一、 人形机器人对轴承的需求概况
人形机器人在其结构中需要使用多种类型的轴承,例如旋转关节、关节轴承、线性关节等。具体而言,会应用到滚子轴承、深沟球轴承、角接触轴承和交叉滚子轴承等。
以特斯拉的机器人为例进行分析,其本体(不包含灵巧手)部分大约需要使用14个角接触轴承、14个交叉滚子轴承、28个角接触轴承、10444个四点接触球轴承以及14个深沟球轴承。
如果加上灵巧手,根据不同的设计路线,可能还需要额外增加22个左右的轴承。
总体来看,单台特斯拉机器人所使用的轴承总价值大约在3000元人民币,若计入灵巧手部分,其价值量会更高。

特斯拉线性执行器中的无框电机、深沟球轴承和四点接触球轴承
二、 高端轴承的核心技术壁垒
轴承行业的核心技术壁垒高度集中在交叉滚子轴承和四点接触球轴承上。
其中,交叉滚子轴承的制造难度极大,全球范围内能够实现大规模量产的企业非常少,主要集中于日本和德国,因此其利润也较高。
交叉滚子轴承是在内圈和外圈之间正交配置滚子的紧凑型结构的轴承。通过滚子的直交排列,1个轴承可同时承受来自所有方向的复杂负荷,组装时可以不受负荷方向的影响。


该类型轴承对抗变性能力、精度(需控制在微米级)、刚性寿命、转动平滑度等关键指标都有极为严苛的要求。四点接触球轴承虽然加工难度相对较低,但也具备一定的技术门槛。
交叉滚子轴承在生产中无法大规模批量化自动装配,其根本原因在于工业母机无法制造出比自身精度更高的产品,因此高精度的装配环节必须依赖人工完成,对工人的手上功夫要求极高。
目前,国内产品与国际知名品牌相比,最关键的差距在于材料选择和热处理工艺,尤其是热处理过程的温度与时间控制,若控制不当极易导致整批产品报废。

标准型交叉滚子轴承,图源自日本东晟株式会社
三、 全球市场格局与国产化现状
全球高端轴承市场呈现高度集中的格局,八大跨国轴承企业(如斯凯孚、舍弗勒、恩斯克、恩梯恩、捷太格特、铁姆肯以及日本的梅谷、不二越)占据了大约70%的市场份额。
在高转速应用领域,这些国际品牌占据主导地位。
相比之下,国产轴承企业的营收规模普遍较小,大约仅为国际大厂的不到十分之一。国内最大的轴承企业年营收在500亿人民币左右,与国际巨头平均约60亿美元的营收规模差距明显。
在低转速、高刚性等特定领域,国内企业通过技术改进,有时能展现出一定的性能优势。
目前,国内如洛阳轴承等企业较早接触并已具备交叉滚子轴承的加工能力,人本股份等企业也在逐步增强相关实力。
四、 国产轴承的突破机遇与具体案例
尽管面临挑战,但国产精密轴承在特定领域正迎来突破机遇。
一个典型案例是用于晶圆切割的划片机项目,该项目原先被日本封锁,对轴承精度要求极高(需达到1.5微米),封锁解除后为国内企业提供了一个重要的技术攻关窗口。
在与客户的合作中,国内企业展现了快速研发能力,例如为台湾盟立集团(现为盟英科技集团)开发机械手上的微型谐波减速器专用轴承,成功突破了技术难关。
在最具前瞻性的人形机器人灵巧手轴承方面,国内企业接到需求后,用大约四个月时间成功研制出样品,打破了此前主要由日本哈默纳科等国外厂商垄断的局面,目前已向多家合作伙伴送样测试。
此外,国内企业也正积极与华为、比亚迪(在激光雷达轴承领域)、小鹏等厂商开展合作,并通过与英伟达等国际大公司寻求合作来开拓市场。
五、 其他应用场景与行业特点
除了人形机器人,轴承在其他高端装备中也有特殊要求。
军用机器人轴承需要满足高负载、耐高低温(例如在零下40度正常运行)以及严格的形变控制要求,常采用满装滚子等设计。相较于人形机器人,机器狗的轴承需求可能因研发路径相近而更早进入量产阶段。
在合作研发中,轻量化方案主要以设计替代为主,例如在轴承中使用铝合金基体复合材料,但不建议轻易改变常规轴承的材料。定制化产品在前期小批量时利润较高,一旦批量超过一万套,利润便会下降。
国内真正能在精密制造领域实现突破的企业估计不到五家,评判其技术实力需关注加工精度、产品刚性、轴承寿命、运行平滑度等核心参数。测试过程极为严格,例如在特定测试中,一个样品里只允许存在极少量的不合格轴承,并通过示波器检测转动波纹。
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