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目錄TOC\o"1-2"\h\z\u減速器為工業(yè)機(jī)器人核心零部件,成本占比1機(jī)器人常用精密減速器包括諧波、、精密行星三種 4精密行星減速器:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,減速比較低 4諧波減速器:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,減速比高,傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率高 6RV減速器:減速比高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,主要用于重負(fù)載部位 8精密減速器壁壘高,體現(xiàn)在材料、設(shè)計(jì)、加工等多方面 10供需缺口、技術(shù)提升、國(guó)產(chǎn)替代,國(guó)產(chǎn)減速器迎來(lái)破局時(shí)刻 12人形機(jī)器人常用諧波和行星減速器方案,市場(chǎng)空間超百億 12精密減速器供需缺口增加,國(guó)產(chǎn)企業(yè)迎發(fā)展機(jī)遇 15國(guó)產(chǎn)精密減速器廠商技術(shù)提升,國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)行時(shí) 16重點(diǎn)關(guān)注:國(guó)產(chǎn)精密減速器領(lǐng)軍企業(yè) 18風(fēng)險(xiǎn)提示 19圖目錄圖1:工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈 1圖2:工業(yè)機(jī)器人成本結(jié)構(gòu) 2圖3:工業(yè)機(jī)器人各環(huán)節(jié)毛利率 2圖4:國(guó)內(nèi)外RV減速器的歷史演進(jìn) 3圖5:國(guó)內(nèi)外諧波減速器的歷史演進(jìn) 4圖6:精密行星減速器結(jié)構(gòu)和制造工藝流程 5圖7:2022年全球精密行星減速器市場(chǎng)格局 5圖8:2022年我國(guó)精密行星減速器市場(chǎng)格局 5圖9:諧波減速器結(jié)構(gòu)示意圖 6圖10:諧波減速器運(yùn)行示意圖 6圖11:諧波減速器制造工藝流程 7圖12:RV減速器結(jié)構(gòu)示意圖 8圖13:RV減速器結(jié)構(gòu)示意圖 8圖14:RV減速器制造工藝流程 9圖15:碳鋼、合金鋼、普通球墨鑄鐵、力學(xué)性能的比較 10圖16:綠的諧波發(fā)明了全新的諧波嚙合齒形“P型齒” 10圖17:特斯拉Optimus身體旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使用諧波減速器方案 14圖18:小鵬機(jī)器人使用諧波減速器和行星減速器結(jié)合的方案 14圖19:2022年綠的諧波成本結(jié)構(gòu)(諧波減速器及金屬部件業(yè)務(wù)) 17圖20:2022年科峰智能成本結(jié)構(gòu)(精密行星減速器業(yè)務(wù)) 17圖21:哈默納科諧波減速器全球市占率80% 17圖22:2021年我國(guó)機(jī)器人用諧波減速器市場(chǎng)占比情況 17圖23:納博特斯克RV精密減速器全球市占率18圖24:2021年我國(guó)機(jī)器人用RV減速器市場(chǎng)占比情況 18表目錄表1:減速器分類 1表2:四種精密行星減速器對(duì)比 2表3:評(píng)價(jià)精密減速器的技術(shù)指標(biāo) 2表4:諧波減速器生產(chǎn)流程的主要環(huán)節(jié)和主要功能 7表5:諧波減速器和RV減速器在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)比 9表6:對(duì)柔輪輪齒采用兩段螺旋線修形方法進(jìn)行修形,修形前后主要參數(shù)指標(biāo)比較 11表7:常用的齒形加工方法 11表8:工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域諧波減速器需求測(cè)算 12表9:工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域RV減速器需求測(cè)算 13表10:人形機(jī)器人諧波減速器市場(chǎng)空間測(cè)算 14表11:精密減速器公司對(duì)比 15表12:哈默納科產(chǎn)能情況 16表13:Nabtesco產(chǎn)能情況 161減速器為工業(yè)機(jī)器人核心零部件,成本占比30%為通用、專用兩大類。通用減速器的規(guī)格以中小型為主,模塊化、系列化,可廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),例如化工、橡膠、塑料等,代表公司為SEW、西門子、國(guó)茂股份、寧波東力,專石油開采設(shè)備、環(huán)保、冶金等領(lǐng)域,代表公司包括中國(guó)高速傳動(dòng)、杭齒前進(jìn)、重齒等,其中納博特斯克、綠的諧波、雙環(huán)傳動(dòng)等。表1:減速器分類減速器類型特點(diǎn)主要代表公司通用減速器規(guī)格以中小型為主,模塊化、系列化,可廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)力、泰隆、中大力德等專用減速器除機(jī)器人外的專用減速器例如工程機(jī)械、石油開采設(shè)備、環(huán)保、冶金等中國(guó)高速傳動(dòng)、杭齒前進(jìn)、重齒等機(jī)器人專用精密減速器精度較高、使用壽命長(zhǎng),更加可靠穩(wěn)定雙環(huán)傳動(dòng)等數(shù)據(jù)來(lái)源:國(guó)茂股份招股說(shuō)明書,減速器為機(jī)器人的核心零部件,價(jià)值量占比30-40%,進(jìn)入壁壘高,為機(jī)器人行業(yè)的優(yōu)根據(jù)維科網(wǎng)機(jī)器人,減速器成本最高,占比35%,伺服系統(tǒng)占20%,控制器占15%;毛利率方面,成本占比最高的減速器毛利率也最高,毛利率高達(dá)40%,其次是伺服系統(tǒng)(和控制器(%圖1:工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)來(lái)源:綠的諧波招股說(shuō)明書,圖2:工業(yè)機(jī)器人成本結(jié)構(gòu) 圖3:工業(yè)機(jī)器人各環(huán)節(jié)毛利率本體
其他,15%
減速器,35%
40%35%40%35%25%15%10%控制器,15%
伺服系統(tǒng),20%
5%0%減速器 伺服系統(tǒng) 控制器 本體制造 系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)來(lái)源:維科網(wǎng)機(jī)器人, 數(shù)據(jù)來(lái)源:億歐智庫(kù),速、高轉(zhuǎn)矩的運(yùn)動(dòng),決定機(jī)器人的精度和負(fù)載。一般傳動(dòng)減速器控制精度低,可滿足機(jī)械設(shè)其中應(yīng)用最廣泛的是用于重負(fù)載轉(zhuǎn)傳動(dòng)的精密減速器的技術(shù)指標(biāo)包括:減速比、轉(zhuǎn)矩參數(shù)、壽命、背隙、空程、傳動(dòng)精度、傳動(dòng)誤差等。表2:四種精密行星減速器對(duì)比減速器類型組成部分優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)RV減速器通過(guò)多級(jí)減速實(shí)現(xiàn)傳動(dòng),一般由行星齒輪減速器的前級(jí)和擺線針輪減速器的后級(jí)組成高負(fù)載能力、高剛度結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工難度大,價(jià)格貴,產(chǎn)品尺寸受限制,不能做到太小諧波減速器波發(fā)生器、柔輪、鋼輪重量輕柔輪壽命有限,輸入轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高行星減速器行星輪、太陽(yáng)輪、外齒圈(做到一級(jí)傳動(dòng)減速比偏低擺線針輪減速器擺線輪與針齒輪(輸入部分、減速部分、輸出部分)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造安裝精度要求高,軸承承受力大,影響軸承壽命和承載能力數(shù)據(jù)來(lái)源:哈工創(chuàng)投,表3:評(píng)價(jià)精密減速器的技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱指標(biāo)解釋減速比輸出轉(zhuǎn)速和輸入轉(zhuǎn)速之比。級(jí)數(shù)減速齒輪的套數(shù)。一般最大為三級(jí),效率會(huì)有所降低。轉(zhuǎn)矩參數(shù)額定輸出轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩是假設(shè)減速器以額定輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)工作時(shí)的最大輸出轉(zhuǎn)矩值。啟制動(dòng)峰值轉(zhuǎn)矩減速器在正常啟制動(dòng)時(shí),短時(shí)間允許的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。瞬間最大轉(zhuǎn)矩減速器工作出現(xiàn)異常(如負(fù)載出現(xiàn)碰撞、沖擊)時(shí),保證減速器不損壞的瞬間極限轉(zhuǎn)矩。負(fù)載參數(shù)負(fù)載平均轉(zhuǎn)矩減速器實(shí)際工作時(shí),輸出側(cè)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩,需要根據(jù)減速器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算得到。指標(biāo)名稱指標(biāo)解釋負(fù)載平均轉(zhuǎn)速減速器實(shí)際工作時(shí),輸出側(cè)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)速,需要根據(jù)減速器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算得到。使用壽命額定壽命減速器以額定輸出轉(zhuǎn)矩、額定輸出轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的壽命時(shí)間。實(shí)際壽命減速器的實(shí)際使用時(shí)間,實(shí)際使用壽命與工作時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)速有關(guān)。扭轉(zhuǎn)剛度指的是當(dāng)扭轉(zhuǎn)力矩作用于減速器構(gòu)件時(shí)構(gòu)件本身的抗變形能力,一般用輸出軸扭矩/輸出角度來(lái)衡量。背隙當(dāng)在精密減速器輸入端添加一定量的額定轉(zhuǎn)矩時(shí),減速器的輸入端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小位移角,這個(gè)位移角就是背隙。背隙的存在會(huì)影響輸入端的輸出精度??粘讨冈诠ぷ鳡顟B(tài)下,當(dāng)輸入軸由正向改變反向旋轉(zhuǎn)時(shí),輸出軸在轉(zhuǎn)角上的滯后量。傳動(dòng)誤差傳動(dòng)誤差指的是輸入軸單向旋轉(zhuǎn)時(shí),輸出軸實(shí)際輸出角度與理論輸出角度的差值。傳動(dòng)效率精密減速器輸出軸實(shí)際輸出功率與理論輸出功率的比值為傳動(dòng)效率。傳動(dòng)精度減速器工作時(shí),輸入軸輸入動(dòng)力后,輸出軸會(huì)存在實(shí)際轉(zhuǎn)角和相對(duì)理論轉(zhuǎn)角兩個(gè)轉(zhuǎn)角。這兩個(gè)轉(zhuǎn)角的接近程度就是傳動(dòng)精度,會(huì)影響整個(gè)減速器的正常工作。數(shù)據(jù)來(lái)源:《ABB工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)全集》,減速器產(chǎn)業(yè)化起步較晚,處于技術(shù)追趕階段。減速器的發(fā)展歷程,年德國(guó)的LorenzBlanc傳動(dòng)理論,1986減速器投入市場(chǎng),并持續(xù)更年代引入針擺傳動(dòng),80年代末開始RV理論研究,21世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,整體處于技術(shù)追趕的階段。圖4:國(guó)內(nèi)外RV減速器的歷史演進(jìn)數(shù)據(jù)來(lái)源:《創(chuàng)新我國(guó)機(jī)器人精密減速器的發(fā)展生態(tài)_石照耀》,我國(guó)諧波減速器的發(fā)展歷程相對(duì)較快,從跟跑進(jìn)入并跑階段。1955年美國(guó)發(fā)明家C.W.Musser發(fā)明諧波傳動(dòng),1964年引入日本開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研究和生產(chǎn),此后不斷更新迭代,實(shí)現(xiàn)軸向長(zhǎng)度的縮短、負(fù)載能力的提升、重量的減少等;1961年諧波傳動(dòng)引入我國(guó),1962年第一臺(tái)諧波減速器研制成功,1993年后以綠的諧波為首的國(guó)產(chǎn)諧波減速器企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。圖5:國(guó)內(nèi)外諧波減速器的歷史演進(jìn)數(shù)據(jù)來(lái)源:《創(chuàng)新我國(guó)機(jī)器人精密減速器的發(fā)展生態(tài)_石照耀》,機(jī)器人常用精密減速器包括諧波、、精密行星三種行星減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,減速比較低。精密行星減速器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,主要包括行星輪、太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈。精密行星減速器一級(jí)傳動(dòng)比一般在10以內(nèi),且減速級(jí)數(shù)一般不會(huì)超過(guò)3級(jí),剛性較高,主要搭配步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī),用以降低轉(zhuǎn)速,提升扭矩。從生產(chǎn)流程來(lái)看,行星減速器的制造流程主要包括毛坯加工、熱處理、裝配等,壁壘主要體現(xiàn)在齒形加工以及熱處理環(huán)節(jié),制造壁壘低于諧波和RV減速器。圖6:精密行星減速器結(jié)構(gòu)和制造工藝流程數(shù)據(jù)來(lái)源:科峰智能招股說(shuō)明書,全球精密行星減速器市場(chǎng)規(guī)模12億美元,我國(guó)5億美元。QYResearch,2022年全球行星減速器銷量為540.1萬(wàn)臺(tái),銷售金額為12.0億美元,其中中國(guó)境內(nèi)銷量為231.9522.3億美元,中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)11.5億美元。QYResearch,全球精密行星減速器市場(chǎng)的主要供應(yīng)商包括日本新寶、紐卡特、威騰斯坦等,12.9%、10.9%、;中國(guó)精密行星減速器市場(chǎng)的主要供應(yīng)商包括日本新寶2年中國(guó)市場(chǎng)占有率分別為.%、、9.4%。圖7:2022年全球精密行星減速器市場(chǎng)格局 圖8:2022年我國(guó)精密行星減速器市場(chǎng)格局12.910.912.910.952.710.77.55.420.446.111.79.45.37.1日本新寶紐卡特威騰斯坦精銳科技科峰智能其他廠商
日本新寶 科峰智能 紐氏達(dá)特 精銳科技 利茗 其他廠商數(shù)據(jù)來(lái)源:科峰智能招股說(shuō)明書(申報(bào)稿),QYResearch, 數(shù)據(jù)來(lái)源:科峰智能招股說(shuō)明書(申報(bào)稿),QYResearch,諧波減速器主要由3個(gè)基本部件構(gòu)成:剛輪、柔輪、諧波發(fā)生器??晒潭ㄆ渲械娜我庖粋€(gè),其余2個(gè)可分別連接輸入(主動(dòng)、輸出(從動(dòng),以實(shí)現(xiàn)減速或增速。剛輪:是一個(gè)加工有連接孔的剛性內(nèi)齒圈,其齒數(shù)比柔輪略多(24齒。通常用于減速器安裝和固定,在超薄形或微型減速器上,剛輪一般與交叉滾子軸承設(shè)計(jì)成一體,構(gòu)成減速器單元。柔輪:是一個(gè)可產(chǎn)生較大變形的薄壁金屬?gòu)椥泽w,有水杯、禮帽、薄餅等形狀。柔輪通過(guò)外齒圈與剛輪嚙合,通常用來(lái)連接輸出軸。諧波減速器中波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí),柔輪向相反方向轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒的角度。諧波發(fā)生器:通常與輸入軸連接,旋轉(zhuǎn)時(shí)可使柔輪齒與剛輪齒的嚙合位置不斷改變。諧波減速器傳動(dòng)原理:通過(guò)具有柔性的薄壁外齒輪產(chǎn)生彈性變形后與剛性的內(nèi)齒輪進(jìn)行內(nèi)嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。其通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式,當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時(shí),迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀,使其長(zhǎng)軸處柔輪齒輪插入剛輪的輪齒槽內(nèi),成為完全嚙合狀態(tài);而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸,處于脫開狀態(tài),當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形并產(chǎn)生了錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)波發(fā)生器與柔輪的運(yùn)動(dòng)傳遞。圖9:諧波減速器結(jié)構(gòu)示意圖 圖10:諧波減速器運(yùn)行示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源:綠的諧波招股說(shuō)明書, 數(shù)據(jù)來(lái)源:綠的諧波招股說(shuō)明書,根據(jù)《ABB工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)全集》,諧波減速器的主要特點(diǎn):承載能力較強(qiáng),傳動(dòng)精度高。諧波齒輪傳動(dòng)裝置有兩個(gè)180°對(duì)稱方向的部位同時(shí)嚙合,其同時(shí)嚙合齒數(shù)可達(dá)30%差比普通齒輪傳動(dòng)裝置小。減速比大,傳動(dòng)效率較高。諧波齒輪傳動(dòng)的基本減速比為30-320,額定負(fù)載輸出時(shí)的傳動(dòng)效率可達(dá)65%-96%,均大于普通齒輪傳動(dòng)裝置。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,重量輕,壽命長(zhǎng)。只有3個(gè)基本部件,體積、重量大致為普通齒輪傳動(dòng)裝置的1/3左右。此外,在傳動(dòng)過(guò)程中,柔輪齒只進(jìn)行均勻的徑向移動(dòng),齒間相對(duì)滑移速度只有普通漸開線齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)無(wú)沖擊,因此齒磨損較小,使用壽命可長(zhǎng)達(dá)7000h以上。傳動(dòng)平穩(wěn),無(wú)沖擊,噪聲小。程實(shí)現(xiàn)連續(xù)漸進(jìn)、漸出,齒面滑移速度無(wú)突變,其傳動(dòng)平穩(wěn),嚙合無(wú)沖擊,運(yùn)行噪聲小。間隙小,安裝調(diào)整方便。生器的外徑調(diào)整,做到無(wú)側(cè)隙嚙合。要求高。諧波減速器內(nèi)部的柔輪將會(huì)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中每轉(zhuǎn)發(fā)生兩次橢圓變形,橢圓變形的存度及加工精度、熱處理的要求均很高,制造工藝較復(fù)雜。圖11:諧波減速器制造工藝流程數(shù)據(jù)來(lái)源:科峰智能招股說(shuō)明書(申報(bào)稿),表4:諧波減速器生產(chǎn)流程的主要環(huán)節(jié)和主要功能主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要功能粗加工及熱處理將鋸料件、鍛造件粗車至基礎(chǔ)輪廓并進(jìn)行熱處理精密加工對(duì)初加工件進(jìn)行精密車、銑、鉆加工等精密加工齒輪加工對(duì)精密加工件進(jìn)行制齒加工后道處理對(duì)精密加工件進(jìn)行修毛刺等處理裝配將多個(gè)特精零件配對(duì)裝配成諧波減速器成品檢驗(yàn)對(duì)諧波減速器進(jìn)行關(guān)鍵性能指標(biāo)的多道檢驗(yàn)及測(cè)試入庫(kù)對(duì)合格的諧波減速器進(jìn)行標(biāo)記、防護(hù)后進(jìn)入成品倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)來(lái)源:綠的諧波公司公告,RV減速器是以擺線針輪行星傳動(dòng)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的。RV減速器主要包括兩級(jí)傳動(dòng)裝置,分別為漸開線行星齒輪傳動(dòng)和擺線針輪行星傳動(dòng)。行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中包括行星齒輪、偏心軸和中心輪,擺線針輪行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中包括擺線輪、偏心軸、針齒和行星架。圖12:減速器結(jié)構(gòu)示意圖 圖13:減速器結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源:《精密齒輪傳動(dòng)RV減速器研究現(xiàn)狀_賈吉帥》, 數(shù)據(jù)來(lái)源:Nabtesco,根據(jù)《ABB工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)全集RV減速器的主要特點(diǎn):減速比范圍大,傳動(dòng)效率高。RV減速器的傳動(dòng)比可在31-171范圍內(nèi)浮動(dòng),同時(shí)傳動(dòng)效率可達(dá)85%-92%。平穩(wěn)性好,承載能力強(qiáng)。減速器低速級(jí)擺線輪結(jié)構(gòu)為180°對(duì)稱分布,使得擺線輪的結(jié)構(gòu)受力均勻、嚙合次數(shù)增加,提高了減速器傳動(dòng)的平穩(wěn)性和減速器的承載能力。剛性好,傳動(dòng)精度高。減速器采用兩端支撐的輸出結(jié)構(gòu),相比普通的擺線減速器,其剛性和耐過(guò)載沖擊性能得到大幅度提升,傳動(dòng)精度與傳動(dòng)誤差得到大幅優(yōu)化。相比于諧波減速器來(lái)說(shuō),RV減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,零部件種類和數(shù)量更多,更考驗(yàn)零部件的加工工藝和裝配能力。圖14:RV減速器制造工藝流程數(shù)據(jù)來(lái)源:減速器主要用于重負(fù)載部位,互為補(bǔ)充。減速器具有更高的剛性和扭矩承載能力,在機(jī)器人大臂、機(jī)座等重負(fù)載部位擁有優(yōu)勢(shì)。表5:諧波減速器和RV減速器在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)比項(xiàng)目RV減速器諧波減速器技術(shù)特點(diǎn)器使用的材料、體積及重量大幅度下降。產(chǎn)品性能大體積、高負(fù)載能力和高剛度體積小、傳動(dòng)比高、精密度高應(yīng)用場(chǎng)景一般應(yīng)用于多關(guān)節(jié)機(jī)器人中機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置。主要應(yīng)用于機(jī)器人小臂、腕部或手部。終端領(lǐng)域減速器的重負(fù)載機(jī)器人。3C、半導(dǎo)體、食品、注塑、模具、醫(yī)療等行業(yè)中通常使用由諧波減速器組成的30kg負(fù)載以下的機(jī)器人。價(jià)格區(qū)間5000-8000元/臺(tái)1000-5000元/臺(tái)數(shù)據(jù)來(lái)源:綠的諧波招股說(shuō)明書,精密減速器的制造難點(diǎn)體現(xiàn)在材料、齒形設(shè)計(jì)/修形、齒形加工、熱處理、零部件裝配、測(cè)試、批量生產(chǎn)等多方面。與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品相比,國(guó)產(chǎn)機(jī)器人精密減速器主要差距在精度壽命和傳動(dòng)效率,此外,國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、性能不夠穩(wěn)定等問(wèn)題也有待改善。①材料:減速器材料一般使用合金鋼,高性能材料優(yōu)選是關(guān)鍵。球墨鑄鐵是指鐵液在凝固過(guò)程中碳以球型石墨析出的鑄鐵,與鋼材相比,球墨鑄鐵成本相對(duì)較低,但是基體組織粗大,力學(xué)性能欠佳。柔輪作為減速器的核心部件之一,目前國(guó)內(nèi)外主要采用40CrMoNiA、40CrA、30CrMoNiA、38Cr2Mo2VA等中碳合金鋼。圖15:碳鋼、合金鋼、普通球墨鑄鐵、ADI力學(xué)性能的比較數(shù)據(jù)來(lái)源:《等溫淬火球墨鑄鐵(ADI)理論、生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用》,②齒形設(shè)計(jì):齒形設(shè)計(jì)/修形為核心。諧波減速器的柔輪和剛輪的齒形通常采用漸開線,漸開線諧波齒輪傳動(dòng)嚙合參數(shù)合理選擇所應(yīng)遵循的基本原則是:在保證傳動(dòng)不發(fā)生嚙合干涉的前提下,獲得較大的嚙入深度和嚙合區(qū),且保證有合理的嚙合側(cè)隙。齒輪齒形修形能提高P型齒”結(jié)構(gòu),與國(guó)外主流齒形技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)了差異化(形齒輪結(jié)構(gòu)。圖16:綠的諧波發(fā)明了全新的諧波嚙合齒形“P型齒”數(shù)據(jù)來(lái)源:綠的諧波官網(wǎng),表6:對(duì)柔輪輪齒采用兩段螺旋線修形方法進(jìn)行修形,修形前后主要參數(shù)指標(biāo)比較參數(shù)名稱修形前修形后啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩(/0.320.19回程誤差(/")3920傳動(dòng)誤差(/")5940傳動(dòng)效率/%5965數(shù)據(jù)來(lái)源:《諧波減速器中雙圓弧柔輪的齒形修形及試驗(yàn)研究_黃炳》,③齒形加工:齒輪的加工制造包括慢走絲/滾插磨齒兩大類型工藝,滾插磨齒較為常用。慢走絲工藝使用的線切割機(jī)是采取線電極連續(xù)供絲的方式,加工精度較高,但是因其多次切割技術(shù)的應(yīng)用,導(dǎo)致生產(chǎn)效率低,更適合運(yùn)用在產(chǎn)品的打樣階段。滾齒工藝運(yùn)用展成法原理用滾刀來(lái)加工齒輪,相當(dāng)于一對(duì)交錯(cuò)螺旋輪嚙合,插齒則是用插齒刀按展成法或成形法加工內(nèi)、外齒輪或齒條等的齒面,磨齒屬于齒形的精加工方法。目前我國(guó)高端關(guān)鍵精密加工設(shè)備仍然依賴進(jìn)口。表7:常用的齒形加工方法加工方法加工原理精度表面粗糙度生產(chǎn)率設(shè)備應(yīng)用范圍銑齒成形法96.3-3.2低普通銑床低精度圓柱齒輪、錐齒輪、渦輪拉齒成形法71.6-高拉床齒輪拉床制造復(fù)雜、應(yīng)用少插齒展成法8-73.2-1.6較高插齒機(jī)內(nèi)齒輪、扇形齒輪、人字齒輪、帶凸臺(tái)齒輪、間距小多聯(lián)齒輪滾齒展成法8-73.2-1.6較高滾齒機(jī)直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、蝸輪剃齒展成法7-60.8-0.4高剃齒機(jī)精加工未淬火的圓柱齒輪磨齒成形法展成法6-30.8-0.2較低磨齒機(jī)精加工已淬火的圓柱齒輪珩齒展成法改善不大0.8-0.4很高珩齒機(jī)光整加工已淬火的圓柱齒輪研齒展成法改善不大1.6-0.4很高研齒機(jī)光整加工已淬火的圓柱齒輪數(shù)據(jù)來(lái)源:CNKI,④熱處理為關(guān)鍵工序,目的在于增加材料硬度和韌性以便切削加工。熱處理的方法包括表面淬火、滲碳淬火、調(diào)質(zhì)等,選定合適的淬火介質(zhì)和制定合適的熱處理工藝以達(dá)到要求的顯微組織、力學(xué)性能及熱處理變形等要求是關(guān)鍵所在。熱處理目的:增加材料硬度方便公司切削加工,磨削要保持足夠硬度,提高硬度的同時(shí)保證組織足夠的韌性,金相組織要達(dá)到要求,從而保證精度。⑤裝配環(huán)節(jié)依賴人工,直接影響減速器的精度。由于減速器的零部件的種類較多、大小不一,因此目前裝配這一環(huán)節(jié)仍然依賴于人工,經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅更具有優(yōu)勢(shì)。例如RV的擺線輪、曲軸、針齒殼等零部件精度要求很高,只有幾微米,而溫度會(huì)對(duì)零部件產(chǎn)生熱脹冷縮影響,因此裝配環(huán)節(jié)直接影響減速器最后的精度。其中負(fù)載測(cè)試的測(cè)試成本大,對(duì)裝備要求較高。測(cè)試有助于提升產(chǎn)品的一致性、可靠性。⑦批量生產(chǎn)的一致性和穩(wěn)定性。目前國(guó)產(chǎn)減速器廠商的產(chǎn)能和產(chǎn)量大多數(shù)在10萬(wàn)臺(tái)以下,未來(lái)大批量生產(chǎn)后如何保證生產(chǎn)的一致性和穩(wěn)定性也是較大的難點(diǎn)。供需缺口、技術(shù)提升、自主開發(fā),國(guó)產(chǎn)減速器迎來(lái)破局時(shí)刻在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,諧波減速器一般應(yīng)用在機(jī)器人的手臂、腕部或手部關(guān)節(jié)。1)六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人一般需要搭配6臺(tái)精密減速器,其中負(fù)載10kg以下機(jī)器人主要使用諧波減速器;10-20kg及更高負(fù)載的機(jī)器人小臂、手腕關(guān)節(jié)可以采用諧波減速器;負(fù)載30kg以上的,3)SCARA臺(tái)諧波減速器;機(jī)器人一般使用3臺(tái)諧波減速器。工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域諧波減速器需求測(cè)算:假設(shè)每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人平均所需諧波減速器數(shù)量為臺(tái),根據(jù)綠的諧波招股說(shuō)明書年綠的諧波的諧波減速器單價(jià)元/元/臺(tái),則:IFR,2022年全球工業(yè)機(jī)器人安裝量55.3年達(dá)到66.2萬(wàn)臺(tái),測(cè)算年全29億元,預(yù)計(jì)到年達(dá)到35億元,2021-2025年。年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人出貨量28.2年達(dá)到202299測(cè)算年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人用諧波減速器市場(chǎng)規(guī)模15億元,預(yù)計(jì)到年達(dá)到232021-2025年。表8:工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域諧波減速器需求測(cè)算2020202120222023E2024E2025E全球工業(yè)機(jī)器人安裝量(萬(wàn)臺(tái))39.052.655.359.362.266.2我國(guó)工業(yè)機(jī)器人出貨量(萬(wàn)臺(tái))17.125.628.231.637.943.6每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人平均所需諧波減速器(個(gè))3.53.53.53.53.53.5全球諧波減速器需求量(萬(wàn)臺(tái)國(guó)諧波減速器需求量(萬(wàn)臺(tái))609099111133153諧波減速器單價(jià)(元)150015001500150015001500全球諧波減速器市場(chǎng)空間(億元)20.527.629.031.132.734.8CAGR11.2%我國(guó)諧波減速器市場(chǎng)空間(億元)9.013.514.816.619.922.9CAGR20.5%數(shù)據(jù)來(lái)源:IFR,MIR,在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,RV減速器一般應(yīng)用在多關(guān)節(jié)機(jī)器人中機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置。六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人一般需要搭配2-4臺(tái)RV減速器。工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域RV減速器需求測(cè)算:假設(shè)每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人平均所需RV減速器數(shù)量為2臺(tái),根據(jù)綠的諧波招股說(shuō)明書RV減速器單價(jià)5000-8000元/臺(tái),測(cè)算按照單價(jià)5000元/臺(tái),則:IFR,2022年全球工業(yè)機(jī)器人安裝量55.3年達(dá)到66.2萬(wàn)臺(tái),測(cè)算年全球工業(yè)機(jī)器人用減速器市場(chǎng)規(guī)模55億元,預(yù)計(jì)到年達(dá)到66億元,2021-2025年。年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人出貨量28.2年達(dá)到年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人用56測(cè)算年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人用減速器市場(chǎng)規(guī)模28億元,預(yù)計(jì)到年達(dá)到442021-2025年。表9:工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域RV減速器需求測(cè)算2020202120222023E2024E2025E全球工業(yè)機(jī)器人安裝量(萬(wàn)臺(tái))39.052.655.359.362.266.2我國(guó)工業(yè)機(jī)器人出貨量(萬(wàn)臺(tái))17.125.628.231.637.943.6每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人平均所需RV減速器(個(gè))222222全球RV減速器需求量(萬(wàn)臺(tái))78105111119124132我國(guó)RV減速器需求量(萬(wàn)臺(tái))345156637687RV減速器單價(jià)(元)500050005000500050005000全球RV減速器市場(chǎng)空間(億元)39.052.655.359.362.266.2CAGR11.2%我國(guó)RV減速器市場(chǎng)空間(億元)17.125.628.231.637.943.6CAGR20.5%數(shù)據(jù)來(lái)源:IFR,MIR,國(guó)產(chǎn)人形機(jī)器人多采用諧波行星減速器方案。諧波減速器的優(yōu)勢(shì)在于體積小、精度高,多節(jié)。1)20229AIOptimus原型Optimus28個(gè)關(guān)節(jié),使用兩種方案:基于無(wú)框力矩電機(jī)諧波減速器的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),基于無(wú)框力矩電機(jī)+行星滾柱絲杠的線性關(guān)節(jié)。2)20228月,雷軍正式發(fā)布人形機(jī)器人,CyberOne13個(gè)關(guān)節(jié),使用諧波減速器和行星減速器結(jié)合的方案。3)20238通用人形機(jī)器人,關(guān)節(jié)使用諧波減速器和行星減速器結(jié)合的方案。4)20231016個(gè)自由度,關(guān)節(jié)使用諧波減速器和行星減速器結(jié)合的方案。圖17:特斯拉身體旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使用諧波減速器方案 圖18:小鵬機(jī)器人使用諧波減速器和行星減速器結(jié)合的方案數(shù)據(jù)來(lái)源:特斯拉AIDAY, 數(shù)據(jù)來(lái)源:小鵬,人形機(jī)器人減速器市場(chǎng)空間測(cè)算:9AIOptimus有望在年樂(lè)觀中性悲觀情況下人形機(jī)器人需求量分別為200/100/50萬(wàn)臺(tái):諧波減速器身體:Optimus14個(gè),單元,2030年樂(lè)觀/中性悲觀情況下對(duì)應(yīng)諧波減速器市場(chǎng)空間分別為168/84/42億元。諧波減速器手部:5個(gè)手指,330元,但是該方案成本目前成本遠(yuǎn)高于行星齒輪箱,假設(shè)未來(lái)滲透率10%,則年樂(lè)觀中性/悲觀情況下對(duì)應(yīng)微型諧波減速器市場(chǎng)空間分別為36/18/9億元。4(1個(gè)+2個(gè),單價(jià)從0元下降到00年樂(lè)觀/中性悲觀情況下對(duì)應(yīng)行星減速器市場(chǎng)空間分16/8/4億元。表10:人形機(jī)器人諧波減速器市場(chǎng)空間測(cè)算2024E2025E2026E2027E2030E人形機(jī)器人出貨量樂(lè)觀(萬(wàn)臺(tái))5103050200中性(萬(wàn)臺(tái))351520100悲觀(萬(wàn)臺(tái))1251050身體-諧波減速器市場(chǎng)空間測(cè)算單價(jià)(元)1000900800700600單臺(tái)機(jī)器人諧波減速器數(shù)量(個(gè))1414141414樂(lè)觀(億元)7.012.633.649.0168.0中性(億元)4.26.316.819.684.0悲觀(億元)1.42.55.69.842.0手部-微型諧波減速器市場(chǎng)空間測(cè)算單價(jià)(元)1000900800700600單臺(tái)機(jī)器人諧波減速器數(shù)量(個(gè))30303030302024E2025E2026E2027E2030E方案滲透率10%10%10%10%10%樂(lè)觀(億元)1.52.77.210.536.0中性(億元)0.91.43.64.218.0悲觀(億元)0.30.51.22.19.0行星減速器市場(chǎng)空間測(cè)算單價(jià)(元)500400350300200單臺(tái)機(jī)器人行星減速器數(shù)量(個(gè))44444樂(lè)觀(億元)1.01.64.26.016.0中性(億元)0.60.82.12.48.0悲觀(億元)0.20.30.71.24.0數(shù)據(jù)來(lái)源:特斯拉AIDAY,14個(gè)諧波減速器簡(jiǎn)單測(cè)算,減萬(wàn)臺(tái)/年、國(guó)內(nèi)綠的諧波當(dāng)前以及規(guī)劃產(chǎn)能共計(jì)159臺(tái)萬(wàn)/年,供需缺口巨大,國(guó)產(chǎn)減速器機(jī)會(huì)到來(lái)。減速器技術(shù)壁壘高,海外頭部廠商具備先發(fā)優(yōu)勢(shì),國(guó)產(chǎn)廠商近年加速追趕且持續(xù)技術(shù)突破,綠的諧波、環(huán)動(dòng)科技優(yōu)秀公司涌現(xiàn)。同時(shí),考慮人形機(jī)器人量產(chǎn),相較于海外減速器廠商,國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈企業(yè)具備成本與效率顯著優(yōu)勢(shì),在人形機(jī)器人持續(xù)放量的遠(yuǎn)期,國(guó)內(nèi)精密減速器廠商有望破局突圍。國(guó)內(nèi)廠商積極擴(kuò)產(chǎn)應(yīng)對(duì)下游需求增長(zhǎng)。減速器需求增長(zhǎng),機(jī)床的四五軸、半導(dǎo)體等領(lǐng)域同樣有精密減速器需求。國(guó)產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)較為積極:1)27年達(dá)產(chǎn)后,預(yù)計(jì)59達(dá)產(chǎn),屆時(shí)諧波減速器產(chǎn)能合計(jì)達(dá)到15920萬(wàn)臺(tái);10-12萬(wàn)臺(tái),年中15萬(wàn)臺(tái)左右;國(guó)茂股份諧波減速器產(chǎn)能3萬(wàn)臺(tái)左右,并且計(jì)劃收購(gòu)精密減速器廠商摩多利;4)萬(wàn)臺(tái);5)8萬(wàn)臺(tái),諧波減速器產(chǎn)能5萬(wàn)臺(tái)。表11:精密減速器公司對(duì)比公司產(chǎn)品產(chǎn)能收入規(guī)模綠的諧波諧波減速器2023年產(chǎn)能60萬(wàn)臺(tái),定增規(guī)劃100萬(wàn)臺(tái)2022年4.46億元國(guó)茂股份諧波減速器2023年產(chǎn)能3萬(wàn)臺(tái)千萬(wàn)級(jí)雙環(huán)傳動(dòng)RV減速器2022年產(chǎn)能10-12萬(wàn)臺(tái),2023年中15萬(wàn)臺(tái)左右1億元+秦川機(jī)床RV減速器2023年產(chǎn)能6-9萬(wàn)臺(tái)千萬(wàn)級(jí)中大力德RV減速器2023年產(chǎn)能8萬(wàn)臺(tái)千萬(wàn)級(jí)諧波減速器2023年產(chǎn)能5萬(wàn)臺(tái)行星減速器2023年產(chǎn)能80-100萬(wàn)臺(tái)數(shù)據(jù)來(lái)源:公司公告,以哈默納科為代表的日企擴(kuò)產(chǎn)較為謹(jǐn)慎。Limburg3月底非車載減速器9萬(wàn)臺(tái)/月、4萬(wàn)臺(tái)月、2.7萬(wàn)臺(tái)月、0.8萬(wàn)臺(tái)/16.5萬(wàn)臺(tái)月,即198萬(wàn)臺(tái)/年。表12:哈默納科產(chǎn)能情況工廠2018/032022/032022/092023/03日本-穗高工廠(臺(tái)/月)56000900009000090000日本-有明工廠(臺(tái)/月)10000(車載)60000(車載)90000(車載)90000(車載)德國(guó)-Limburg工廠(臺(tái)/月)10000270002700027000美國(guó)-Peabody工廠(臺(tái)/月)3000800080008000合計(jì)(臺(tái)/月,非車載)69000125000165000165000合計(jì)(臺(tái)/月,包括車載)79000185000255000255000數(shù)據(jù)來(lái)源:哈默納科公司公告,Nabtesco精密減速器產(chǎn)能有序擴(kuò)張Nabtesco精密減速器業(yè)務(wù)目前有3個(gè)工廠—日本Q2(17萬(wàn)臺(tái)89萬(wàn)臺(tái)9月竣工,產(chǎn)能萬(wàn)臺(tái)/年(年。表13:Nabtesco產(chǎn)能情況工廠2022/Q12023/Q22024E2026E2030E日本-Tsu工廠(萬(wàn)臺(tái)/年)8589898989中國(guó)-常州工廠(萬(wàn)臺(tái)/年)1617192525日本-濱松新工廠(萬(wàn)臺(tái)/年)4092120合計(jì)(萬(wàn)臺(tái)/年)101106148206234數(shù)據(jù)來(lái)源:Nabtesco公司公告,國(guó)產(chǎn)精密減速器廠商技術(shù)提升,自主開發(fā)進(jìn)行時(shí)國(guó)產(chǎn)減速器廠商技術(shù)水平不斷提升。由于減速器較高的技術(shù)壁壘,國(guó)產(chǎn)廠商盡管不具備先發(fā)優(yōu)勢(shì),但是在國(guó)產(chǎn)化的推動(dòng)下也實(shí)現(xiàn)了一定的技術(shù)突破,龐大的國(guó)產(chǎn)市場(chǎng)培育了綠的諧波、環(huán)動(dòng)科技等優(yōu)勢(shì)減速器公司,例如綠的諧波跳開了傳統(tǒng)的漸開線理論,發(fā)明了全新的“P型齒”,大幅提升了諧波減速器的輸出效率和承載扭矩,產(chǎn)品背隙、雙向傳動(dòng)精度、重復(fù)定位精度等關(guān)鍵性能均達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,額定壽命大幅提高;并且公司研發(fā)應(yīng)用的三次諧波技術(shù),可進(jìn)一步增強(qiáng)新一代諧波減速器適應(yīng)不同使用下游行業(yè)場(chǎng)景能力,提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)產(chǎn)減速器廠商具備成本優(yōu)勢(shì)。由于精密減速器目前裝配仍然依賴人工環(huán)節(jié),人工成本在成本中占到20-30%的比例,國(guó)產(chǎn)廠商具備人工成本優(yōu)勢(shì),并且磨齒機(jī)、插齒機(jī)等國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商技術(shù)實(shí)力也不斷提升,制造費(fèi)用有望進(jìn)一步下降,國(guó)產(chǎn)減速器廠商成本優(yōu)勢(shì)明顯。圖19:2022年綠的諧波成本結(jié)構(gòu)(諧波減速器及金屬部件業(yè)務(wù))圖20:2022年科峰智能成本結(jié)構(gòu)(精密行星減速器業(yè)務(wù))13.97%直接人工,委外加工費(fèi)13.97%直接人工,
直接材料,34.85%
制造費(fèi)用,23.68%制造費(fèi)用,26.93%
直接材料,50.61%24.25%
直接人工,25.72%數(shù)據(jù)來(lái)源:綠的諧波公司公告, 數(shù)據(jù)來(lái)源:科峰智能招股說(shuō)明書,哈默納科市占率領(lǐng)先,綠的諧波率先突圍。根據(jù)GGII,哈默納科諧波減速器全球市占率在80%。國(guó)產(chǎn)諧波減速器企業(yè)主要包括綠的諧波、來(lái)福諧波等,國(guó)產(chǎn)減速器廠商技術(shù)水平不斷接近海外龍頭,憑借成本與交付周期優(yōu)勢(shì),正在加速實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)。根據(jù)GGII,2021年我國(guó)機(jī)器人用諧波減速器市場(chǎng)中,哈默納科市占率約為35%,其次為綠的諧波,市占率約為25%,第三為來(lái)福,市占率為8%。圖21:哈默納科諧波減速器全球市占率80% 圖22:2021年我國(guó)機(jī)器人用諧波減速器市場(chǎng)占比情況其他大族福德川其他大族福德川新寶來(lái)福同哈默納科哈默納科,80% 綠的數(shù)據(jù)來(lái)源:維科網(wǎng)機(jī)器人, 數(shù)據(jù)來(lái)源:GGII,納博特斯克全球市占率60%,國(guó)產(chǎn)廠商快速追趕。國(guó)產(chǎn)RV減速器企業(yè)主要包括雙環(huán)、珠海飛馬、中大力德、南通振康等,根據(jù)GGII,2021年我國(guó)機(jī)器人用RV減速器市場(chǎng)中,納博特斯克市占率約為52%,其次為雙環(huán)傳動(dòng),市占率約為15%,第三為日本住友,市占率為5%,其次珠海飛馬和中大力德市占率分別在4%左右。圖23:納博特斯克精密減速器全球市占率圖24:2021年我國(guó)機(jī)器人用減速器市場(chǎng)占比情況其他秦川智同 南通振康中大力德珠海飛馬住友環(huán)動(dòng)
Nab數(shù)據(jù)來(lái)源:Nabtesco公告, 數(shù)據(jù)來(lái)源:MIR,重點(diǎn)關(guān)注:國(guó)產(chǎn)精密減速器領(lǐng)軍企業(yè)(1)綠的諧波:國(guó)產(chǎn)諧波減速器龍頭,自主開發(fā)先驅(qū)公司深耕精密傳動(dòng)領(lǐng)域二十載,率先實(shí)現(xiàn)諧波減速器的自主開發(fā)。公司產(chǎn)品包括諧波減速器及金屬部件、機(jī)電一體化產(chǎn)品及液壓產(chǎn)品,應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、航空航天、醫(yī)療器械、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、新能源裝備等高端制造領(lǐng)域。公司下游客戶包括新松機(jī)器人、華數(shù)機(jī)器人、新時(shí)達(dá)、埃夫特、埃斯頓、UniversalRobots等國(guó)內(nèi)外大型知名企業(yè)。公司積極擴(kuò)產(chǎn)應(yīng)對(duì)下游需求增長(zhǎng)。27萬(wàn)臺(tái),募投項(xiàng)202359達(dá)產(chǎn),屆時(shí)諧波減速器產(chǎn)能合計(jì)達(dá)到159萬(wàn)臺(tái),機(jī)電一體化產(chǎn)品產(chǎn)能達(dá)到20萬(wàn)臺(tái)。(2)雙環(huán)傳動(dòng):汽車齒輪核心供應(yīng)商,RV減
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