特点及应用场景 资料来源：张利平现代液压系统使用维护及故障诊断（2017），华泰研究 典例：液压系统广泛应用于工程机械工作、回转、行走系统典例：液压系统广泛应用于工程机械工作、回转、行走系统

156、工程机械为我国液压传动主要应用领域，根据福事特招股书，工程机械在液压传动中应用占比达 60%（参考图 20）。本节我们重点分析工程机械典型产品液压挖掘机、装载机、叉车、高空作业平台液压系统使用情况。液压挖掘机液压挖掘机 液压挖掘机通过液压传动系统直接控制机体运动液压挖掘机通过液压传动系统直接控制机体运动状态状态。液压挖掘机以机械式挖掘机为基础，与机械式挖掘机相比，两者的主要区别在于动力装置和工作装置不同，液压挖掘机动力装置与工作装置中采用容积式液压传动系统，直接控制各系统机构运动状态。液压挖掘机分为全液压传动和非全液压传动两种，前者挖掘、回转、行走均采用液压传动，反之则为后者。但一般而言，液压

157、挖掘机工作装置、回转装置必须为液压传动，仅行走机构可选择机械传动。全液压传动挖掘机全液压传动挖掘机涉及涉及液压系统液压系统主要为主要为三大部分三大部分3：1)工作装置：工作装置：直接用来进行挖掘作业的施工工具，利用液压缸伸缩来完成动臂升降、斗杆推拉和转斗，接近于人手腕运动；工作装置由动臂、斗杆、铲斗及相应液压缸动臂、斗杆、铲斗及相应液压缸组成，包括动臂、斗杆、铲斗三个液压回路。3 林添良等电动挖掘机关键技术及应用（2020）代号代号特点与应用场合特点与应用场合精致矿物油L-HH无抑制剂，适用于一般循环润滑系统、低压液压系统等普通液压油L-HL改善防锈性和抗氧化性的精致矿油，适用于低压液压系统抗

158、磨液压油L-HM在L-HL基础上改善抗磨性的液压油，适用于低、中、高压液压系统低温液压油L-HV在L-HM基础上改善黏温性的液压油，适用于野外和在恶劣环境下工作的液压设备及低、中、高压液压系统，一般用于车辆和轮船设备高粘度指数液压油L-HR在 L-HL油基础上改善其黏温特性的液压油，适用于数控机床液压系统和伺服系统液压导轨油L-HG在L-HM油基础上改善其黏滑特性的液压油，适用于液压和导轨润滑系统合用的机床,也适用于其他要求油有良好黏附性的机械润滑部位天然脂肪液压油L-HETG 基础液为植物油(甘油酸三酷)，不溶于水，适用于一般液压系统合成脂液压油L-HEES 基础液为合成脂类油，不溶于水，适

159、用于一般液压系统聚乙二醇液压油L-HEPG 基础液为聚乙二醇(聚醚)，不溶于水，适用于一般液压系统合成烃液压油L-HEPR 聚a烯烃和相关烃类产品(碳氢化合物)，不溶于水,适用于一般液压系统水包油型乳化液L-HFAE水包油型高水基液，通常含水80%以上，难燃性好，价格便宜；适用于煤矿液压支架静压液压系统和其他不要求回收废液和不要求拥有良好润滑性，但要求有良好难燃性液体的其他液压系统油包水型乳化液L-HFB常含油60%以上，其余为水和添加剂；适用于冶金、煤矿等行业的中压和高压及高温和易燃场合的液压系统水-乙二醇型水-乙二醇液L-HFC为水-乙二醇或含其他聚合物的水溶液，难燃性好；适用于冶金、煤矿

160、等行业的低压和中压液压系统合成型磷酸酯液体L-HFDR为无水的各种磷酸酯作基础油加入各种添加剂而制得，难燃性好，但黏温性差，可溶解多种非金属材料，适用于冶金、火力发电、燃气轮机等高温高压下操作的液压系统10、12号航10、12号航空液压油液空液压油液合成锭子油合成锭子油炮用液压油炮用液压油汽车制动液汽车制动液分类分类10号12号航空液压油是深度精制的轻质石油馏分油。10号航空液压油具有良好的黏温特性，凝点低，低温性能和氧化安定性好，不易生成酸性物质和胶膜，油液高度清洁。应用于飞机的液压系统和起落架、减振器、减摆器等，也应用于大型舰船的武器和通信设备，如雷达、导弹发射架和火炮的液压系统等。部分寒

161、区作业的工程机械规定冬季使用航空液压油；12号航空液压油主要在新机种及飞机制造工厂中使用合成锭子油是由含烯烃的轻质石油馏分,经三氯化铝催化叠合等工艺制得的合成润滑油，再经白土精制并加添加剂调和而成。此品种低温性能好，相对密度大，黏度范围宽，质量稳定，安定性好，长期储存不易变质，适用于低温系统和普通液压油不能胜任的系统炮用液压油由原油经常压蒸留、尿素脱蜡、白土精制所得的润滑油馏分作基础油，添加增黏剂、防锈剂、抗氧剂调和制成，呈浅黄色透明液体，具有良好的抗氧、防锈及黏温性能，凝点很低，可南北四季适用。用作各种炮液压系统工作介质汽车制动液应用于汽车液压制动系统。合成汽车制动液是由各种类型制动液基础液

162、加抗氧化、抗腐蚀、抗磨损和防锈等添加剂制成通用液压油液通用液压油液矿物型液压油矿物型液压油环境可接受液压油环境可接受液压油难燃液压液难燃液压液乳化型专用液压油液专用液压油液 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。36 机械设备机械设备 2)回转系统：回转系统：负责回转工作装置和上部转台，便于挖掘、卸料，主要通过回转马达回转马达完成。回转机构的运动占液压挖掘机整个工作循环时间的 50-70%，能量消耗占整机能量消耗的 25%-40%，回转系统的发热量占总发热量 30%-40%4。3)行走系统：行走系统：支撑挖掘机整机质量并完成行走任务，一般采用履带式和轮胎式结构，主要通过行

163、走马达行走马达完成。图表图表52：液压挖掘机液压结构透视图（履带式）液压挖掘机液压结构透视图（履带式）资料来源：恒立液压官网，康杰液压挖掘机动力系统功率匹配控制研究（2022），华泰研究 图表图表53：液压挖掘机传动路线（履带式）液压挖掘机传动路线（履带式）资料来源：东进液压，华泰研究 装载机装载机 装载机一般采用液压传动与机械传动相结合。装载机一般采用液压传动与机械传动相结合。装载机行走部分需求功率较大，采用液压传动需用多泵和多马达系统，或增大系统成本，故一般采用液压传动与机械传动相结合，也即：柴油机动力一部分通过液力变矩器和变速器驱动行驶机构，实现装载机行使，另一方面通过液压泵驱动液压缸，

164、实现转向和装载工作。装载机液压系统主要包括工作装置液压系统与转向液压系统两类：装载机液压系统主要包括工作装置液压系统与转向液压系统两类：4 黄开启、古莹奎矿山工程机械（2013）发动机联轴器液压泵控制阀(多路阀)油缸（铲斗、斗杆、动臂缸）挖掘油缸（铲斗、斗杆、动臂缸）挖掘液压马达（回转）液压马达（回转）中央回转接头中央回转接头液压马达（行走）液压马达（行走）推土油缸推土油缸 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。37 机械设备机械设备 1)工作装置：工作装置：装载机工作装置主要用于铲、装、卸、运物料。轮胎式装载机工作装置多采用反转六连杆转斗机构，主要结构包括铲斗、动臂、连

165、杆（或托架）、摇臂、动臂油缸、转斗油缸；履带式装载机多采用正转八连杆转斗机构，主要结构包括铲斗、动臂、拉杆、摇臂、弯臂、转斗油缸、动臂油缸。2)转向系统：转向系统：控制机体转向，主要由转向盘、转向器、转向油缸、转向油泵、流量转换阀、溢流阀等组成。图表图表54：装载机液压油缸结构透视图（轮式）装载机液压油缸结构透视图（轮式）资料来源：银华机械，王翔宇新型高能效直线驱动与控制技术及其在装载机中的应用（2022），刘艳芳816G 装载机优先阀转向系统能耗特性分析（2019），华泰研究 图表图表55：装载机液压阀结构透视图（轮式）装载机液压阀结构透视图（轮式）资料来源：海宏液压，华泰研究 叉车叉车 叉

166、车动作功能系统基本采用液压传动。叉车动作功能系统基本采用液压传动。叉车的动作功能系统主要包括起升系统、门架倾斜系统、转向系统、行走系统等，各型号叉车前三类动作功能系统多采用液压传动，行走系统可采用液压传动或机械传动，与液压挖掘机相似，采用液压传动即称全液压叉车，又称静压传动叉车。但静压传动叉车价格较高、使用维护要求高，占比相对较低。动臂油缸转斗油缸转向油缸 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。38 机械设备机械设备 类比液压挖掘机，全液压叉车类比液压挖掘机，全液压叉车涉及涉及液压系统主要包括三大部分：液压系统主要包括三大部分：1)工作装置：工作装置：叉车工作装置主要用于

167、完成货叉的起升和门架倾斜操作，一般由货叉、叉架、链条和滑轮、起升液压缸、倾斜液压缸组成。2)转向系统：转向系统：叉车转向装置主要用于完成叉车行走的转向操作，主要由液压泵、转向控制器、转向液压缸等组成。叉车转向系统非必须使用全液压式，也可使用机械式或液压助力式，一般起重量 1 吨以下的采用构造简单的机械式，起重量大于 2 吨的采用液压助力或全液压转向。3)行走系统：行走系统：静压传动叉车行走系统主要执行元件为液压马达。图表图表56：叉车液压结构透视图叉车液压结构透视图 资料来源：杨雯雯电动静液压传动叉车行走速度控制与系统流量匹配研究（2019），华泰研究 高空作业平台高空作业平台 高空作业平台上

168、车臂架系统一般采用液压传动。高空作业平台上车臂架系统一般采用液压传动。高空作业平台可分为下车承载系统和上车臂架系统（即工作装置）两部分，下车承载系统主要为底盘部分及车架，上车臂架系统则主要用于支持高空作业平台满足工作幅度与工作高度要求，完成一系列高空作业任务。高空作业平台传动系统可分为液压机械传动系统与静液压传动系统两种，静液压传动系统即行走系统、工作装置均采用液压传动。全液压系统高空作业平台全液压系统高空作业平台涉及涉及液压系统主要包括液压系统主要包括两部分两部分：1)上车臂架系统：上车臂架系统：通常由多节臂架组成，通过臂架的伸缩或折叠使作业人员完成各种作业任务。作业平台是用来承载工作人员完

169、成作业任务，工作平面在调平液压缸作用下始终保持水平状态，在回转支承作用下完成相应范围内任意旋转。上车臂架系统主要液压元件为调平液压缸、变幅液压缸。2)下车承载系统：下车承载系统：主要承载作业装置、驱动系统。其中，支腿可以分担整车自重以及外部载荷，对高空作业车起到支撑效果，用于保证作业过程中整车的稳定性和安全性，一般通过液压油缸来实现支腿的伸缩及支撑。此外，驱动系统主要使用液压元件为液压马达。轮式液压马达静液压传动阀倾斜液压缸起升液压缸 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。39 机械设备机械设备 图表图表57：高空作业平台液压结构透视图高空作业平台液压结构透视图 资料来源

170、：王政等臂式高空作业平台的动力传动系统及未来发展趋势（2021），陈鑫直臂式高空作业车上车结构轻量化研究（2022），华泰研究 工程机械电动化：或将带动液压系统应用变化，短期影响有限工程机械电动化：或将带动液压系统应用变化，短期影响有限“双碳”大背景下，电动化以推动节能减排成为制造业发展大势所趋，传统的低效柴油机逐步被电动机所取代。液压传动同样存在效率较低问题，市场普遍担忧电动化下液压传动被其他传动方式所取代。液压传动多用于大功率场景，工程机械为最为典型应用领域，本节我们以工程机械电动化为例分析电动化对液压传动的可能影响。电机取缔电机取缔柴油机，或将带动液压系统应用变革柴油机，或将带动液压系统

171、应用变革 工程机械电动化大势所趋，或将带来液压系统应用变革工程机械电动化大势所趋，或将带来液压系统应用变革。传统工程机械主要使用柴油发动机，排量大、油耗高，环境污染较为严重，根据中国移动源环境管理年报（2022），2021年非道路移动源（主要包括工程机械、农业机械、小型通用机械、船舶、飞机、铁路机车等）排放二氧化硫、HC、氮氧化物、PM 分别为 16.8 万吨、42.9 万吨、478.9 万吨、23.4万吨，其中工程机械排放 HC、氮氧化物、PM 占比分别为 26.5%、30.0%、32.1%，工程机械节能减排重要性不断提升，企业通过电喷内燃发动机、高效率液压柱塞泵等不断提升工程机械能量利用率

172、，但工程机械动力源、液压系统、负载三者功率始终不能完全匹配，工程机械内燃发动机、液压系统能量损失各占总能量损失 35%左右，电动化可有效提升动力能效，成为工程机械节能技术大势所趋。作为液压系统下游第一大应用领域，工程机械电动化也或将带动液压系统应用变革，以恒立液压为代表的国内液压龙头亦积极布局电动化相关产品。下调平液压缸基本臂一节臂二节臂钢丝绳三节臂四节臂作业平台上调平液压缸变幅液压缸转台液压马达液压泵阀 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。40 机械设备机械设备 图表图表58：传统挖掘机能量流图及工程机械节能技术演变传统挖掘机能量流图及工程机械节能技术演变 资料来源：

173、林元正电动工程机械关键技术研究进展（2021），张凯波大型液压挖掘机液压系统热平衡研究（2018），华泰研究 工程机械电动化即将主驱动单元由发动机替换为电机，工程机械电动化即将主驱动单元由发动机替换为电机，工程机械工程机械电动化电动化关键技术关键技术包括包括5：1)变转速动力协调控制技术：变转速动力协调控制技术：电机相较发动机调速特性好（目标转速响应时间缩短）、过载能力强（峰值功率可达额定功率 2 倍以上）、高效区间增加（电机 80%的工作区间效率高于 90%），传统液压控制技术也可相应有所革新，如液压泵供油控制方式不再局限于恒速变排量控制，可拓宽为定排量变转速控制、排量自适应-变转速控制以及

174、变排量-变转速控制，大大增强液压动力源的供油匹配能力及控制灵活性；多路阀配流系统可进行优化，提高液压驱动系统的效率。2)整机电液控制技术：整机电液控制技术：可利用机电液一体化对电动工程机械系统构型和关键零部件进行改造，如分布式独立电液控制系统、电动缸技术、基于电动/发电机-泵/马达的闭式液压系统、新型电机直驱式油缸泵技术、电动/发电泵/马达旋转四象限驱动与再生一体化系统以及新型电动机变转速控制型的液压变压器等。3)能量回收技术：能量回收技术：电动工程机械可引入电储能单元，实现能量回收。结合工程机械电动化关键技术，工程机械工作、回转、行走系统驱动模式分别可变为：结合工程机械电动化关键技术，工程机

175、械工作、回转、行走系统驱动模式分别可变为：工作系统：工作系统：模式 1）蓄电池-电动缸：采用电动缸技术，无液压传递损失，能耗较低；模式 2）蓄电池-电机-液压泵-阀-液压缸：保留传统阀控技术；模式 3）蓄电池-电机-液压泵-液压缸：基于新型电液控制技术，进一步降低液压系统能耗；工作系统三类驱动模式中，模式 1）不再使用液压系统，模式 2）3）均不影响液压泵、液压缸的使用（但或涉及技术变动），但模式 3）不再使用液压阀。具体来看：5 林元正电动工程机械关键技术研究进展（2021）柴油发动机液压泵控制阀及管路执行器65%15%46%6%35%85%54%94%43%控制阀为液压系统最主要发热源，能

176、量损失主要有溢流、节流两种液压泵效率由容积效率与机械效率共同决定，容积损失、机械损失多转化为热能液压缸效率主要受摩擦损失、容积损失影响，占比较小；液压马达与液压泵类似功率转换效率最低，仅35%40%液压系统节能液压系统节能发动机控制发动机控制新解决方案新解决方案正流量控制系统负流量控制系统负载敏感控制系统恒功率控制系统自动怠速控制发动机、液压泵复合控制系统分工况控制混合动力系统纯电驱动柴油发动机新技术清洁燃料燃料电池驱动 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。41 机械设备机械设备 模式 1）采用电动缸：电动缸即采用电动机带动各种螺杆（如滑动丝杠、滚珠丝杠）旋转，通过螺母

177、转化为直线运动，并推动滑台沿各种导轨（如滑动导轨、滚珠导轨、高刚性直线导轨）做往复直线运动，属于机械传动，主要优点包括节能，寿命长，不受温度波动影响、具有较强的环境适应能力，传动效率高，定位精度高，结构简单、占用空间小、维护方便等，在直线传动可部分替代液压缸，但电动缸承载负荷能力较弱且价格较高，短期不适合应用于中大型工程机械。模式 3）采用泵控液压系统：泵控液压系统主要液压泵的流量来控制执行元件的速度，与阀控技术相比，采用容积控制取代节流控制，消除了节流损耗，机电液一体化逐步完善之下，应用占比或将提升，或带来液压阀使用结构的变化。整体来看，从应用视角上，短中期工程机械工作系统相关液压元件受电动

178、化影响相对较小，但液压阀使用结构或会产生变化；长期来看，随电动缸技术迭代，不排除部分工作系统液压元件或被取代。图表图表59：电动缸、液压缸、气缸三种直线动作器原理介绍及对比电动缸、液压缸、气缸三种直线动作器原理介绍及对比 资料来源：王超液电混合驱动液压挖掘机铲斗和斗杆运行特性及能效研究（2020），华泰研究 回转回转/行走系统：行走系统：模式 1）蓄电池-电机-减速器：直接电传动，类似新能源汽车，无液压系统损失；模式 2）蓄电池-电机-液压泵-阀-液压马达-减速器：保留传统阀控技术；模式 3）蓄电池-电机-液压泵-液压马达-减速器：采用泵控马达技术，液压系统能耗较低；回转/行走系统驱动模式 1

179、）不再采用液压系统，模式 2）3）均不影响液压泵、液压马达的使用（但或涉及技术变动），但模式 3）不再使用液压阀。根据大型重载作业机器人电液控制技术（2020），电动工程机械的行走系统中液压马达使用是否发生变化尚不明确，或需结合工况应用；回转系统中，考虑到功率重量比等要求，液压马达或仍为必须液压元件。工程机械电动化或将带动液压工程机械电动化或将带动液压系统设计系统设计变化变化。如前所述，短中期来看，由于工程机械功率等级较高，液压传动或仍为主要传动方式之一，但各类液压元件或需结合电动化技术变化而变化，如液压泵需向宽转速范围、四象限工作能力、更高转速方向迭代；多路阀需适应电动化后液压泵供油控制方式

180、的改变等。故液压系统虽然仍为必须，但结构设计或将发生较大变化，需考虑与电气系统相协调的能力。电动缸电动缸液压缸液压缸气缸气缸传动媒介传动媒介丝杠、螺母液压油压缩气体工作原理工作原理伺服电动机驱动滚柱丝杠推动工作装置运动做功，实现了旋转运动向直线运动转换，工作装置的速度、位移由电机控制液压动力源输出高压油驱动液压缸做直线运动，工作装置的速度、位移由油液流量和压力控制空气压力差驱动活塞杆做直线运动，工作装置的速度、位移由气体流量和压力控制工作温度工作温度通常规定电动缸的工作温度范围为一3080C，工作性能受温度波动的影响小。通常规定液压缸的工作温度范围为-40120C，工作性能易受温度波动的影响。

181、通常规定气缸的工作温度范围为560C,工作性能易受温度波动的影响。驱动方式驱动方式由伺服电动机组成的驱动系统驱动，结构相对简单，占用空间较小由液压泵、阀及液压管路组成的液压驱动系统驱动，结构相对复杂，占用空间较大由气泵、阀及气路管道等组成的驱动系统驱动，结构相对复杂，占用空间较大承载负荷能力承载负荷能力较低，抗冲击性较差很高，具有抗冲击性较高，具有很强的抗冲击性系统控制性能系统控制性能响应快，定位精度高，速度重复性较为稳定响应较慢，定位精度一般响应慢，定位精度较差伸缩范围伸缩范围较小较大较大价格价格较高较低低系统特点系统特点应用场合广，噪声小，无污染工作性能稳定，可靠性高为避免污染环境需要配套

182、的补油泵，且性能受温度影响，需要考虑液压系统热平衡问题噪声大,需要使用配套补气泵装置，污染小,工作性能会受温度影响 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。42 机械设备机械设备 结合工程机械电动化关键技术，工程机械工作、回转、行走系统驱动模式皆可有所转变，结合工程机械电动化关键技术，工程机械工作、回转、行走系统驱动模式皆可有所转变，其中：1）工作系统：短中期相关液压元件受电动化影响相对较小，但液压阀使用结构或因控制方式变化受到影响，长期来看，随电动缸技术迭代，不排除部分工作系统液压元件或被取代；2）回转系统：考虑到功率重量比等要求，液压马达或仍为必须液压元件；3）行走系统

183、：液压马达使用是否发生变化尚不明确，或需结合工况应用，如挖掘机主要工作方式为定点作业，替换液压马达效用不明显。整体来看，工程机械电动化下，液压传动或仍为主要传动方式之一，但各类液压元件或需结合电动化技术变化，需考虑与电气系统相协调能力。与工程机械相似，农业机械、矿山机械等液压传动下游应用领域亦在推进电动化进程，类比工程机械电动化中液压系统的变化，我们认为，对于作业环境恶劣、抗冲击性要求严格、功率质量比要求较高领域短中期液压系统仍为不可替代的传动方式。应对电动化之变，主机与核心零部件龙头积极布局应对电动化之变，主机与核心零部件龙头积极布局 工程机械电动化处于起步阶段，产业链龙头领先布局。工程机械

184、电动化处于起步阶段，产业链龙头领先布局。电动化为工程机械节能技术大势所趋，根据 BCG，纯电工程机械 2020 年国内渗透率不足 1%（不含叉车），预计 20252026年将迎来纯电工程机械的爆发点，到 2035 年，纯电动工程机械的渗透率或将达到 30%。尽管电动工程机械当前渗透率较低、市场接受度有待提升，但工程机械产业链龙头均加速电动化布局，三一重工、徐工机械、中联重科、恒立液压等均已推出电动化相关产品。图表图表60：工程机械电动化渗透率仍处于较低水平工程机械电动化渗透率仍处于较低水平 图表图表61：不同类型工程机械电动化渗透率差异显著不同类型工程机械电动化渗透率差异显著 注：BCG 统计

185、口径中不含叉车 资料来源：BCG，华泰研究 注：混凝土搅拌车电动化率为 2021 年数据，装载机、叉车为 2022 年数据；资料来源：汽车智库，中国工程机械工业协会，中国工程机械工业协会工业车辆分会，华泰研究 图表图表62：工程机械主机及核心零部件企业电动化布局概况工程机械主机及核心零部件企业电动化布局概况 资料来源：各公司官网，华泰研究 1%1%1%1.5%3%4%6%15%30%005003002020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2030E 2035E（千辆）渗透率渗透率0.9%1.3%64.4%0%

186、10%20%30%40%50%60%70%装载机混凝土搅拌车叉车类别类别公司公司电动化产品电动化产品优势电动化产品优势电动化产品电动化产品销售及规划电动化产品销售及规划技术路线技术路线卡特彼勒电驱动推土机、电力驱动卡车和电动机车、电动挖掘机、电动装载机、氢燃料发电机组、混合动力发电机组、氢燃料供电系统未披露未披露纯电、混动、氢燃料电池小松电动挖掘机、混合动力挖掘机未披露未披露纯电动、混动三一重工全面推进工程车辆、挖掘机械、装载机械、起重机械等产品的电动化电动搅拌车、电动自卸车、电动起重机2022年公司电动化产品销售额突破27亿元，营收占比约3%，销量超3500台纯电、混动、氢燃料电池徐工机械覆

187、盖在售的汽车起重机、装载机、高空作业平台、环卫车辆、正面吊、压路机、摊铺机等几乎全部产品领域臂式高空作业平台、装载机2022年新能源产品收入占比约10%，公司计划2027年收入占比25%，2030年收入占比35%纯电、混动、氢燃料电池中联重科覆盖混凝土泵车、混凝土搅拌车、汽车起重机、高空作业平台、挖掘机、矿卡、叉车、应急车辆、农业机械等电动直臂系列高空作业平台未披露纯电、混动、氢燃料电池柳工电动装载机、电动挖掘机、电动宽体车、电动叉车、电动滑移装载机电动装载机2022年电动化产品收入约10亿元，营收占比约4%纯电动、混动派克汉尼汾非道路移动机械电气化解决方案N/A未披露N/A恒立液压液压系统电

188、动控制及执行装置、电动缸N/A未披露N/A万通液压电动缸，但主要为军用N/A未披露N/A主机零部件 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。43 机械设备机械设备 在具身智能中的应用：波士顿动力在具身智能中的应用：波士顿动力 Atlas 能够实现高难度动作能够实现高难度动作 波士顿动力波士顿动力 Atlas 采用液压驱动，能够完成高难度动作，相较于电气传动存在可靠性问题。采用液压驱动，能够完成高难度动作，相较于电气传动存在可靠性问题。波士顿动力的人形机器人 Atlas 配备了紧凑的液压传动系统，全身共 28 个关节。液压传动大功率的优点使其能够完成跑酷、后空翻等高难度动作，

189、但相较于电气传动，存在漏液等可靠性问题。图表图表63：采用液压驱动的采用液压驱动的 Atlas 能够实现跑酷等高难度动作能够实现跑酷等高难度动作 图表图表64：Atlas 液压系统存在漏液等可靠性问题液压系统存在漏液等可靠性问题 资料来源：波士顿动力官网，华泰研究 资料来源：波士顿动力官网，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。44 机械设备机械设备 电气传动：灵活多面手电气传动：灵活多面手 电气系统：电气系统：灵活多面手，应用广阔市场分散灵活多面手，应用广阔市场分散 电气传动系统概览：灵活多面手电气传动系统概览：灵活多面手 电气传动电气传动使使用电动机用电动机

190、将将电能转换成机械能，带动各类型生产机械、交通车辆及运动物品。电能转换成机械能，带动各类型生产机械、交通车辆及运动物品。电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，主要结构为定子和转子，其中定子为静止部分，包含定子铁心（电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组）、定子绕组（电动机的电路部分，产生旋转磁场）和机座（固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用）；转子为旋转部分，包括转子铁心（作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组）、转子绕组（切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转）。图表图表65：电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或

191、传递的一种电磁装置电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置 资料来源：电工电气学习公众号，电气应用公众号，华泰研究 电气传动在运动控制电气传动在运动控制及及精确度方面精确度方面优势显著，广泛应用于工业机械优势显著，广泛应用于工业机械。相较于其他传动方式，电气传动的优点主要包括：1）易于实现自动化与远程控制，精确度高：电气传动根据设定参数实现精确控制，在高精度传感器、计算机技术支持下，控制精度大大超过其他控制方式。2）节省能源：电能的获得和转换比较经济，传输和分配比较便利。3）改善环保水平：由于使用能源品种的减少及其优化的性能，减少污染源。4）降低噪音。5）节约成本：去除液压油

192、的成本和引起的麻烦，没有硬管或软喉，无须对液压油冷却，大幅度降低了冷却水成本。但电动机运动平稳性较差，易受外界负载的影响；惯性大、换向慢；元件可能要耗用大量有色金属成本高；受温度、湿度、振动、腐蚀等环境影响较大。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。45 机械设备机械设备 图表图表66：电气传动在运动控制电气传动在运动控制及及精确度方面精确度方面优势显著，广泛应用于工业机械优势显著，广泛应用于工业机械 资料来源：液压传动-机械大力士（华泰机械，2023 年 8 月 8 日），华泰研究 电机行业格局分散，国内电机电机行业格局分散，国内电机“量增”到“质提”走向高端“量增”到

193、“质提”走向高端 2020 年全球电机市场千亿美元，交流电机占年全球电机市场千亿美元，交流电机占比比 70%。Grandview Research 的研究数据显示，2020 年全球电机市场规模为 1427 亿美元，其中交流电机市场占比 70.7%。预计 2021-2028 年全球电机市场规模复合增长率将达到 6.40%。2020 年下游细分市场中汽车占比最高，占 40.5%，其次为工业机械、HVAC 设备（供热、通风与空气调节）、空调、运输、家电等。电机市场中工业电机行业快速增长，根据 Mordor Intelligence 公布的数据，2021 年全球工业电机市场规模约为 214.1 亿美元

194、，预计 2028 年可达 240.9 亿美元。根据前瞻产业研究院数据，2021 年中国工业电机市场规模为 765 亿元，占中国整体电机市场规模的 18%。图表图表67：2020 年全球电机市场年全球电机市场 1427 亿美元亿美元，汽车占比最高，汽车占比最高 图表图表68：预计预计 21-28 年全球电机市场年全球电机市场 CAGR=6.4%,交流电机占比最大交流电机占比最大 资料来源：Grandview Research，华泰研究 资料来源：Grandview Research，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。46 机械设备机械设备 电机行业总量大电机行

195、业总量大但但单品产量小单品产量小，定制属性强定制属性强，机型及应用行业较，机型及应用行业较分散。分散。电机行业虽总量较大、但单品产量较小且定制属性较强，标准化的单品批量生产较少，各公司深耕于各个细分领域，应用于不同场景，占据不同细分市场份额，整体竞争格局高度分散。电机行业公司策略主要可以分为两类：1）深耕技术路径：同一种技术路径的电机应用于不同场景，部分公司深耕某种技术路径的电机，如空心杯电机或同步永磁电机，再根据场景进行调整和定制化；2）深耕行业：相同行业应用机型选择多，分别占据一定细分市场份额，部分公司瞄准单品销量较大的下游行业，如汽车电机、工程机械电机、洗衣机电机等，生产行业中主流应用电

196、机，公司产品具有性价比优势。两种策略形成相同结果，即电机市场中产品多样，机型及应用行业都较为分散，各公司覆盖产品繁多。图表图表69：卧龙电驱主要电机产品卧龙电驱主要电机产品 图表图表70：大洋电机主要电机产品大洋电机主要电机产品 资料来源：卧龙电驱官网，前瞻产业研究院，华泰研究 资料来源：大洋电机官网，华泰研究 外资企业占据高端位置，国内龙头在各自侧重领域走向高端。外资企业占据高端位置，国内龙头在各自侧重领域走向高端。目前国内电机行业市场参与者数量众多，竞争激烈。市场第一梯队为以西门子、ABB 和 Maxon 为代表的外资工业电机品牌生产商，其技术成熟并积累了丰富的客户资源，主要占据工业控制、

197、航空航天、军工、精密医疗器械等领域的中高端市场。第二梯队为国内汇川技术、卧龙电驱、大洋电机、鸣志电器等龙头企业，各生产厂商在其侧重的领域占据部分中端市场并逐步走向高端，不断向第一梯队进发。第三梯队为以中小企业为主的中国本土工业电机生产商。该类企业所生产工业电机产品价格低廉，产品同质化相对严重，产品稳定性相对差。图表图表71：外资品牌为国内电机生产商第一梯队，外资品牌为国内电机生产商第一梯队，国内龙头在各自侧重领域走向高端国内龙头在各自侧重领域走向高端 资料来源：观研报告网中国工业电机行业发展深度研究与投资趋势预测报告（2022-2029 年），华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部

198、分，请务必一起阅读。47 机械设备机械设备 我国工业电机行业长期呈现贸易顺差，我国工业电机行业长期呈现贸易顺差，但出口产品较为低端但出口产品较为低端。据前瞻产业研究院统计海关数据显示，中国工业电机进出口总额从 2017 年的 137.38 亿美元上升至 2020 年的 139.47亿美元，2020 年受疫情影响同比减少 1.66%；2017-2019 年贸易顺差呈现扩大趋势，从 61.9亿美元上升至 71.08 亿美元，2020 年受疫情影响有所下降，为 66.67 亿美元。随着国产电机技术不断进步，我国电机行业贸易顺差有望继续保持扩大趋势。从出口产品来看，2020年出口金额占比最大的产品是直

199、流电动机及直流发电机，输出功率750W，出口金额为27.35 亿美元，占出口总额的比例达到 26.54%。其他单相交流电动机出口金额占比排名第二；而较为高端的多相交流电动机和微电机出口占比较小。图表图表72：2022 年年中国中国电机进口金额为电机进口金额为 42.34 亿美元，同比下降亿美元，同比下降 6.2%图表图表73：2022 年中国主要电机出口产品结构（按金额）（单位：年中国主要电机出口产品结构（按金额）（单位：%）资料来源：前瞻产业研究院，华泰研究 资料来源：前瞻产业研究院，华泰研究 电机技术：电机技术：六大六大路线路线选择排列组合，顺势而生各有千秋选择排列组合，顺势而生各有千秋

200、电动机电动机核心为核心为技术路技术路线线和结构和结构的排列组合的排列组合，多种类型适应下游多种应用场景。，多种类型适应下游多种应用场景。自自 1821 年法拉第首次利用电流磁效应将电能转变为旋转运动的机械能以来，电动机在下游需求和技术突破的不断推动下，从最初诞生时的简单结构，发展到现在运用各种材料，不同原理的产品。各种技术路径的电机都有其优势及劣势，适用于下游不同的应用场景。我们总结电机技术有六大关键技术选择，分别是交流/直流、同步/异步、永磁/电磁、单相/三相、控制方式步进/伺服、直线/旋转。各种电动机产品其实是不同技术路线排列组合后的产物，对于一个电机产品，首先需要结合应用场景进行排列，决

201、定其最重要的性能要求；之后选择多种技术路线的组合达到其最优方案。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。48 机械设备机械设备 图表图表74：电动机技术路径和结构不断更新，多种类型适应下游多种应用场景电动机技术路径和结构不断更新，多种类型适应下游多种应用场景 资料来源：SMM 电机资讯公众号，华泰研究 直流直流 or 交流：换向交流：换向/调速为核心问题，霍尔元件调速为核心问题，霍尔元件/变频器变频器助推无刷替代有刷助推无刷替代有刷 直流电机与交流电机由于供电电源不同，结构差异较大。直流电机与交流电机由于供电电源不同，结构差异较大。直流电机使用直流电作为电源，而交流电机使用

202、交流电作为电源。电动机需要改变电流方向，产生交变的磁场获得力矩以维持电机的连续旋转。目前电机有三种方式达到该目的：1）直流电+换向器+电刷完成机械换向，对应直流有刷电机直流有刷电机；2）直流电输入+电子换向器使直流电变为交流电完成电子换向，对应直流无刷电机直流无刷电机；3）直接将交流电通入定子绕组产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩，对应交流电机交流电机。不同原理使三种电机结构不同，直流有刷电机磁场固定不动，洛伦兹力驱动电机内转子旋转，配有电刷和换向器；直流无刷与交流电机结构相似，外围线圈通入交流电形成旋转磁场带动转子转动，直流无刷以霍尔元件取代碳刷换向。免责声明和披露以及分析师声明是

203、报告的一部分，请务必一起阅读。49 机械设备机械设备 图表图表75：直流电机与交流电机由于供电电源不同使得结构差异较大直流电机与交流电机由于供电电源不同使得结构差异较大 直流有刷电机直流有刷电机 直流无刷电机直流无刷电机 交流电机交流电机 传动原理传动原理 有刷电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用。无刷直流电机通过霍尔元件，感知永磁体磁极的位置，根据这种感知，使用电子线路，适时切换线圈中电流的方向，保证产生正确方向的磁力，来驱动电机。交流电机通过交流电产生旋转磁场，转子绕组在变化磁场中产生感应电流，随着旋转的磁场转动。原理图原理图 包含结构

204、包含结构 转子、定子、电刷和换向器 电子换向器（位置传感器和电子开关线路）、转子、定子 转子、定子 构造图构造图 优点优点 能产生强大的转矩（旋转力）1、高功率密度，相比有刷电机性能更加稳定可靠；2、零部件磨损少，寿命长，不用更换刷子；3、能够以较高转速运动，转速没有限制；4、具有高效率和较小的尺寸体积，适合于轻型、小型、高速模块化和集成化应用。缺点缺点 结构复杂，有碳刷作为机械接触点，寿命短、产生噪声及灰尘 有限的恒功率范围，控制复杂，大多数与永磁体结合使用价格较高 控制较为复杂，需要较为精准的控制算法和高精度传感器信息输入 应用场景应用场景 对功耗要求不高的应用场景：比如儿童电动玩具、电动

205、牙刷、电动剃须刀等 工业投料机等轻工业、汽车空调、雨刮器、医疗器械、家用吸尘器、搅拌机 广泛应用于工程机械、金属切削机床、轻工机械、矿井提升机、水泵、加工机械及日常生活器具。资料来源：智能建筑电气技术杂志公众号，华泰研究 直流电源率先产生赋予直流电动机“先发优势”，交流电机受益于交流电系统和控制元件发直流电源率先产生赋予直流电动机“先发优势”，交流电机受益于交流电系统和控制元件发展，后来居上成为主流。展，后来居上成为主流。直流电源的发明使直流电机率先被研制完成，1832 年英国物理学家威廉斯特金发明了换向器并制造了有刷直流电机，但由于其低功率输出，应用上受到严重限制。1834 年达文波特发明了

206、第一台电池供电的直流电机，但仍无法摆脱功率和效率问题。19 世纪 80 年代直流输电技术发展遇阻，交流电系统因为传输损耗小、易变压等原因逐渐成为主流，交流电机也应运而生。1885 年特斯拉根据旋转磁场理论制成了第一台两相感应电动机。1889 年第一台三相鼠笼式感应电动机诞生。同时随着各种新型功率半导体器件和计算机控制技术的进步替代机械换向，无刷直流电机得到快速发展。图表图表76：直流有刷电机率先流行，交流电普及和控制元件发展使得交流电机和直流无刷快速发展成为主流直流有刷电机率先流行，交流电普及和控制元件发展使得交流电机和直流无刷快速发展成为主流 资料来源：电机史话（戴庆忠，2016），华秋商城

207、公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。50 机械设备机械设备 直直/交流核心问题一：交流核心问题一：直流电机需完成换向，直流电机需完成换向，电刷从核心到桎梏限制电刷从核心到桎梏限制直流电机应用场景。直流电机应用场景。直流电机可以采用电刷完成机械换向，形成直流有刷电机；也可以使用电子换向器代替电刷形成直流无刷电机，换相的工作交由控制器中的控制电路（一般为霍尔传感器+控制器，更先进的技术是磁编码器）来完成。而交流电机直接产生旋转磁场无需换向器。直流电机的电刷面临磨损和噪音的问题，限制其应用场景。电刷和集电环之间存在机械摩擦，增加了工人的检修维护量，寿命短，需

208、频繁更换刷子；磨损意味着直流电机的转速受到限制，无法满足高速运转的条件；此外机械换向会产生火花，打火不仅会造成电刷和换向器的烧蚀还会带来噪声，使直流电机无法应用在部分需要防爆、静音的工况中。图表图表77：直流有刷电机通过换向器跟电刷的连接，实现线圈电流方向变化，实现线圈受力方向变化直流有刷电机通过换向器跟电刷的连接，实现线圈电流方向变化，实现线圈受力方向变化 资料来源：电机驱动探索者公众号，华泰研究 取代电刷完成电子换向需要取代电刷完成电子换向需要精确精确获得获得转子位置转子位置，霍尔元件提供低成本、易操作方案。，霍尔元件提供低成本、易操作方案。20 世纪中叶半导体与集成电路技术的发展推动了霍

209、尔传感器发展，1962 年无刷直流电动机随之产生，其利用电子开关线路和霍尔传感器来代替有刷直流电机电刷和换向器，具有直流电机的良好调速性能，又具有交流电机结构简单、无换向火花的优势。无刷直流电机需要监测转子位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电维持旋转。转子的位置是由嵌入到定子的霍尔传感器感知的。多数无刷直流电机在非驱动端上的定子中嵌入三个霍尔传感器，转子磁极掠过霍尔元件时，根据转子当前磁极的极性霍尔元件会输出对应的高或低电平，根据电平时序就可以判断当前转子的位置，并相应的对定子绕组进行通电。图表图表78：周围磁通密度超过阈值时霍尔传感器会检测到并产生电压周围磁通密度超过阈值时霍尔传感器会检

210、测到并产生电压 图表图表79：霍尔效应传感器可判断出电机转子霍尔效应传感器可判断出电机转子磁极磁极的相对位置的相对位置 资料来源：磁场检测系统及其电源管理的研究与设计（赵竞翔，2022），华泰研究 资料来源：霍尔效应传感器设计（吴颜飞，2022），华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。51 机械设备机械设备 直直/交流核心问题二：交流核心问题二：直流电机方便调节转速直流电机方便调节转速，变频，变频技术发展提升交流电机调速性能。技术发展提升交流电机调速性能。直流电机可以方便地通过改变电压调节转速，并可以提供较大的转矩，适用于需要频繁调节转速的负载，如钢厂的轧机，矿

211、山的提升机等。但随着变频技术的发展，交流电机同样可以通过改变频率来实现调节转速，使交流电机得到和直流调速一样优异的调速性能，并且其功率还不存在换向器的限制。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器。变频技术可分为交直交变频技术和交交变频技术，其中交直交变频器由整流器（交流变直流）、滤波系统和逆变器（直流变交流）三部分组成。交-交变频电路由正、负两组相控整流器组成。图表图表80：交直交变频器主电路工作原理交直交变频器主电路工作原理 资料来源：电气传动中变频器应用技术研究（许健，2020），华泰研究 交直交变频技术中交直交变频技术中 PWM 逆变为主流，交交变频

212、效率较高逆变为主流，交交变频效率较高。交直交变频器一般采用不控制整流器整流、脉宽调制（PWM）逆变器同时调压调频的控制方式。采用 PWM 逆变可以减少输出谐波，PWM 逆变器使用 IGBT 和碳化硅器件后可提高开关频率。交直交变频控制简单，所用晶闸管元件少，利用率高，且频率调节范围宽，适合应用于要求精度高、调速性能较好、频率调节范围宽的场合。交-交变频电路由正、负两组相控整流器组成，通过适当的相位控制，使两组整流器轮流导通，正、负组整流器分别流过负载中的正向和反向输出电流。交交变频技术只通过一次变流，省略了直流转换的步骤，效率较高；但该技术调节频率最大输出频率较低，适合于低速大容量的调速系统，

213、如轧钢、水泥、牵引等场景。图表图表81：变频技术可分为交直交变频技术和交交变频技术变频技术可分为交直交变频技术和交交变频技术 资料来源：浅谈变频器及其采用的技术（韩笑，2010），华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。52 机械设备机械设备 永磁永磁 or 励磁：交替并行发展，高性能永磁体提升电机功率和效率励磁：交替并行发展，高性能永磁体提升电机功率和效率 电机磁场电机磁场的的提供提供方式方式经过经过低性能低性能磁铁磁铁电磁体电磁体高性能永磁体高性能永磁体与电磁并行与电磁并行三个发展阶段。三个发展阶段。永磁电机由永磁体提供电机的磁场，励磁电机由励磁线圈提供磁场。

214、1821 年法拉第制造的第一台电机是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。但其使用的永磁材料天然磁铁矿石磁能密度低，制成电机体积庞大，不久被电励磁电机所取代。电磁直流电机 1834 年由雅各比发明并在 1880 年普及，它的出现让性能不佳的永磁电机发生历史停顿，但同样存在功率密度偏低的问题。20 世纪 30 年代出现的铝镍钴永磁（最大磁能积可达 85 kJ/m3）和 50 年代出现的铁氧体永磁（最大磁能积可达 40 kJ/m3）大大提升了磁体磁性能，提升电机功率和效率。随着钕铁硼等材料性能的提高和价格的降低，永磁电机应用领域不断扩大。图表图表82：电机磁场的提供方式经过低性能磁铁电机磁场的提供方式经

215、过低性能磁铁电磁体电磁体高性能永磁体与电磁并行三个发展阶段高性能永磁体与电磁并行三个发展阶段 资料来源：智研咨询，深圳市海特力智能装备公众号，华泰研究 高性能高性能永磁永磁电机高效率大功率但成本较高，电机高效率大功率但成本较高，励磁励磁电机易于调节但效率较低。电机易于调节但效率较低。永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、用铜量少质量轻、损耗小、效率高等显著特点，并且其形状和尺寸可以灵活多样，应用范围较为广泛。高性能钕铁硼永磁具有较高的磁性能指标，高剩磁及高矫顽力，可提升电机的电能转化效率。永磁同步电机能在低速情况下产生较大扭矩，功率系数高，在相同的功率和扭矩情况下重量和体积更小。但永磁体价格

216、较为昂贵，根据中钨在线数据，2023 年 8 月 30 日钕铁硼毛坯 55N 方块 235 元/千克；且高温退磁、磁场不可调节等问题限制了永磁电机在特定场合中的应用。励磁电机更易于调节，功率因数可控性好，但励磁损耗的存在一方面降低了电机效率，另一方面增大了温升过高的风险。图表图表83：高性能永磁电机效率高功率大，励磁电机制作成本低高性能永磁电机效率高功率大，励磁电机制作成本低但效率较低但效率较低 资料来源：ittbank 公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。53 机械设备机械设备 稀土永磁稀土永磁高剩磁密度、高矫顽力高剩磁密度、高矫顽力提升电机效率与功

217、率提升电机效率与功率。永磁体根据材料不同主要可以分为铁氧体永磁、铝镍钴永磁、稀土永磁。根据一览众咨询数据，铝镍钴永磁的矫顽力偏低（36-160kA/m），铁氧体永磁的剩磁密度不高（0.2-0.44T），限制了它们在电机中的应用范围。稀土永磁主要包括稀土钴永磁和钕铁硼永磁，具有高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能，体积更小效率更高，广泛应用于大型电站、矿山、石油、化工等行业所需的兆瓦级电机。未来永磁体可能向纳米复合永磁体等超材料方向发展。图表图表84：电机常用永磁材料抗腐蚀性能、最高工作温度、加工性能、退磁曲线形状、价格对比电机常用永磁材料抗腐蚀性能、最高工作温度、加工性能、

218、退磁曲线形状、价格对比 性能性能 铝镍钴铝镍钴 铁氧体铁氧体 稀土钴稀土钴 钕铁硼钕铁硼 剩磁/T 1.3 0.42 1.05 1.16 矫顿力/(Ka/m)60 200 780 850 退磁曲线形状 弯曲 上部直线、下部弯曲 直线 直线(高温下弯曲)剩磁温度系数/(%/K)-0.02-0.18-0.03-0.12 抗腐蚀性能 强 强 强 易氧化 充磁 安装后充磁 充磁后安装(也有安装后充磁)充磁后安装 充磁后安装 最高工作温度(C)550 200 300 150 加工性能 少量磨削、电火花加工 特殊道具切片和少量磨加工 少量电火花加工 加工性能好 价格 中等 低 很高 高 应用场合 仪器仪表

219、类等要求温度稳定性高的场合 性能和体积要求不高，价格要求低的场合 高性能、高温、高温度稳定性，价格不是主要考虑因素的场合 高性能、体积要求高，温度不高的场合 资料来源：一览众车公众号，华泰研究 不同电磁励磁方式具有不同机械特性，串励过载能力较强。不同电磁励磁方式具有不同机械特性，串励过载能力较强。电磁直流电动机的励磁方式主要有四种：1）串励：串励：内部的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器串联；2）并励：并励：内部的励磁绕组和转子绕组之间并联；3）他励：他励：内部的励磁绕组接到独立的励磁供电，励磁电流较为恒定；4）复励：复励：定子磁极上除有并励绕组外，还装有与转子绕组串联的串励绕组。并励和复

220、励电动机的机械特性较硬，而串励电动机具有软机械特性，轻载时转速增高，重载时转速降低，有较大的过载能力，有利于生产率的提高。串励电机没有理想空载转速，不能用于再生制动。但通过将串励电动机的励磁电路改接成并励或复励接法，可以获得较理想的空载转速机械特性，但励磁电路损耗也会增大。图表图表85：直流电机励磁方式直流电机励磁方式分为他励、并励、串励、复励，主要区别为励磁绕组和电枢绕组供电方式的关系分为他励、并励、串励、复励，主要区别为励磁绕组和电枢绕组供电方式的关系 资料来源：万泰电机官网，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。54 机械设备机械设备 新兴新兴混合励磁电机

221、混合励磁电机结合永磁与电励磁优势，结合永磁与电励磁优势，宽调速应用场合宽调速应用场合前景广阔。前景广阔。美国科学家最早在1985 年提出混合励磁概念，混合励磁电机是永磁电机和电励磁电机的有机结合，通过改变永磁电机的局部结构，放入电励磁绕组，从而能够灵活地调节气隙磁场。混合励磁电机既有永磁电机功率密度高的优点，又可实现调节电机内磁场的目的，解决永磁电机调磁困难，恒功率调速范围窄的问题。但目前混合励磁电机仍然处于研究和发展阶段，电机的结构设计复杂，制造工艺过程复杂，由于电机结构和励磁方式的多样性，使得混合励磁电机的数学模型复杂多样，电机的控制过程中，可控变量增加，数学模型更加复杂，为使电机的控制更

222、加灵活，同时控制算法也变得更复杂。图表图表86：永磁永磁体与励磁绕组均位于转子的混合励磁电机体与励磁绕组均位于转子的混合励磁电机 图表图表87：永磁体位于转子，励磁绕组位于定子的混合励磁电机永磁体位于转子，励磁绕组位于定子的混合励磁电机 资料来源：驱动视界公众号，华泰研究整理 资料来源：驱动视界公众号，华泰研究整理 同步同步 or 异步：同步电机节能高效高功率，异步电机具有成本优势异步：同步电机节能高效高功率，异步电机具有成本优势 异步电机与同步电机区别在于转子是否产生磁场、速度与定子旋转磁场速度是否一致。异步电机与同步电机区别在于转子是否产生磁场、速度与定子旋转磁场速度是否一致。同步电机和异

223、步电机最大的区别在于它们的转子速度与定子旋转磁场是否一致，电机的转子速度与定子旋转磁场相同称为同步电机，反之则称为异步电机。同步电机和异步电机的定子侧结构完全相同，都包含有定子铁心和定子三相对称绕组，区别为转子的结构不同。异步电机(感应电机)转子中并不直接产生磁场，其通过定子的旋转磁场在转子闭合导体中激发感应电流，进而产生电磁转矩，其中只有转子的转速小于同步速(小于同步速的差值是转差率)才能提供转子感应电流；同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或电励磁产生)，定子旋转磁场“拖着”转子磁场(转子)转动，因此转子的转速等于同步速。图表图表88：异步电机与同步电机区别在于转子是否产生磁场、速

224、度与定子旋转磁场速度是否一致异步电机与同步电机区别在于转子是否产生磁场、速度与定子旋转磁场速度是否一致 资料来源：中升奔驰远程诊断中心公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。55 机械设备机械设备 同步电机运行速度与负载无关精度更高，异步电机成本同步电机运行速度与负载无关精度更高，异步电机成本较较低应用广泛。低应用广泛。同步电机以同步速度运行，与负载无关，rpm(转速)120f(电源频率)/p(极对数)；异步电机的速度取决于它的负载，随负载增加而降低，且总是小于同步速度。rpm=120f/p-s，s 代表滑差。同步电机的精度高、效率高，但造工复杂、造价高、

225、维修相对困难。异步电机虽然反应慢，但易于安装、使用，同时价格便宜。因此同步电机用于功率因数校正，恒速负载服务，传输线的电压调节，精密伺服机构等，也用于驱动大型机械如轧钢机、压缩机、球磨机等。异步电动机其容量从几十瓦到千瓦不等，广泛应用于工业、农业等行业驱动机械负载，比如工业传动中的中小型轧钢设备、金属切削机床、传送带，混合机，矿井提升机和通风机。图表图表89：同步电机同步电机功率密度与效率功率密度与效率更高，异步电机成本低应用广泛更高，异步电机成本低应用广泛 永磁同步电机永磁同步电机 交流异步电机交流异步电机 过载能力 弱 强 峰值效率 95%-97%94%-95%10%负荷时效率 90-92

226、%79%-85%成本 较高 较低 功率密度 较高 较低 转速范围 4000-10000 12000-20000 电动机重量和体积 较小 较大 滑差 0 1%6%节能效果 三级能效的异步交流 YX3 电机比传统的普通 Y2 电机具有更高的效率和功率因数，而永磁同步电机比三级能效的 YX3 电机的效率和功率因数还要高，因此节能效果更好。部分负载能耗分析 异步交流 Y2 电机在 80%负载以下效率下滑严重，功率因数下滑严重，永磁电机在 20%120%负载之间基本保持较高的效率和功率因数、在部分负载时永磁电机比 Y2 电机具有很大的节能优势，甚至节能超过 50%。应用 新能源汽车、大型机械如轧钢机、压

227、缩机、鼓风机、球磨机等的驱动电机、电网的调相机调节电网无功功率 机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等采用三相异步电动机；电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器广泛使用单相异步电动机。图示 资料来源：物业工程社区，磁易购资讯，中升奔驰远程诊断中心公众号，RIO 电驱动公众号，电器商城公众号，华泰研究 同步电机同步电机中永磁、磁阻和磁滞电机分别应用永磁转矩、磁阻转矩和磁滞转矩驱动电机。中永磁、磁阻和磁滞电机分别应用永磁转矩、磁阻转矩和磁滞转矩驱动电机。同步电机可分为永磁、磁阻、磁滞电机，其中磁阻电机、磁滞电机运行原理与永磁电机等传统的交直流电动机有根本区别。磁阻同步电机遵

228、循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生磁拉力（即磁阻转矩）驱动电动机旋转。磁阻电机转子由钢片（铁磁性材料以及非铁磁性材料交替组成）冲压叠制而成，呈凸极形状，没有绕组或永磁材料，成本与异步机相当，但具有高效率高可靠性、节能、调速范围广等多种优点。特斯拉 Model 3 的新型 IPM-SynRM 电机是同步磁阻电机。磁滞电动机是利用磁滞材料所制成转子上产生的磁滞转矩起动和运行的小功率同步电动机，运行安静操作可靠。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。56 机械设备机械设备 图表图表90：磁阻电机遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理形成磁

229、阻转矩，性能较好且成本较低磁阻电机遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理形成磁阻转矩，性能较好且成本较低 资料来源：科汇股份公众号，华泰研究 图表图表91：多家公司布局同步磁阻电机产品多家公司布局同步磁阻电机产品 公司名字公司名字 磁阻电机产品描述磁阻电机产品描述 卧龙电驱卧龙电驱 有同步磁阻电机产品。新时达新时达 持续研发，攻克噪声抑制、超高速控制、超高效电机控制、同步磁阻电机控制等系列难题。孚日股份孚日股份 已经成功开发 IE5 超高效同步磁阻电动机，并已开始推向船用电机市场。佳电股份佳电股份 公司与上海电科所联合开发的同步磁阻电机，正在样机试制阶段。伟创电气伟创电气 永磁同步电机和同步磁

230、阻电机驱动器等产品都已在海外市场得到推广及应用。科汇股份科汇股份 同步磁阻电机功率范围为 5.5-132kW 资料来源：各公司公告，华泰研究 图表图表92：磁滞电机利用磁滞材料所制成转子上产生的磁滞转矩起动和运行，目前应用场景较少磁滞电机利用磁滞材料所制成转子上产生的磁滞转矩起动和运行，目前应用场景较少 资料来源：Electrical Academia 官网，Fast Torque Computation of Hysteresis Motors and Clutches Using Magneto-static Finite Element Simulation（G.Gallicchio，2

231、019）华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。57 机械设备机械设备 单相单相 or 三相：三相电机稳定高效，单相电机需使用电容器三相：三相电机稳定高效，单相电机需使用电容器/罩极启动罩极启动 三相电机和单相电机区别在于三相电机和单相电机区别在于所供交流电的相位所供交流电的相位。三相电机需要三相交流电源，而单相电机则只需要单相交流电源。1889 年，世界上第一台三相鼠笼式感应电动机诞生；同年特斯拉设计带辅助相的单相感应电动机，解决了单相感应电动机的启动问题。运行原理方面，三相电机没有电容器，采用三相交流电源。定子绕组通入相位差为 120的三相交流电产生旋转磁场，

232、转子在旋转磁场中受到电磁力旋转。目前主流单相电机需要电容器，拥有相位相差 90的主副线圈，通过电容器移相使得正弦交流电相位一前一后给主副线圈供电，使线圈产生一前一后的磁场力发生旋转。图表图表93：三相电机采用相位差三相电机采用相位差 120 度三相交流电源推转子度三相交流电源推转子 图表图表94：主流单相电机有主副两个线圈，互相垂直推动旋转主流单相电机有主副两个线圈，互相垂直推动旋转 资料来源：电气时代公众号，华泰研究整理 资料来源：电气时代公众号，华泰研究整理 单相电机使用方便应用偏生活化，三相电机稳定高效工业场景应用单相电机使用方便应用偏生活化，三相电机稳定高效工业场景应用居居多。多。单相

233、电机需要启动电容，启动电流大，三相电机直接启动，启动电流小。三相电机更具有耐用性、可靠性和稳定性，因此能够带来高功率和高速度的表现，一般被用于大型工业设备中，例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等。单相电动机只需要单相交流电，具有使用方便、结构简单、成本低廉、噪声小、安装方便、对无线电系统干扰小等优点，但是功率和速度受限，适用场景相对狭窄，常用在功率不大的电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器和小型动力机械中。图表图表95：单相电机使用方便应用偏生活化，三相电机稳定高效工业场景应用居多单相电机使用方便应用偏生活化，三相电机稳定高效工业场景应用居多 电机类型电机类型

234、应用领域应用领域 图示图示 三相电机三相电机 机械制造领域：机械制造领域：三相电机的高转矩和高效率带来了很好的驱动源，在机床、钢铁、矿山等领域得到广泛应用。消防与物流领域：消防与物流领域：三相电机适用于驱动一些重型设备，例如：水泵、风扇、压缩机等。环保与节能领域：环保与节能领域：三相电机在新能源设备、电动汽车、太阳能光伏等领域得到广泛应用。单相电机单相电机 家用电器领域：家用电器领域：单相电机在制冷、空调、洗衣机、照明等小型家电领域得到广泛应用。商业办公领域：商业办公领域：单相电机在音响设备、打印机、扫描仪等领域得到广泛应用。科研与教育领域：科研与教育领域：单相电机在实验室、教学、科研环境中得

235、到广泛应用，例如：搅拌器、真空泵、离心机等。资料来源：德力西电气 e 电工公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。58 机械设备机械设备 目前使用目前使用电容器电容器或或罩极法罩极法两种路线两种路线解决单相电机启动问题。解决单相电机启动问题。直流电机和三相电机加电后可以自行启动，并不需要专门的启动策略和装置。单相电机启动难度较大，因此直到 1889 年特斯拉发明单相电动机的起动方法后才被生产出来。单相正弦电流通过定子绕组时，电机会产生交变磁场，该磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场

236、，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。目前主要使用安装电容器的方法或者罩极法使电机启动并持续旋转。图表图表96：装配电容器单相电机的运行原理装配电容器单相电机的运行原理 资料来源：电气时代公众号，华泰研究 图表图表97：使用罩极法单相电机的运行原理使用罩极法单相电机的运行原理 资料来源：东莞市奇为电机科技有限公司公众号，华泰研究 多相电机可使用低功率等级器件进一步实现低压大功率调速多相电机可使用低功率等级器件进一步实现低压大功率调速。在冶金轧钢、矿井提升、机车牵引、船舶推进等应用场合，对于调速传动功率的需求不断增大，通常采用

237、的手段是提高电压、增大电流。然而，受到功率开关器件耐压及耐流值的限制，一般需要采用多电平技术或者开关器件串、并联技术来实现大功率的三相变频调速。实现大功率传动的另外一种解决思路是增加电机的相数，降低对逆变器每相容量的要求。由于电力电子变频器的广泛应用，电机驱动完全可以不受三相供电系统限制，采用多相（相数多于三相）逆变器供电同样可以实现大功率交流传动。多相电机驱动系统可以使用低功率等级器件实现低压大功率调速，减小电机的转动波动，此外多相电机的控制资源更多，控制灵活度更高。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。59 机械设备机械设备 图表图表98：六六相相双双 Y 移移 30

238、绕组空间分布图绕组空间分布图 图表图表99：六相电机可实现低电压大功率，相同负载转矩六相电流小六相电机可实现低电压大功率，相同负载转矩六相电流小 资料来源：电气时代公众号，华泰研究整理 资料来源：电气时代公众号，华泰研究整理 步进步进 or 伺服：伺服：伺服伺服闭环闭环相较步进相较步进开环开环控制精度控制精度较高较高，经济性较，经济性较低低 伺服电机与步进电机主要结构差别在于有无编码器。伺服电机与步进电机主要结构差别在于有无编码器。伺服电机是工业自动化行业中应用最广的电机。伺服来自英文 servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，实现对位置、速度、加速度和力矩的精准控制。伺服电机需要伺

239、服驱动器及编码器，驱动器根据编码器反馈值与目标值进行比较，驱动伺服电机调整转子转动的角度，达到伺服控制的目的。步进电机源于自英语单词“Step”，意为“走一步”，其电机轴（转子轴）并不连续旋转，而是以一定的旋转角度间歇旋转。步进电机根据脉冲信号，收到一次脉冲旋转对应的一个步距角，并可调整脉冲频率(一秒钟发送的脉冲个数)，精确地控制轴的旋转角度和旋转速度。但步进电机不需要编码器进行反馈，属于开环控制。图表图表100：步进电机步进电机结构图结构图 图表图表101：伺服电机结构图伺服电机结构图 资料来源：鸣志电器官网，华泰研究 资料来源：鸣志电器官网，华泰研究 步进电机和伺服电机都可作为控制系统使用

240、。步进电机和伺服电机都可作为控制系统使用。伺服电机是闭环控制，通过控制脉冲时间长短控制转动角度。步进电机则属于开环控制，通过控制脉冲个数以实现控制转动角度的目的，一个脉冲对应一个步距角。伺服电机在接收一个脉冲过程中,将旋转一个脉冲对应角度,以此达到实现位移的效果。伺服电机通过编码器（旋转检测器）检测出旋转位置，并将编码器检测到的信息反馈给控制器来控制位置。因此能够实现高精度停止，即使是在旋转过程中停止，如果位置有偏差也能返回原来的位置。步进电机是把电脉冲信号转换成角位移或线位移的一种开环控制元件，其旋转角度与脉冲数成正比，驱动器通过从控制器接收脉冲信号来控制位置。因此步进电机不需要检测位置的机

241、构，也无法识别位置偏差，可能会因意外的负载波动等原因而发生失步（指示的旋转角度与电机旋转不同步的状态）。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。60 机械设备机械设备 图表图表102：伺服电机闭环控制，伺服电机闭环控制，将编码器检将编码器检所得所得信息反馈给控制器来控制位置信息反馈给控制器来控制位置，步进电机开环控制无反馈过程，步进电机开环控制无反馈过程 资料来源：艾斯湃纳官网，华泰研究 步进步进/伺服电机伴随自动化需求及工业机器人进步快速发展伺服电机伴随自动化需求及工业机器人进步快速发展。伺服电机技术随着工业机器人的进步而有显著发展。美国从 20 世纪 50 年代起重视工

242、厂的自动化，并开始了以皮带输送机、自动化装置、工业机器人等为代表的自动化进程。初期自动化装置和工业机器人的执行器使用液压和气压定位，存在精度、使用稳定性、漏油漏气等问题。20 世纪 60 年代后直流伺服电机技术不断发展开始用于工业机器人，以替代液压和气压机构。20 世纪 80 年代交流伺服电机出现，顺应机器人更小更轻的趋势，如今交流伺服电机因其较高的实用性几乎应用在所有工业领域的设备类产品上。步进电机同样随着数字电路发展在 1977 年后被大规模应用于软盘驱动器和硬盘上。步进电机相较伺服电机可靠性与控制精度较低，经济性较高。步进电机相较伺服电机可靠性与控制精度较低，经济性较高。步进电机精度略低

243、，可靠性较低；低速存在共振区，运行噪音较高；无过载能力，易失步；能量转化效率低，自身损耗及发热较高；动态响应慢，加减速低；但其调试较为简单，成本更低。伺服电机具有响应速度快、定位控制精度高、加减速度快、速度不受负载影响等优点，且转速范围宽、高速性能好、低速运行平稳，同时抗过载能力强，适用于对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合。但伺服电机需使用昂贵的旋转编码器和伺服驱动器，成本比步进电机更高。因此，伺服电机更适用于要求高效率、高速高响应、高可靠性的场合，如工业机器人和精密机械的控制；步进电机用于要求不高、成本敏感的场合，如复印机、光盘驱动器等。图表图表103：步进电机相较伺服电机可靠性与控制精度

244、较低，经济性较高步进电机相较伺服电机可靠性与控制精度较低，经济性较高 伺服电机伺服电机 步进电机步进电机 控制方式控制方式 控制脉冲时间的长短控制转动角度的 通过控制脉冲的个数控制转动角度的，一个脉冲对应一个步距角，可以通过控制脉冲频率进行调速 控制系统控制系统 闭环系统，便于自动化控制 开环系统，动作不可控 工作流程工作流程 伺服电机为一个供电电源开关(继电器开关或继电器板卡)，一个驱动器、一个伺服电机。步进电机是一个脉冲发生器，一个步进电机，一个驱动器(驱动器设定步距角角度，如设定步距角为 0.45，这时给一个脉冲，电机走 0.45)。低频特性低频特性 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速

245、时也不会出现振动现象。步进电机在低速时易出现低频振动现象。矩频特性矩频特性 交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速(一般为 2000 或3000r/min)以内都能输出额定转矩，在额定转速以上恒功率输出。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在 300600r/min。过载能力过载能力 交流伺服电机具有较强的过载能力。步进电机一般不具有过载能力。速度响应性能速度响应性能 交流伺服系统的加速性能较好，以松下 MSMA400W 交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速 3000r/min。仅需几 ms，可用于要求快速启停的控制场合。步 进 电 机 从

246、 静止 加 速 到工 作 转速(一 般 为 每 分钟 几 百 转)需 要200400ms。价格价格 价格较高 价格低廉 应用场景应用场景 自动贩卖机、售票机、复印机、机器人、光盘驱动器（Blu-ray/DVD等）、激光打印机、数码相机、空调导风板 工业机器人的关节、人形（类人）机器人的关节、机械的控制装置、电动车辆等的自动门、液晶和半导体的检查装置等的 X-Y 工作台、冲压和辊式给料机、机床和检查装置的旋转工作台 资料来源：工业机器人公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。61 机械设备机械设备 伺服电机中交流逐渐替代直流，永磁同步交流伺服为主流之选。伺服

247、电机中交流逐渐替代直流，永磁同步交流伺服为主流之选。伺服技术持续由直流伺服系统转向交流伺服系统。目前国际市场几乎所有的新产品都是交流伺服系统。在交流伺服系统中，电机的类型有永磁同步交流伺服电机（PMSM）和感应异步交流伺服电机（IM）。其中永磁同步电机具备优良的低速性能，可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广，动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在低成本或大功率场合得到重视。例如西门子的伺服电机在功率为 30kW 以下多采用永磁同步电机 1FK、1FT 系列，而功率在30kW 以上多采用 1PH 异步电机

248、。图表图表104：西门子西门子 1FK 系列永磁同步伺服电机订货最大功率系列永磁同步伺服电机订货最大功率 7.5kW 图表图表105：西门子西门子 1PH 系列系列交流异步伺服交流异步伺服电机电机最大功率最大功率 45kW 资料来源：西门子官网，华泰研究 资料来源：西门子官网，华泰研究 永磁同步电机伺服控制原理较交流异步电机更加简单。永磁同步电机伺服控制原理较交流异步电机更加简单。伺服驱动器通过采用磁场定向的控制原理和坐标变换实现矢量控制，同时结合正弦波脉宽调制控制模式对电机进行控制。永磁同步电动机的矢量控制一般通过检测或估计电机转子磁通的位置及幅值来控制定子电流或电压，电机的转矩便只和磁通、

249、电流有关，与直流电机的控制方法相似，可得到很高的控制性能。对于永磁同步电机，转子磁通位置与转子机械位置相同，通过检测转子的实际位置就可得知电机转子的磁通位置；而对于异步电机而言，编码器采集的转子机械速度或位置信号并不是旋转磁场速度，不能代表磁通位置，因此无法直接进行磁场定向完成闭环控制，需要考虑转差。因此永磁同步电机的矢量控制比起异步电机的矢量控制有所简化。图表图表106：伺服电机闭环控制，伺服电机闭环控制，将编码器检将编码器检所得所得信息反馈给控制器来控制位置信息反馈给控制器来控制位置，步进电机开环控制无反馈过程，步进电机开环控制无反馈过程 资料来源：交流异步电机伺服系统设计与研究（王秀莲等

250、，2012），万泰电机公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。62 机械设备机械设备 旋转旋转 or 直线：直线电机可视为旋转电机的结构变形，高速响应高精度直线：直线电机可视为旋转电机的结构变形，高速响应高精度 直线电机可认为是旋转电机径向剖开后的变形，结构及运行原理与旋转电机相似。直线电机可认为是旋转电机径向剖开后的变形，结构及运行原理与旋转电机相似。电机诞生以来一直以旋转电机形式存在，本篇报告此前部分都基于旋转电机进行分类。直线电机是近年来快速发展的一种新型电机，直线电机运动形式是沿直线运动,不同于旋转电机驱动直线运动时需要螺纹传动装置。直线电机主要由

251、定子（初级）、动子（次级）、滑动导轨、位置测量系统和工作台组成。直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初级和次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。图表图表107：直线电机可认为是旋转电机径向剖开后的变形，结构及运行原理与直线电机可认为是旋转电机径向剖开后的变形，结构及运行原理与感应感应电机相似电机相似 资料来源：直线电机原理及其在精密工作台中的应用（张乾等，2017），华泰研究 直线电机在线性运动中无需传动环节直

252、线电机在线性运动中无需传动环节，可以达到高响应速度和高精度。可以达到高响应速度和高精度。旋转电机在实际运用到线性运动中时，需要一系列中间传动环节，如联轴节、丝杠等，这些部件在启动、加减速、反转、停车等动作时产生弹性变形、摩擦、反向间隙等，造成运动的滞后和非线性误差，产生电能消耗。此外，这些中间环节也加大了系统的惯性质量，影响了对运动指令的快速响应。直线电机取消了从电机到工作台之间的一切中间传动环节，在做线性运动时无需将旋转运动转化为线性运动附加装置，简化了电机结构，实现“直接传动”，也就是“零传动”，排除中间环节造成的各样误差，减少了电能损耗，因此直线电机在性能上有原旋转电机驱动方式无法达到的

253、高精度、高速度、高加速度等性能指标和优点。图表图表108：直线电机具有高响应速度、高精度、加减速快等优势直线电机具有高响应速度、高精度、加减速快等优势 资料来源：电机新视界公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。63 机械设备机械设备 直线电机主要应用于高精度高端场景。直线电机主要应用于高精度高端场景。直线电机凭借本身高精度、高速度、高加速度等方面的性能优势，主要应用于高精度或节拍要求较高的场景，高速磁悬浮列车是直线电机实际应用中最典型的例子。选择发展直线电机的设备企业都采用扬长避短的手法，一是将直线电机应用在面向大批量生产、定位运动多、方向频繁转变的场合

254、，如汽车零部件加工机床，快速原型机及半导体生产机等；二是用于荷载低、工艺范围大的场合，例如电加工机床、等离子切割机、水切割机等。从应用行业角度来看，直线电机在 3C、半导体、锂电池、激光加工机床等领域应用较多，医疗（生命科学、医疗设备等）、航空（飞行控制系统、飞行员反馈系统等）等领域也可看到直线电机的应用。图表图表109：短初级直线感应电机在城市轨道交通车辆的应用短初级直线感应电机在城市轨道交通车辆的应用 图表图表110：直线电机直线电机用于用于激光微加工平激光微加工平台台 资料来源：直线电机在轨道交通中的应用与关键技术综述（吕刚，2020），华泰研究 资料来源：新日升传动公司公众号，华泰研究

255、 图表图表111：多家公司布局多家公司布局直线电机直线电机业务业务 厂商厂商 直线电机业务直线电机业务 Akribis 雅科贝思 AWM 系列、AXD-ERA 系列直线电机等。大族电机 公司于 2005 年引进优秀海外团队组建而成，参与永磁式直线电动机通用技术条件GB/T 34115-2017 国家标准起草与制定，是大族激光的核心业务板块之一。鸣志电器 产品有外部驱动式直线步进电机（包含螺纹丝杆和滚珠丝杆），贯穿轴式直线步进电机，推杆式直线步进电机，永磁式直线步进电机。最大推力可达 1100N，标准导程从 0.6 到 25.4mm，最高速度可达 254mm/s。德康威尔 DA-A60 系列直线

256、电机、DA-A82 系列直线电机等。智赢制造 公司以直线电机、直线电机模组、DD 马达(力矩电机)、精密平台、工业机器人为主导产品。泰科贝尔 LMU 无铁芯直线电机系列、LMT 有铁芯直线电机系列。资料来源：电机新视界公众号，华泰研究 典例：矿山机械典例：矿山机械/数控机床中多种电机“各司其职”数控机床中多种电机“各司其职”矿山机械：交流电机为主流，永磁电机节能特性顺应“绿色矿山”矿山机械：交流电机为主流，永磁电机节能特性顺应“绿色矿山”矿山机械行业矿山机械行业中主要使用高性价比感应电机，永磁电机因其节能属性逐步开始应用中主要使用高性价比感应电机，永磁电机因其节能属性逐步开始应用。矿山机械传输

257、设备主要使用同步或异步的交流电机。在矿井提升机为代表的矿山高性能调速应用中，交流同步电机的交-直-交变频调速方案占据主要市场。鼠笼电机的交-直-交变频调速系统更容易实现防爆设计，适应矿山开采现场大量灰尘，空气潮湿的恶劣环境，所以在控制性能要求不高的井下皮带输送、暗井提升、水泵和辅助运输系统中占据主流。开关磁阻电机变频传动主要应用于采煤机牵引和矸石山绞车等应用中。永磁同步电机因其节能特性及其他优异性能，在矿井皮带机、刮板输送机和辅助运输胶轮车等得到初步应用。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。64 机械设备机械设备 图表图表112：直流电机，交流异步电机，永磁同步电机三种

258、矿山机械应用电机对比直流电机，交流异步电机，永磁同步电机三种矿山机械应用电机对比 资料来源：电气传动公众号，华泰研究 图表图表113：佳电股份矿用机械电机中三相异步电动机为主流，部分场景尝试永磁电机佳电股份矿用机械电机中三相异步电动机为主流，部分场景尝试永磁电机 资料来源：佳电股份官网，华泰研究 矿山电矿山电力传动由低调速能力交流传动到直流传动再到“力传动由低调速能力交流传动到直流传动再到“交直交变频调速交直交变频调速”交流电动机主导，”交流电动机主导，变频器发展助推演变过程。变频器发展助推演变过程。我国矿山电力传动系统发展历程主要包括：阶段一：阶段一：十九世纪五、六十年代，我国矿山大功率电力

259、传动系统一般采用交流传动方式。优点是技术简单，设备及安装费用低，建筑面积小，运行维护容易。缺点是电气调速性能差，需要另外增设传动装置，增加设备投资和系统的复杂性。阶段二：阶段二：十九世纪七十年代后，矿井规模变大深度变深，交流传动控制方法不成熟且受到电动机和控制设备制造容量的限制，所以对提升容量大、速度快的大型矿井，一般采用直流传动装置。矿山大功率直流传动系统主要采用晶闸管变流器电动机传动方式，动作速度快、调速平滑稳定，但它产生较大的起动压降，对电网的无功冲击大；运行功率因数低效率低；电机费用高。阶段三：阶段三：随着微电子技术、交流传动控制理论的进一步发展，矿山大功率传动的发展方向开始重新转向交

260、流传动，交流变频传动正式开始占据市场主体。我国从 1985 年起引进交-交变频设备，主要用于轧机和矿井提升机。三相交-交变频的同步电机调速系统是低速、大功率、高性能传动领域的选择方案之一，并取得了良好的技术经济效益。但交-交变频器需要为数众多的晶闸管，在深控时功率因数低，对电网注入大量谐波，影响矿井电网质量，需要附加滤波器进行无功补偿，增加了投资成本、占地面积和维护量。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。65 机械设备机械设备 阶段四：阶段四：随着交-直-交功率变换拓扑控制策略的成熟以及高压大功率全控器件进入商品化时代，性能更为优异的交-直-交大功率中高压变频器作为交-

261、交变频器的替代者并迅速确立其主导位置。单元串联型多电平高压变频器及中点箝位型三电平 NPC 变频器助推交流电机传动逐渐成为矿山电气传动的主流方案。图表图表114：大功率矿井提升机为代表的矿山电力传动发展历程大功率矿井提升机为代表的矿山电力传动发展历程 资料来源：电气传动杂志公众号，华泰研究 矿井提升机矿井提升机：变频调速助力下，交流电机凭借低成本和高安全性逐渐成为主流应用。：变频调速助力下，交流电机凭借低成本和高安全性逐渐成为主流应用。起升机构的基本要求是速度平稳、转速范围低、初始成本低、加减速特性平滑、起动和拉出力矩大、可靠性好。电矿井提升系统一般使用直流或三相感应电机作为驱动器，如何选择取

262、决于矿井提升要求、电力供应和成本，其中感应电机更为主流。直流电机可接受独立加载，适应矿井提升机速度和转矩的多样性。感应电机结构简单、坚固、施工成本低，鲁棒性好，可靠性高，鼠笼感应电机更易进行防爆设计。感应电机在矿井提升机应用中的调速问题随变频器发展得到解决，2006 年国产四象限背靠背式 NPC 中压变频调速系统首先在矿井提升机领域得到应用，TKD 系统进一步优化调速方案。目前部分矿井也使用性能更加优良、节能属性突出但成本昂贵的永磁内装式矿井提升机。图表图表115：ABB 矿井提升机矿井提升机 图表图表116：永磁内装式矿井提升机驱动原理永磁内装式矿井提升机驱动原理 资料来源：ABB 官网，华

263、泰研究 资料来源：永磁内装式矿井提升机应用技术研究（李玉强等，2019），华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。66 机械设备机械设备 数控机床：主轴多用感应电机，进给电机中永磁伺服为主流数控机床：主轴多用感应电机，进给电机中永磁伺服为主流 驱动电动机是数控机床的执行元件，用来完成进给运动和主轴驱动。驱动电动机是数控机床的执行元件，用来完成进给运动和主轴驱动。机床所使用的驱动电动机大致可以分为进给电动机和主轴电动机两类，当几个坐标的进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。用于驱动数控机床各个坐标轴进给运动的称为进给电动机，操纵相应的手柄和转盘，

264、即可获得所需要的进给量。而主轴电动机通常是旋转运动，不需要丝杠或其他直线运动装置。一般进给电机需要对刀具进行精准控制，使用步进电机或伺服电机；主轴电机主要使用三相交流异步电动机，部分也使用直流电动机。图表图表117：数控机床电动机可分为进给电机和主轴电机数控机床电动机可分为进给电机和主轴电机，进给电机主流为永磁伺服，主轴电机主流为感应电机，进给电机主流为永磁伺服，主轴电机主流为感应电机 资料来源：沈阳中捷众创智能装备有限公司公众号，卧龙电驱官网，登奇机电官网，华泰研究 交流异步电机性价比较高，为主轴电机主流应用。交流异步电机性价比较高，为主轴电机主流应用。主轴电机强调力量，转速高，较多情况没有

265、位置控制要求，速度精度要求不高。主轴电机主要需要满足：1）电动机功率大，并且在大的调速范围内，速度要稳定；2）在断续负载下，电动机转速波动要小；3）调速范围较高但低于进给电机，保证数控机床合用于各种不同的刀具、加工材质；4）过载能力较强。目前机床主轴和主轴电机通常打包生产，融合后称为电主轴，其中主轴电机大多使用性价比较高且具有过载能力的交流异步电机。但因为和伺服系统的适配以及良好性能，高速永磁交流伺服在部分高端机床应用上开始逐步取代异步变频驱动，提高效率和速度。图表图表118：卧龙电驱电主轴电机产品大多为交流异步电机卧龙电驱电主轴电机产品大多为交流异步电机 资料来源：卧龙电驱官网，华泰研究 免

266、责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。67 机械设备机械设备 机床进给电机精度控制要求较高，永磁伺服电机为主流应用。机床进给电机精度控制要求较高，永磁伺服电机为主流应用。进给电机更强调精度与效率，突出高速、高精、高动态、高刚性的特点。进给电机主要要求有：1）机械特性要求伺服电机的速降小、刚度大；2）快速响应，在轮廓加工，特别对曲率大的加工对象进行高速加工时要求较严格；3）调速范围大，使数控机床合用于各种不同的刀具、加工材质，适应各种不同的加工工艺；4）一定的输出转矩，并要求一定的过载转矩。因此高端数控机床进给电机主要使用高功率密度永磁伺服电机，满足高速、高精、高响应、高密度

267、的装备需求。进给电机的新方案为直线电机驱动数控工作台进给电机的新方案为直线电机驱动数控工作台，达到高效率快响应目的，达到高效率快响应目的。根据雅科贝思数据，传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动形式进给速度一般为 30-48m/min，反响间隙大于等于 3m，难以满足部分高速高精度情况的加工需要。直线电机驱动工作台做直线运动时无需机械传动结构，降低误差和磨损，提升精度、响应速度和寿命，其速度大于 60m/min，反响间隙约等于 0；直线机床精度寿命可达 10 年；直线电机直接驱动的工作台无反向工作死区；由于电机惯量小，由其构成的直线伺服系统可以达到较高的频率响应。图表图表119：Akribis 机

268、床专用直线电机机床专用直线电机 AKM 系列系列 图表图表120：直驱伺服响应速度更快直驱伺服响应速度更快 资料来源：Akribis 公众号，华泰研究 资料来源：Akribis 公众号，华泰研究 图表图表121：相比于传统的伺服电机相比于传统的伺服电机+滚珠丝杆滚珠丝杆/齿轮齿条的驱动方式，直线电机驱动齿轮齿条的驱动方式，直线电机驱动在机床方面应用在机床方面应用优势明显优势明显 对比项对比项 传统旋转电机传统旋转电机 直线电机直线电机 快移速度 36-48m/min 60m/min 定位精度 0.005-0.1mm 0.002-0.005mm 反响间隙 3m 0 机床精度寿命 2-3 年 10

269、 年 资料来源：Akribis 公众号，华泰研究 未来：定子扁线化与碳化硅应用成为提升电机能效新方向未来：定子扁线化与碳化硅应用成为提升电机能效新方向 扁线定子设计通过增加槽满率扁线定子设计通过增加槽满率提升提升电机效率、功率密度、散热能力电机效率、功率密度、散热能力。传统的永磁同步电机使用圆线电机，圆线电机中线圈绕组在电机内部线圈槽内，相邻三根圆线之间会有空隙，空间利用率低，功率密度偏低，动力偏弱。扁线电机定子绕组所用的导线形态发生变化，从多根细的圆线转变成几根粗的矩形导线，根据汇川联合动力数据，相比圆线电机，扁线电机槽满率提升 20%以上，磁场强度和电机功率明显提升。胡昊波 2022 年在

270、论文电动汽车用扁线永磁电机交流铜耗计算与分析研究中提到，采用不同截面配比的扁线缠绕可以在高频 1000 Hz 工况下进一步减少 23.5%的铜耗。综合相比传统原线电机，扁线电机具有高功率密度、高能量转换效率、良好的 NVH 性能（电磁噪音低）、优异散热性能等优势。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。68 机械设备机械设备 图表图表122：传统圆线绕组存在较大空隙传统圆线绕组存在较大空隙 图表图表123：矩形扁线绕组空间利用率更高矩形扁线绕组空间利用率更高 资料来源：电动汽车用扁线永磁电机交流铜耗计算与分析研究（胡昊波，2022），华泰研究 资料来源：电动汽车用扁线永磁电

271、机交流铜耗计算与分析研究（胡昊波，2022），华泰研究 扁线电机目前主要应用于新能源汽车，多企业布局扁线业务。扁线电机目前主要应用于新能源汽车，多企业布局扁线业务。扁线电机还没有进入大规模应用阶段，当前主要应用为电动汽车市场，其中特斯拉、广汽、蔚来、比亚迪、吉利、上汽等相继采用扁线电机。2020 年以来理想 ONE、蔚来 ES6 等车型开始采用扁铜线绕组永磁同步电机，2023 年比亚迪海豚、仰望 U8 等车型也采用扁线永磁电机。根据 NE 时代数据，2022 年新能源车扁线电机出货量达 276.2 万套，市场占比 47.6%。目前由于研发能力及技术水平的不同，各个厂家在扁线电机的布局进度不尽相

272、同，扁线电机厂商中按照出货量排序，弗迪动力领先，特斯拉、联合电子排名二、三名。国内汇川技术、方正电机、大洋电机等企业都在持续研发扁线绕组技术，目前都已量产出货。图表图表124：多家企业布局扁线业务多家企业布局扁线业务 企业企业 扁线业务发展情况扁线业务发展情况 弗迪动力 2015 年启动扁线电机技术自主研究，2017 年扁线电机首样成功，国内率先实现 6 层扁线设计，次年实现产业化，现如今已实现扁线电机研发设计、生产设备、生产工艺的自主化。特斯拉中国 特斯拉拥有 5 种型号的驱动电机，包括 3 台圆线电机和 2 台扁线电机。2021 年，特斯拉换装国产扁线电机3D6，带动渗透率大幅提升。方正电

273、机 2018 年，方正电机引入牛名奎博士后，系统开发了扁线电机以及自动化生产设备，目前已经小批量供应。联合电子 2021 年，联合电子首次提出 X-Pin 绕组概念，并于 2023 年 6 月率先实现批产应用，首批 500 件 X-Pin 样件在联合电子太仓工厂下线。大洋电机 2021 年 7 月，大洋电机在投资者互动平台上表示，扁线电机技术已在 48V BSG 总成产品上实现应用和量产。汇川联合动力 苏州汇川联合动力扁线电机已在多个客户车型上批量，2022 年发货 20 万台以上。资料来源：行家说动力总成公众号，华泰研究 扁线电机工艺复杂扁线电机工艺复杂、设备精度要求高，限制大规模量产。、设

274、备精度要求高，限制大规模量产。扁线电机虽然性能较强但大规模应用不易，主要因为扁线电机制造工艺复杂、设备精度要求高，必须依赖专业的高端设备才能实现大规模量产。扁线电机装配可分为定子、转子、合装三大工艺环节，其中转子线和合装线相对简单，而定子装配线有多道复杂工序，对设备精度和工艺一致性要求极高。扁线电机生产三个核心工艺为 PIN 成型（将扁漆包线放卷、矫直、去漆皮、去毛刺、牵引、裁断、移载以后，通过折弯或冲压的方式制成绕组，主要为制成 H Pin）、扭转（将插好 PIN的定子端部的 PIN 脚按照先外层后内层的顺序进行交错扭转变形）、动平衡（对电机转子进行动平衡检测并切削加工）。免责声明和披露以及

275、分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。69 机械设备机械设备 图表图表125：扁线电机工艺复杂、设备精度要求高扁线电机工艺复杂、设备精度要求高 工艺定义工艺定义 难点难点 解决方案（以汇川技术为例）解决方案（以汇川技术为例）PIN 成型成型 PIN 成型指将扁漆包线放卷、矫直、去漆皮、去毛刺、牵引、裁断、移载以后，通过折弯或冲压的方式制成 H Pin。难点在于放卷张力控制和冲压成型要求高精度；去漆皮、去毛刺、牵引、裁断要求既保证功能实现，又需要尽可能降低机械冲击和伺服负载率。扭转扭转 扭转指将插好 PIN 的定子端部的 PIN 脚按照先外层后内层的顺序进行交错扭转变形。扁线电机定子一般有

276、48 槽，每槽48 层扁线。扭转过程中，Z轴持续匀速下降，扭转盘动作由外而内依次进行，并与 Z 轴保持一定同步关系。工艺难点在于根据材料特性分析数据建立扭转模型仿真，输出形变过程的离散位置和角度点，耦合成同步曲线。汇川解决方案中扭转过程更加接近材料特性，仿真输出离散 Z 轴位置和 C 轴角度，拟合成凸轮曲线，动作更平滑，成型效果更好；同时配方切换时，工艺的参数变更操作也更灵活、快捷。动平衡动平衡 动平衡即对电机转子进行动平衡检测并切削加工。电机转速高达几万转，因此对电机转子的尺寸均匀分布要求很高 动平衡检测设备通过一个主动轴经过皮带，带动被测电机转子高速旋转。旋转过程中，若转子有偏心的情况，则

277、会引起皮带波动，最终通过传感器将波动信号传输到高速采集模块中进行分析处理，给出切削位置和切削量，并进行切削处理。资料来源：汇川技术公众号，华泰研究 碳化硅为电机提升能效提供新方向。碳化硅为电机提升能效提供新方向。当前电机能效普遍可达 90%以上，若想在现有基础上继续提升电机能效，付出成本将倍数级增加。因此，提高电机控制单元中的主逆变器能效成为提升整个电驱系统能效的新方向。主逆变器是电机控制单元中的核心部件，其能效将直接影响整个电驱系统的能效。目前，主流的逆变器模块采用的是 IGBT 模块，虽然 IGBT模块成本较低，但其效率较低，导致整个电驱系统的能效无法达到最优。而采用 SiC（碳化硅）MO

278、SFET 模块可以实现从电池到电机路径的效率提升，给所带动机械省去能耗。图表图表126：博世（博世（Bosch）的逆变器采用碳化硅半导体）的逆变器采用碳化硅半导体 图表图表127：安森美半导体安森美半导体 650V SiC MOSFET 资料来源：智芯通公众号，华泰研究 资料来源：安森美半导体公众号，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。70 机械设备机械设备 碳化硅属于宽禁带材料，介电击穿强度和热导率高，开关速度更快。碳化硅属于宽禁带材料，介电击穿强度和热导率高，开关速度更快。SiC 是一种半导体材料，它的带隙(3.26 eV）比硅（1.12 eV）大，作为电

279、机控制单元的核心器件具有许多优点。首先，碳化硅体积较小，有利于封装和集成，可以为电机控制单元的设计提供更多的灵活性。其次，碳化硅开关/导通响应快且损耗更小，能够大大提高电机的效率，从而降低机械设备的能耗。再次，碳化硅的耐压值高，是硅基的 10 倍，可以使用更高的电压，从而提高电机的功率密度，提高设备的续航能力和性能。此外，碳化硅导热率高，热导率比硅高三倍，利于散热，可以进一步提高电机的效率和稳定性。碳化硅 SiC MOSFET 的优点使其成为电机控制单元的理想选择。图表图表128：碳化硅碳化硅宽禁带优势宽禁带优势 资料来源：安森美半导体公众号，华泰研究 碳化硅目前发展的痛点主要在于规模迅速扩大

280、碳化硅目前发展的痛点主要在于规模迅速扩大及高效降本及高效降本。虽然碳化硅晶体管带来更大价值，但仍面临一些技术性和商业性的挑战。材料衬底方面，由于碳化硅衬底生产效率低，成本比硅晶片高出许多，再加上后期的外延、芯片制造及器件封装等低成品率，导致碳化硅器件价格居高不下。三安光电董事长特别助理、北京三安光电有限公司总经理陈昭亮在2022 年 3 月中国电动汽车百人会论坛发表演讲表示，根据行业预测，目前碳化硅器件批量化价格仍是硅基 IGBT 的 3-5 倍。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。71 机械设备机械设备 在具身智能中的应用：特斯拉在具身智能中的应用：特斯拉 Optim

281、us 采用电气驱动采用电气驱动 特斯拉人形机器人特斯拉人形机器人执行器中主要使用无框力矩电机和空心杯电机。执行器中主要使用无框力矩电机和空心杯电机。旋转执行器、线性执行器、灵巧手共同构建人形机器人全身关节，目前人形机器人驱动主流方案都需电机完成电气传动。相比液压驱动方案，电气传动方案可靠性和精度高、安静、高效、成本低。人形机器人具有结构紧凑、关节扭矩大的特点，因此目前身体关节选用无框力矩电机，无框力矩电机一般为直流或交流的永磁电机；而手部电机要求体积小、精度高，主流应用为空心杯电机。图表图表129：特斯拉特斯拉 Optimus 旋转执行器中使用无框电机旋转执行器中使用无框电机 图表图表130：

282、特斯拉特斯拉 Optimus 的手部模组的手部模组 资料来源：Tesla AI Day 2022，华泰研究 资料来源：Tesla AI Day 2022，华泰研究 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。72 机械设备机械设备 机械传动：机械传动：高精控制百宝箱高精控制百宝箱 机械传动：高精确度的转矩、转速变换器机械传动：高精确度的转矩、转速变换器 机械传动即用各种形式机构传递运动和动力，机械传动即用各种形式机构传递运动和动力，主要用于转变原动机输出的动力及运动形式，以满足工作机需求，多种基本传动机构组合即构成机械传动系统。按零件功能进行拆分，一般的机械传动系统主要由传动类

283、零件、导向支承类零件、连接类零件与箱体四大部分组成：1）传动类零件用于传递运动和动力，如齿轮、带、带轮等；2）导向支承类零件用于导向、支承传动零件，如轴、轴承等；3）连接类零件用于将两个及两个以上零件连接成一个整体，如键、联轴器等；4）箱体用来支承和固定传动零件，为传动零件提供密封的工作空间。机械传动特性包括运动与动力特性。机械传动特性包括运动与动力特性。机械传动系统运动特性主要包括转速、传动比、变速范围等，其中，传动比为主动件转速与从动件转速之比，传动比1 为减速传动，传动比1 为增速传动，传动系统总传动比为各级传动比的乘积。动力特性主要包括功率、转矩、机械效率、变矩系数等，机械传动系统总效

284、率即为传动机构、轴承、联轴器等组成部分效率的连乘积。图表图表131：机械传动系统的一般组成机械传动系统的一般组成 资料来源：潘传九化工设备机械基础（2018），华泰研究 图表图表132：各类传动机构可实现的运动、动力转换功能各异各类传动机构可实现的运动、动力转换功能各异 资料来源：秦大同等现代机械设计手册（2019），华泰研究 形式形式形成形成方向方向速度速度大小大小形式形式丝杠螺母齿轮齿轮齿条链轮链条带、带轮缆绳、绳轮杠杆机构连杆机构凸轮机构摩擦轮万向节软轴蜗轮蜗杆间歇机构运动的变换运动的变换动力的变换动力的变换传动机构传动机构 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。7

285、3 机械设备机械设备 传动比精确为机械传动核心优势，传动比精确为机械传动核心优势，主要用于中低速有级变速传动。主要用于中低速有级变速传动。作为三大传动方式之一，相较于液压传动、电气传动，机械传动主要优点在于：1）传动比准确，适用于定比传动；2）实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；3）故障容易发现，便于维修；4）传动效率高。但机械传动一般情况下不够平稳，制造精度不高时，振动和噪声较大，实现无级变速的机构较复杂，成本高，故机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中。图表图表133：机械传动与电气传动、流体传动对比机械传动与电气传动、流体传动对比 资料来源：李壮云液压元件与系统（2019），

286、华泰研究 根据原理根据原理差异差异，机械传动可分为摩擦、啮合、推压传动三类，机械传动可分为摩擦、啮合、推压传动三类。其中，摩擦传动主要包括带传动、绳传动等；啮合传动主要包括齿轮传动、螺杆传动、螺旋传动、链传动、同步带传动等，推压传动主要包括凸轮机构、连杆机构等。此外，机械传动也可按照传动比是否改变划分为固定传动比（摩擦轮机构、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动）、可调传动比（有级变速传动、无级变速传动）、变传动比（连杆机构、非圆齿轮传动、不完全齿轮传动、凸轮机构、槽轮机构、棘轮机构）；按照能量流动路线划分为单流传动与多流传动等。图表图表134：机械传动可按照传动原理分为摩擦传动、啮合

287、传动、推压传动三类机械传动可按照传动原理分为摩擦传动、啮合传动、推压传动三类 资料来源：秦大同等现代机械设计手册（2019），华泰研究 液压传动液压传动气压传动气压传动定义定义通过机械构件如杠杆、凸轮、齿轮、轴、皮带、链条等把能量和动力传送给工作机构利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制能量和动力功率与质量比功率与质量比小小大中等转矩与转动惯量比转矩与转动惯量比小小大中等响应速度响应速度低中等高低可控性可控性差中等好中等负载刚度负载刚度中等差大差调速范围调速范围小中等大小控制精度控制精度高高一般一般优缺点总结优缺点总结优点:优点:传动准确可靠、制造容易、操作简单、维护方便、传动效率高；缺点:

288、缺点:不能进行无级调速，远距离传动较困难，结构复杂；优点:优点:能量传递方便，信号传递迅速，标准化程度高，易于实现自动化；缺点：缺点：运动平稳性差，易受外界负载影响，惯性大，起动及换向慢，成本较高等；优点：优点：功率-质量比大，速度调节容易，操纵省力等；缺点：缺点：温度影响较大，传动效率低，传动精度较差；优点：优点：结构简单，成本低，易于实现无级调速，阻力损失小等；缺点：缺点：空气易压缩，负载对传动特性的影响较大，工作压力低，只适合于小功率传动典型应用场景典型应用场景机械传动中齿轮传动应用最广，用于机器人等智能装备及各类机械装置中所有工作机械均有应用工程机械、压力机械等大功率应用场景；机床等需

289、无级变速应用场景；航空工业等对功率与质量比较敏感应用场景电子工业、包装机械、食品机械等小功率应用场景传动特性传动特性机械传动机械传动电气传动电气传动流体传动流体传动以有压液体或气体为工作介质，通过动力元件把原动机输出的机械能转化为液体或气体的压力能，进而借助管道和控制元件把有压液体或气体输送到执行元件，从而把压力能转换为机械能，驱动负载直线/回转运动啮合传动直接接触有中间件普普通通齿齿轮轮传传动动非非圆圆齿齿轮轮传传动动不不完完全全齿齿轮轮传传动动行行星星齿齿轮轮传传动动蜗蜗杆杆传传动动螺螺旋旋传传动动链链传传动动链链式式无无级级变变速速同同步步带带传传动动机械传动机械传动直接接触摩擦传动有中

290、间件摩摩擦擦轮轮机机构构摩摩擦擦式式无无级级变变速速带带传传动动带带式式无无级级变变速速绳绳传传动动推压传动直接接触有中间件凸凸轮轮机机构构棘棘轮轮机机构构槽槽轮轮机机构构连连杆杆机机构构 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。74 机械设备机械设备 不同不同应用应用场景传动机构需求不同，一般组合应用。场景传动机构需求不同，一般组合应用。机械传动的选择一般考虑 7 大因素6：1)执行系统的工况及工作要求与原动机机械特性的匹配执行系统的工况及工作要求与原动机机械特性的匹配程度程度：若原动机性能完全适合执行系统的工况和工作要求，可采用无滑动的机械传动使两者同步，若执行系统要求

291、输入速度能调节，应选择能调速的传动系统；2)工作要求传递的功率：工作要求传递的功率：如蜗杆传动工作时发热情况较为严重，传递功率不宜过大；摩擦轮传动须有足够的压紧力，不宜用于大功率传动；带传动和链传动若需增大传递功率，则需增大链的排数和带的根数，会引起载荷分布不均；齿轮传动在传递大功率方面优于其他传动，应用最广。3)工作要求传递的运转速度：工作要求传递的运转速度：若要求较高的运转速度，一般采用高精度直齿圆柱齿轮传动、同步带传动、齿形链传动；普通 V 带传动速度太大、离心力过大，会缩短带的工作寿命，因此带传动的最大允许速度应低于 40m/s；链传动存在运动不匀性，不适用于高速传动场合。4)机械传动

292、机构的效率：机械传动机构的效率：满足传动比、功率等指标的前提下，一般选用单级传动，缩短传动链，提高传动效率。5)结构布置与外廓尺寸：结构布置与外廓尺寸：传动尺寸紧凑，一般选用齿轮传动、蜗杆传动、行星齿轮传动；传动距离较远，一般采用带传动、链传动。6)机械运转环境与安全性：机械运转环境与安全性：如工作环境恶劣，一般选用链传动。7)考虑经济性。考虑经济性。结合各应用场景机械传动机构的选择，凸轮、连杆、齿轮机构较为常用，其中齿轮齿轮机构机构传动精确、强度大、负载高、结构紧凑、摩擦力小、效率高，在生产活动中最为常用。此外，螺旋机构中滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动摩擦损失小、传动效率高、精度高、可保障高速进给

293、与微进给，在工具机械与精密机械中最为常用。但当前生产环境较为复杂，为实现执行构件的运动形式、运动参数及运动协调关系，机械传动机构一般组合应用。图表图表135：牛头刨床机械传动系统包括带传动机构、齿轮机构、连杆机构、螺旋机构牛头刨床机械传动系统包括带传动机构、齿轮机构、连杆机构、螺旋机构 资料来源：周桂英机械基础（2016），华泰研究 6 机械设计（上册）：机器与机构分析和设计 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。75 机械设备机械设备 图表图表136：各主要传动机构应用场景各异各主要传动机构应用场景各异 资料来源：李会文等机械分析应用基础（第 2 版）（2017），华泰

294、研究 类型类型运动形式变换运动形式变换图例图例功率/kW功率/kW效率/%效率/%优点优点缺点缺点应用应用平面连杆平面连杆机构机构回转、摆动、往复移动回转、摆动、往复移动大、中、小较高结构简单、制造方便；行程较大；连接处为面接触，磨损较轻，能承受较大载荷一般不宜高速运动常用于重型机械、轻工机械、农业机械及机床、仪表等凸轮凸轮机构机构回转往复移动、摆动小较低可实现从动件的任意运动规律凸轮制造复杂；高速时冲击较大常用于自动机床的进给机构、印刷机、内燃机、纺织机等棘轮棘轮机构机构摆动间歇回转或移动中、小较低结构简单，角位移调节方便平稳性差；高速时噪声大；传递动力不宜过大常用于间歇转动角度很小或常需调

295、节转角大小的场合，如牛头疱疮工作台的进给机构槽轮槽轮机构机构回转间歇回转中、小较高结构较简单，工作可靠；运动较平稳间歇运动转角不可调；每次槽轮转角不小于45多用于不需经常调节转角的转位运动，如自动机床上的转动刀架V带传动V带传动机构机构回转移动1009497能远距离传动；工作平稳；能吸振缓冲；过载打滑起保护作用；结构简单、成本低传动比不准确常用于机床、运输机、农业机械、纺织机械等，通常置于传动系统的高速级链传动机链传动机构构回转移动1009297可在高温、油、酸等恶劣环境下工作；远距离传动瞬时传动比有波动常用于农业、化工、石油、矿山机械以及运输机械和起重机械等。通常置于传动系统的低速级圆柱齿轮

296、圆柱齿轮机构机构回转回转(两轴平行)750(直齿)50000(斜齿)9598(直齿)9699(斜齿)锥齿轮机锥齿轮机构构回转回转(两周垂直相交)5009598蜗杆蜗杆机构机构回转回转(两周垂直相交)507082传动比大而尺寸小；传动平稳效率低；因摩擦大，部分涡轮需用价格较贵的青铜制造常用于车床溜板箱、铣床分度头、手动辘轳滑动螺旋滑动螺旋机构机构回转移动中、小3060工作平稳；运动精度较高；尺寸紧凑；降速、增力效果好效率低、易磨损常用于机床的进给机构和机械的调速装置、起重升降装置等适用的功率和速度范围广、寿命长、效率高、传动比准确常用于各类机床、冶金矿山机械、起重机械、汽车、船舶、轻工机械、化工

297、机械、仪表等噪声大，制造精度要求高 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。76 机械设备机械设备 传动原理：“回转回转”、“回转移动”等运动形式传动原理：“回转回转”、“回转移动”等运动形式 机械传动可实现“回转回转”、“回转移动”等运动形式的变换，本章从机械传动可实现的运动形式变换角度出发，对主要机械传动机构分类及原理进行分析。回转回转：齿轮传动应用最为广泛，轮系为主要应用形式回转回转：齿轮传动应用最为广泛，轮系为主要应用形式 齿轮机构通过一对齿轮的齿面依次啮合来传递空间两任意轴之间的运动和动力。齿轮机构通过一对齿轮的齿面依次啮合来传递空间两任意轴之间的运动和动力。根据

298、两轴线间的相对位置和轮齿齿向，齿轮传动可分为平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动三大类。齿轮传动一般应用于回转回转运动过程中，但部分结构，如齿轮齿条传动（属于渐开线齿轮传动），主要用于实现回转移动变换。齿轮传动种类多样，渐开线圆柱齿轮应用最广，可用于船舶、矿山、轻工、建材等领域。图表图表137：齿轮传动分类齿轮传动分类 资料来源：秦大同等现代机械设计手册（2019），华泰研究 齿轮传动齿轮传动平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动相交轴齿轮传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动非圆齿轮传动非圆齿轮传动直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动斜齿锥齿轮传动斜齿锥齿轮传动曲线齿

299、锥齿轮传动曲线齿锥齿轮传动交错轴斜齿轮传动交错轴斜齿轮传动准双曲面齿轮传动准双曲面齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动渐开线齿轮传动渐开线齿轮传动圆弧齿轮传动圆弧齿轮传动摆线齿轮传动摆线齿轮传动其他其他普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。77 机械设备机械设备 图表图表138：齿轮传动主要特点及适用范围齿轮传动主要特点及适用范围 资料来源：秦大同等现代机械设计手册（2019），华泰研究 轮系为齿轮机构主要应用形式。轮系为齿轮机构主要应用形式。齿轮传动适用的圆周速度与功率范围

300、广，效率高，传动比稳定，寿命较长，工作可靠性较高，可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动，但不适宜于远距离两轴间传动。为弥补齿轮传动缺陷，生产中多采用一系列互相啮合的齿轮将输入轴、输出轴相连接，即轮系。轮系可一定程度弥补一对齿轮的劣势，实现较远距离传动、从动轴多种变速与换向、较大传动比，以及合成或分解运动等，应用广泛的特殊轮系如摆线针轮行星轮系、谐波齿轮系等，变速箱、差速器、齿轮减速器等均采用轮系。根据轮系运转时各齿轮轴线的几何位置是否固定，轮系可分为定轴轮系、周转轮系、混合轮系三大类。图例图例主要特点主要特点应用应用传动的速度和功率范围很大；传动效率高，一对齿轮可达0.980.9

301、95；精度愈高，润滑愈好,效率愈高；对中心距的敏感性小，互换性好；装配和维修方便；可以进行变位切削及各种修形、修缘，从而提高传动质量；易于进行精密加工，是齿轮传动中应用最广的传动高速船用透平齿轮，大型轧机齿轮，矿山、轻工、化工和建材机械齿轮等单圆弧齿轮传动单圆弧齿轮传动接触强度比渐开线齿轮高；弯曲强度比渐开线轮低；跑合性能好；没有根切现象；只有做成斜齿，不能做成直齿；中心距的敏感性比渐开线齿轮大；互换性比渐开线齿轮差；噪声稍大双圆弧齿轮传动双圆弧齿轮传动除具有单圆弧齿轮的优点外，弯曲强度比单圆弧齿轮高(一般高40%60%)，可用同一把滚刀加工一对互相啮合的齿轮，比单圆弧齿轮传动平稳，噪声和振动

302、比单圆弧齿轮小有外啮合(外摆线)内啮合(内摆线)和齿条啮合(渐开线)三种型式。适用于低速、重载的机械传动和粉尘多、润滑条件差等工作环境恶劣的场合，传动效率n=0.90.93(无润滑油时)或n=0.930.95(有润滑油时)。与一般齿轮相比,结构简单加工容易、造价低、拆修方便起重机回转机构，球磨机传动机构，磷肥工业用回转化成室，翻盘式真空过滤机底部传动机构，工业加热炉用台车拖曳机构，化工行业非圆齿轮可以实现特殊的运动和实现函数运算，对机构的运动特性很有利，可以提高机构的性能，改善机构的运动条件；如应用在自动机器中，可使机器的工作机构和控制机构具有变速运动，可以协调平行工作的机构的循环时间，用非圆

303、齿轮带动较链连杆机构的主动件时，使较链连杆机构的运动特性具有所需的形式自动机器仪器仪表、纺织机械绕线托架机构等直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动比曲线齿锥齿轮的轴向力小，制造容易机床、汽车、拖拉机等机械中轴线相交的传动斜齿锥齿轮传动斜齿锥齿轮传动比直齿锥齿轮总重合度大，噪声较低机床、汽车曲线齿锥齿轮传动曲线齿锥齿轮传动比直齿锥齿轮传动平稳，噪声小，承载能力大，但轴向力较大汽车驱动桥传动、拖拉机及机床传动是由两个螺旋角不等(或螺旋角相等,旋向也相同)的斜齿齿轮组成的齿轮副，两齿轮的轴线可以成任意角度，缺点是齿面为点接触，齿面间的滑动速度大，所以承载能力和传动效率比较低，故只能用于轻载或传递运动的场合用

304、于空间传动机构比曲线齿锥齿轮传动更平稳，利用偏置距增大小轮直径，可增加小轮刚性，传动效率比直齿锥齿轮低最广泛用于越野及小客车，也用于卡车，可用以代替蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动传动比大，工作平稳，噪声较小，结构紧凑，在一定条件下有自锁性，效率低多用于中小负荷间歇工作场景，如小型转炉倾动机构圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动接触线形状有利于形成油膜，传动效率及承载能力均高于普通圆柱蜗杆传动用于中小负荷间歇工作场景，如轧钢机压下装置环面蜗杆传动环面蜗杆传动有利于形成油膜，承载能力大，一般比普通圆柱蜗杆传动大2-3倍，但制造工艺较复杂轧机压下装置，各种绞车、冷挤压机、转炉、军工产品以及其他

305、冶金矿山设备等锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动同时接触齿数多，齿面可得到较充分的润滑和冷却，易于形成油膜，传动比较平稳，效率较普通圆柱蜗杆传动高，设计与制造较复杂结构要求比较紧凑的场合蜗杆传蜗杆传动动渐开线圆柱齿轮传动渐开线圆柱齿轮传动摆线针轮传动摆线针轮传动非圆齿轮传动非圆齿轮传动交错轴斜齿轮传动交错轴斜齿轮传动准双曲面齿轮传动准双曲面齿轮传动轧机减速器，矿井卷扬机减速齿轮，鼓风机、制氧机、压缩机减速器种类种类圆弧圆圆弧圆柱齿轮柱齿轮传动传动锥齿轮锥齿轮传动传动 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。78 机械设备机械设备 图表图表139：轮系可分为定轴轮系、周转轮系、组合轮系

306、三大类轮系可分为定轴轮系、周转轮系、组合轮系三大类 资料来源：陈霖等机械设计基础（第 3 版）（2017），华泰研究 回转移动：带传动、凸轮机构、螺旋机构较为常用回转移动：带传动、凸轮机构、螺旋机构较为常用 带传动：主要用于高速级、圆周力较小场合带传动：主要用于高速级、圆周力较小场合 带传动即两个或多个带轮之间用带作为中间挠性零件的传动，带传动即两个或多个带轮之间用带作为中间挠性零件的传动，通过带与带轮之间的摩擦或啮合来传递运动和动力。根据带传动传递力的方式不同，带传动可分为摩擦型带传动与啮合型带传动两类。摩擦型带传动由主动轮、从动轮、挠性传动带组成，传动带紧套在两个带轮上，主动轮旋转时，依靠

307、摩擦力使传动带运动而驱动从动轮转动，主要包括平带传动、V 带传动、多楔带传动、圆带传动四类，其中，V 带传动在同样张紧力下，较平带传动可产生更大的摩擦力、更高的承载力、更大的传动功率，且标准化程度高、传动比大、结构紧凑，应用最为广泛。啮合型带传动由主动同步带轮、从动同步带轮、环形同步带组成，主要靠传动带与带轮上的齿相互啮合来传递运动和动力，同步带传动为最典型的啮合型带传动。相较于摩擦型带传动，啮合型带传动传递功率大、传动比准确，多用于录音机、数控机床等要求传动平稳、传动精度较高的场合。图表图表140：带传动可分为摩擦型、啮合型两类带传动可分为摩擦型、啮合型两类 资料来源：陈霖等机械设计基础（第

308、 3 版）（2017），李会文等机械分析应用基础（第 2 版）（2017），华泰研究 轮系轮系定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系组合轮系组合轮系图例图例特点特点运转时轮系中所有齿轮的几何轴线相对于机架都是固定的，各齿轮绕自身的轴线旋转，轴线不做任何运动，为相对简单的轮系轮系运行时，太阳轮转动，带动行星轮绕自己的轴线转动(自转)，同时还在系杆的带动下随同其轴线绕太阳轮的轴线转动(公转)；周转轮系根据机构自由度差异可分为差动轮系、行星轮系两类由定轴、周转轮系组成啮合型啮合型平带平带V带V带多楔带多楔带圆带圆带同步带同步带图例特点1)由多层胶帆布构成；2)横截面形状为扁平矩形；3)工作面是与轮面相接触

309、的内表面；4)结构简单、带轮制造容易；1)横截面形状为等腰梯形；2)工作面是与轮槽相接触的两侧面，V带与底槽不接触；3)V带较平带能产生更大的摩擦力，可传递较大的功率且结构更紧凑；1)以平带为基体，内表面排布等距纵向槽(梯形)；2)工作面为梯形楔的侧面；3)兼有平带弯曲应力小和V 带摩擦力大的优点，可克服多根V带传动受力不均的缺点；1)截面为圆形；2)一般用皮革或棉绳制成；3)结构简单，但传动功率很小；1)综合了带传动、链传动和齿轮传动的特点；2)工作面呈齿形；3)具有传递功率大、传动精准等特点;应用传动中心距较大的场合应用较多。一般平带是有接头的橡胶布带，运转不平稳，不适于高速运转;在某些高

310、速机械(如磨床、离心机等)中常用无接头的高速环形胶带、丝织带和锦纶编织带等允许的传动功率比较大、中心距较小、外廓尺寸小，且V带无接头，传动较平稳，故应用最广常用于传递功率较大且结构要求紧凑及速度较高的场合，特别是要求V带根数多和轮轴垂直地面的场合常用于低速轻载的仪器或家用机械，如缝纫机、真空吸尘器、磁带盘等常用于录音机、数控机床等要求传动平稳、传动精度较高的场合摩擦型摩擦型分类分类 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。79 机械设备机械设备 带传动多用于高速级、圆周力较小场合。带传动多用于高速级、圆周力较小场合。带传动具备传动平稳、噪声小，过载保护，传动中心距较大，制造

311、简单等优点，但带传动缺点亦较为明显：带传动工作时会产生弹性滑动，不能保持准确传动比，传动进度较低；带传动轮廓尺寸大、传动效率低；带的寿命较短，对环境要求较高。故带传动主要用在传递功率不大、速度适中、传动比要求不严带传动主要用在传递功率不大、速度适中、传动比要求不严格且中心距较大场合，在多级传动系统中，带传动多置于高速级，起过载保护作用，同时格且中心距较大场合，在多级传动系统中，带传动多置于高速级，起过载保护作用，同时减小其结构尺寸与重量减小其结构尺寸与重量。链传动与带传动同属挠性传动，但链传动应用链传动与带传动同属挠性传动，但链传动应用范围范围相对少。相对少。链传动与带传动结构相似，由主、从动

312、链轮以及绕在两轮上的挠性链条组成。相较带传动，链传动没有弹性滑动和打滑，需要的张紧力小，作用在轴和轴承上的压力较小，传递功率大，传动效率高，能在潮湿、多尘、高温、有油污等恶劣条件下工作；但链传动瞬时链速和瞬时传动比不恒定，故传动平稳性差，工作时冲击、振动和噪声较大，且载荷变化大，急速反向转动时性能差。基于链传动特性，其应用场景较带传动范围小，主要用于中心距较大、要求平均传动比准确的主要用于中心距较大、要求平均传动比准确的传动，环境恶劣的开式传动，以及低速、重载传动和润滑良好的高速传动中，如农业机械、传动，环境恶劣的开式传动，以及低速、重载传动和润滑良好的高速传动中，如农业机械、矿山机械、机床及

313、摩托车等矿山机械、机床及摩托车等。图表图表141：带传动示意图带传动示意图 图表图表142：链传动示意图链传动示意图 资料来源：潘传九化工设备机械基础（第三版）（2018），华泰研究 资料来源：潘传九化工设备机械基础（第三版）（2018），华泰研究 凸轮机构：主要用于小传力往复移动场合凸轮机构：主要用于小传力往复移动场合 凸轮机构主要适用往复移动场合。凸轮机构主要适用往复移动场合。凸轮机构主要由凸轮、从动件及机架三个基本构件组成，其中，凸轮为具有曲线轮廓或沟槽的构件，在其运动时，通过轮廓或沟槽驱动从动件运动。凸轮结构简单、紧凑，设计方便，但凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，故多用

314、于传力不大而需要实现特殊运动规律的场合，如自动机床的进给机构、上料机构、多用于传力不大而需要实现特殊运动规律的场合，如自动机床的进给机构、上料机构、内燃机配气机构、印刷机和纺织机中的有关机构等内燃机配气机构、印刷机和纺织机中的有关机构等。凸轮有多种分类方式，按凸轮形状可分为盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮，其中，盘形凸轮、圆柱凸轮主要用于实现回转移动运动切换。图表图表143：凸轮机构按照凸轮形状可分为盘型凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮凸轮机构按照凸轮形状可分为盘型凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮 资料来源：李会文等机械分析应用基础（第 2 版）（2017），华泰研究 主动轮从动轮传动带圆柱凸轮圆柱凸轮移动移动凸

315、轮凸轮盘形凸轮盘形凸轮vvv 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。80 机械设备机械设备 螺旋机构：广泛应用于精密仪器仪表螺旋机构：广泛应用于精密仪器仪表 滚动滚动螺旋机构螺旋机构在在精密精密机械中最为常用机械中最为常用。螺旋机构又称丝杠螺母机构，其利用螺杆与螺母组成的螺旋副将旋转运动转换成直线运动（也可反之将直线运动转换成旋转运动），同时传递转矩和动力，并可调整零件的相对位置。螺旋机构传动结构简单，工作连续平稳，承载能力大，传动精度高，但存在摩擦损失大、传动效率低等缺点，滚动螺旋传动应用大幅改善螺旋传动缺点，在精度要求较高的机械设备、仪器仪表中广泛在精度要求较高的机械

316、设备、仪器仪表中广泛应用应用。图表图表144：螺旋传动可分为普通、滚动、静压螺旋传动三类螺旋传动可分为普通、滚动、静压螺旋传动三类 资料来源：周克媛等机械基础（第 3 版）（2017），李会文等机械分析应用基础（第 2 版）（2017），华泰研究 其他：齿轮齿条其他：齿轮齿条可实现“回转移动”的齿轮传动机构可实现“回转移动”的齿轮传动机构 齿轮齿条为齿轮传动中用于实现齿轮齿条为齿轮传动中用于实现“回转移动回转移动”的机构。的机构。如前所述，齿轮传动一般应用于“回转回转”的运动形式变换，但部分机构可实现“回转移动”，典例即为齿轮齿条。齿轮齿条由圆形的齿轮和直线形的齿条相互啮合，将加载在齿轮上的旋

317、转运动转换为齿轮与齿条间相互的直线运动。齿轮齿条传动的承载力大，传动精度较高，可无限长度对接延续，传动速度可以很高。但若其加工安装精度差，传动噪声与磨损或较大。齿轮齿条典型用途包括大版面钢板、玻璃数控切割机等。图表图表145：齿轮齿条由圆形齿轮与直线齿轮齿条由圆形齿轮与直线型齿条相互啮合型齿条相互啮合 资料来源：深圳鸿泰兴官网，华泰研究 场景场景示例示例传力螺旋1）以传递动力为主；2）用较小的力转动螺杆(或螺母)，产生较大的轴向力，形成轴向运动；3）要求较高的强度和自锁性；举重或挤压机构，如螺旋千斤顶传动螺旋1）以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷；2）要求有较高的传动精度和传动效率，常采

318、用多线螺纹提高效率；机床刀架与工作台的进给机构调整螺旋1）用来调整并固定零件或部件之间的相对位置，一般在空载下调整；2）受力较小，要求有可靠的自锁性能和精度；工具、夹具、车床的手动调整机构滚动螺旋传动1）数控机床、精密机床、测试机械、仪器的传动螺旋和调整螺旋；2）飞行器、船舶等自动控制系统的传动螺旋；静压螺旋传动精密机床的进给、分度机构的传动螺旋1）传动效率高(可达99%)，具传动可逆性，运转平稳，无爬行现象；2）反向时无空行程，定位精度高，摩擦阻力极小，磨损很小；3）螺母结构复杂，需有一套要求较高的供油系统，仅用于要求高效率、高精度的重要传动；应用应用1）结构简单，制造方便，运转平稳，易于自

319、锁；2）摩擦阻力大，传动效率低（30%-40%）；3）有侧向间隙，反向有空行程，低速有爬行；普通螺旋传动1）传动效率高(90%)，具传动可逆性，运转平稳，低速不爬行；2）经调整预紧，可获得很高的定位精度和较高的轴向刚度；3）结构复杂，抗冲击性能差，不具有自锁性，多由专业厂制造；分类及特点分类及特点机床工作台移动机构机床工作台移动机构托盘螺母手柄工作台螺杆活动钳口固定钳口螺母台虎钳台虎钳托盘螺母手柄螺杆螺旋千斤顶螺旋千斤顶滚珠循环装置滚珠螺杆螺母 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。81 机械设备机械设备 “回转移动”“回转移动”传动结构各有优缺传动结构各有优缺，适用场合

320、差异性较大，适用场合差异性较大。可实现“回转移动”的各类机构中，同步带传动、滚动螺旋传动、齿轮齿条传动较为常见，其中，同步带传动承载力较大，加宽传动带可以提高负载承载力，传动精度较高，但较长的传动带会产生弹性变形和振动，故工作行程有限；滚动螺旋传动不能自锁，传动效率高，精度高，噪声低，适合高速往返传动，但是水平传动跨距若较大时要考虑极限转速和自重下垂变形，对于工作行程较大的大型数控机床，一般采用齿轮齿条结构进行替代；齿轮齿条传动定位精度、传动效率低，但承载能力强、行程不受限制，多用于长距离、大载荷传输。图表图表146：“回转移动”传动机构各有优缺点“回转移动”传动机构各有优缺点 资料来源：上海

321、会通自动化官网，华泰研究 多运动形式变换：连杆机构多运动形式变换：连杆机构 连杆机构可实现的运动形式变换连杆机构可实现的运动形式变换较为较为多样，多样，可实现由“回转、摆动、往复移动回转、摆动、往复移动”。连杆机构由若干构件用低副（转动副/移动副/螺旋副/圆柱副/球面副即球销副）链接构成，按构件的相对运动关系，连杆机构可分为平面连杆机构（组成构件均在同一平面或相互平行的平面内运动）与空间连杆机构（组成构件不在同一平面内或不在相互平行的平面内运动）。连杆结构多用所含构件数命名，如含四个构件的连杆机构称为四杆机构。连杆机构连杆机构应用广泛，应用广泛，优缺点均较为显著：优缺点均较为显著：优点：优点：

322、1）运动副一般均为低副。低副中两运动副元素为面接触，压强较小，故可承受较大的载荷；有利于润滑，磨损较小；运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造，易获得较高的制造精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，而凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。2）可实现多种形式的运动变换和运动规律。在连杆机构中，当原动件的运动规律不变时，改变各构件的相对长度可使从动件得到不同的运动规律。3）具有丰富的连杆曲线。在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线（即连杆曲线），其形状随着各构件相对长度的改变而改变，可满足不同轨迹的设计要求。缺点：缺点：1）传递运动的累积误差比较大，机械效率低。由于连

323、杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时，降低了机械效率。2）不适用于高速运动的场合。在连杆机构运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速运动，所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，容易使机构在运动中产生振动和冲击，严重时还会影响机械产品的工作精度与寿命，所以连杆机构不适于高速运动的场合。3）机构设计复杂，难以实现精确的轨迹。虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计十分繁难，且一般只能近似地得以满足。优点优点缺点缺点适用场合适用场合同步带传动短距离传动速度可以很高，传动精度较高，噪音低承载力较大，大负

324、载需加宽皮带，传动长度过大需考虑较大的弹性变形和振动，大距离传动不适合精确定位、连续性运动控制，可用于伺服电机到传动齿轮或伺服电机到丝杠的短距离传动小型数控设备、某些打印机齿轮齿条传动承载力大，传动精度较高，可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度可以很高，2m/s若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大激光/玻璃/钢板数控切割机，建筑施工升降机可达30层楼高滚动螺旋传动不能自锁，传动效率高，精度高，噪音低，适合高速往返传动水平传动跨距大需考虑极限转速和自重下垂变形，传动长度不可过长；长时间使用传动间隙变大，精度变差；成本高数控机床，小版面数控切割机；机电一体化设备行程6m以下的直线传动系统使

325、用最为广泛的传动形式机构机构 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。82 机械设备机械设备 平面四杆机构为平面连杆机构基础。平面四杆机构为平面连杆机构基础。平面连杆机构中，结构最简单且应用最广泛的是平面四杆机构，其他机构可看成是由平面四杆机构演化而来。平面四杆机构基本形式为铰链四杆机构，即全部用转动副相连。铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。图表图表147：平面铰链四杆机构包括平面铰链四杆机构包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种形式三种形式 资料来源：郭润兰机械设计基础（2018），华泰研究 典

326、例：典例：旋转运动看减速器，直线运动看丝杠旋转运动看减速器，直线运动看丝杠 机械传动机构众多，本章我们重点分析“回转回转”与“回转移动”两大运动变化形式的代表性机械传动装置：减速器（旋转运动）、滚珠/行星滚柱丝杠（直线运动）。减速器：旋转运动核心传动装置，新型齿轮系空间逐步打开减速器：旋转运动核心传动装置，新型齿轮系空间逐步打开 减速器为以齿轮为主要传动机构的传动装置。减速器为以齿轮为主要传动机构的传动装置。减速器即由封闭在箱体内的齿轮、蜗杆蜗轮等传动零件组成的传动装置，为齿轮传动齿轮系的最终应用形态，主要用于降低转速、增大转矩，在现代机械中应用广泛。减速器种类较多，按传动类型可分为齿轮减速器

327、、蜗杆减速器、行星减速器以及它们互相组合起来的减速器；按传动级数可分为单级和多级减速器；按齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器等。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构特点特点两连架杆中一个能作整周转动，另一个只能作往复摆动的机构;当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动两连架杆均能作整周转动的机构；当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般不作等速转动，而作变速转动两连架杆均不能作整周转动的机构机构示例机构示例应用举例应用举例颚式破碎机、雷达天线俯仰机构、缝纫机脚踏板机构惯性筛鹤式起重机、汽车前轮转向机构机架连

328、架杆-曲柄连架杆-曲柄连杆连架杆-曲柄连架杆-摇杆连杆机架连架杆-摇杆连架杆-摇杆机架连杆 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。83 机械设备机械设备 图表图表148：常用减速器型式及特点和应用常用减速器型式及特点和应用 资料来源：闻邦椿现代机械设计实用手册（2015），华泰研究 减速器结构各异，但一般包括：减速器结构各异，但一般包括：传动零件：圆柱齿轮、锥齿轮、蜗杆蜗轮、行星轮等；支承零件：转轴组件、滚动轴承、轴承密封件等；箱体零件：箱体、箱盖；联接零件：螺栓、键、销等；减速器附件：定位销、观察孔盖板、通气器、油面指示器、放油螺塞、起盖螺钉、起吊装置等。图表图表149

329、：单级圆柱齿轮减速器结构单级圆柱齿轮减速器结构 图表图表150：摆线针轮行星摆线针轮行星减速器结构减速器结构 资料来源：王庆海机械基础（2010），华泰研究 资料来源：王庆海机械基础（2010），华泰研究 机器人渗透率加速提升，已成为减速器需求增长核心驱动机器人渗透率加速提升，已成为减速器需求增长核心驱动。减速器应用领域广泛，涵盖起重运输、水泥建材、矿山冶金、电力、机器人等，其中，减速器在机器人 BOM 表中占比达35%，远高于其他领域，此外，工业机器人渗透率加速提升、人形机器人产业化稳步推进，机器人领域已成为减速器需求增长核心驱动力，本章亦重点讨论机器人用减速器。特点及应用特点及应用轮齿可做

330、成直齿、斜齿和人字齿。直齿用于速度较低、载荷较轻的传动;斜齿轮用于速度较高的传动，人字齿轮用于载荷较重的传动中，箱体通常用铸铁做成，单件或小批生产有时采用焊接结构。轴承一般采用滚动轴承，重载或特别高速时采用滑动轴承。其他型式的减速器与此类同。展开式结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。用于载荷比较平稳的场合。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。分流式结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀、轴承受载较均匀。适用于变载荷的场合。高速级一般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿。同轴式减速器横向尺寸较小，但轴向尺寸和重量较大，且中间轴较长、刚度差，使

331、沿齿宽载荷分布不均匀。高速轴的承载能力难以充分利用。同轴分流式每对啮合齿轮仅传递全部载荷的一半。输入轴和输出轴只承受转矩，中间轴只受全部载荷的一半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小。展开式同两级展开式。分流式同两级分流式。轮齿可做成直齿、斜齿或曲线齿。用于两轴垂直相交的传动中，也可用于两轴垂直相错的传动中。由于制造安装复杂、成本高，所以仅在传动布置需要时才采用。特点同单级圆锥齿轮减速器，圆锥齿轮应在高速级，使其保持适度的尺寸。特点同两级圆锥-圆柱齿轮减速器。蜗杆下置式 蜗杆在蜗轮下方啮合处的冷却和润滑都较好，一般用于蜗杆圆周速度r95%80%75%温升304540噪声65db

332、70db60db减速比3-51230-192.430-160额定转矩下使用寿命20,000h6,000h8,000h额定输出转矩40-1,200 Nm101-6,135 Nm6.6-921 Nm扭转刚性10-370 Nm/arc min20-1,176 Nm/arc min1.34-54.09 Nm/arc min技术特点体积比较小，主要包括行星轮、太阳轮和内齿圈。精密行星减速器单级传动比都在10以内，且减速级数一般不会超过3级。通过多级减速实现传动，一般由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成，组成的零部件较多。通过柔轮的弹性变形传递运动，主要由柔轮、刚轮、波发生器三个核心零部件组成

333、。与 RV 及其他精密减速器相比，谐波减速器使用的材料、体积及重量大幅度下降。产品性能传动效率高、性价比较高大体积、高负载能力和高刚度体积小、传动比高、精密度高应用场景直角坐标机器人多关节机器人中机座、大臂、肩部等重负载位置机器人小臂、腕部或手部终端领域电子、机械、汽车、能源、包装、印刷、食品等汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配有RV减速器的重负载机器人3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等行业中通常使用由谐波减速器组成的30kg负载以下的机器人 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。86 机械设备机械设备 柔轮：柔轮：可产生较大变形的薄壁金属弹性体，可被制成水杯形、礼帽形、薄饼形。弹性体与刚轮啮合的部位为薄壁外齿圈。谐波发生器：谐波发生器：一般由椭圆形凸轮和可弹性变形的滚珠轴承构成。凸轮装入轴承内圈后，轴承将产生弹性变形成为椭圆形，并迫使柔轮外齿圈变成椭圆形；从