汽车传动系统的传递路线

报告出品方：信达证券

以下为报告原文节选

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一、齿轮：汽车传动系统的核心部件

1.1 齿轮是机械设备中重要的传动部件

齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，通过连续啮合传递运动和动力。齿轮传动是应用最广泛的机械传动方式之一，可实现改变转速和转矩、改变运动方向和改变运动形式等功能，具有传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点。当两个齿轮分离时，可以用链条、履带、皮带来带动两边的齿轮，此时转动方向相同；当两个齿轮互相啮合时，其转动的方向相反。

齿轮传动的用途很广，是汽车、机床、航空、轮船、农业机械、建筑机械等各种机械设备中的重要零部件，日常生活中也要使用各种齿轮传动装置。

齿轮根据轴性可分为平行轴、相交轴及交错轴三种类型。平行轴齿轮有正齿轮、斜齿轮、内齿轮、齿条及斜齿条等；相交轴齿轮有直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮、零度齿锥齿轮等；交错轴齿轮有交错轴斜齿齿轮、蜗杆蜗轮、准双曲面齿轮等。平行轴及相交轴齿轮副的啮合以滚动为主，相对滑动非常微小，所以效率高；交错轴斜齿轮及蜗杆蜗轮等交错轴齿轮副通过相对滑动产生旋转以达到动力传动，因此摩擦影响非常大，与其他齿轮相比传动效率较低。

按照产品用途，齿轮可以细分为车辆齿轮、工业齿轮及齿轮专用装备。

车辆齿轮占齿轮产品市场的比重在 60%以上，是国内市场齿轮产品的第一大应用领域，主要包括车辆变速总成和车辆驱动桥传动总成。作为车辆主要的基础传动零件，车辆齿轮的质量直接影响车辆的噪声、平稳性及使用寿命。车辆齿轮具备传动效率高、结构紧凑、传动比稳定、可靠性高、工作寿命长等性能特征及优势。相对于工业齿轮，车辆齿轮的尺寸、模数变化范围较小，生产批量大，易于组织专业化、规模化生产。

工业齿轮包括工业通用齿轮和工业专用齿轮，工业齿轮产品品种繁多，使用工况较为复杂。

工业通用变速箱已经逐渐系列化并批量生产；工业专用齿轮装置随主机要求，需特殊设计配套，仅有小部分为系列化标准产品，绝大多数为单件小批量、多品种生产。

齿轮专用装备主要为齿轮专用机床、刀具等齿轮制造配套设备，应用于齿轮传动装置的制造和总成配置。

1.2 汽车齿轮主要用于传动系统

车辆齿轮主要用于汽车传动系统，燃油车动力传递路线为发动机→离合器→变速器→传动轴→主减速器和差速器→半轴→驱动轮，其中齿轮零部件主要包括变速箱（含同步器）、主减速器和差速器等。

变速箱是改变动力源转速和扭矩的机构，分为有级式（有若干个定值传动比，通常由 3-5 个前进档、1 个空档、1 个倒档、1 个驻车档组成）和无极式（传动比可连续变动）。

变速箱是燃油车必备组件，有助于发动机实现启动、怠速、倒车等功能，并提高燃油效率。

电动车电动机转速范围宽，在低速时能够输出大扭矩，高速时能够输出恒功率，与车辆需求吻合，电机自身就自带变速器的属性。电动车搭载变速箱后可以提高低速起步和高速行驶的电机效率、提高高速时的动力性能、降低对电机的要求，但是变速箱占用较多空间且价格昂贵，整体性价比不高，因此当前主流纯电动车不搭载变速箱。

同步器是变速箱的重要组成部分，有提高汽车换挡效率的作用。同步器分为常压式、惯性式、自行增力式等种类，目前广泛采用的惯性式同步器由结合齿、齿环、齿毂、齿套等组成。在换挡时，汽车变速器输入轴和输出轴各自以不同的速度旋转，同步器是变速箱的组成部分，通过齿环与齿轮的摩擦作用快速实现变速器输入轴与输出轴的同步，从而实现挡位的平顺切换、降低对变速器齿轮的磨损消耗、提高动力的输出效率。

差速器是能够使左右驱动轮实现不同转速转动的机构。差速器的主要作用是将主减速器传来的动力传给左、右两半轴，并在必要时允许左、右半轴以不同转速旋转，使左、右驱动车轮相对地面纯滚动而不是滑动。在汽车转弯时，内外侧车轮的转弯半径不同，外侧车轮的转弯半径大于内侧车轮，这就要求在转弯时外侧车轮的转速要高于内侧车轮，差速器可以改变两侧车轮的转速，从而满足汽车转弯时两侧车轮转速不同的要求。

主减速器安装在驱动桥内，主要作用是将传动装置的扭矩增大，同时降低转速并改变扭矩的传递方向。燃油车变速箱本身就具有一定的改变传动比功能，对主减速器的要求较低；由于电动车电机转速较高且没有变速箱，因此对主减速器的要求较高。

燃油车发动机体积大、结构复杂，布置方式有限；而电动机结构简单、体积小、转速范围宽、效率高，动力布置方式更多样。不同的动力布置方式会影响传动系统中齿轮零部件的运用。

纯电动汽车根据驱动电机与驱动车轴之间的连接关系可分为四种。

替代内燃机布置只是将内燃机换成电动机，仍然保留了离合器、变速器和驱动桥部分。这种布置可以提高纯电动汽车的起动转矩，增加低速时纯电动汽车的后备功率。

电机齿轮机构集成布置取消了离合器和变速器，但保留减速差速机构，由一台电机驱动两车轮旋转，可以是前驱，也可以是后驱。优点是可以继续沿用当前内燃机汽车中的动力传动装置，只需要一组电机和逆变器；缺点是对电机的要求较高，不仅要求电机具有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证纯电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性。

轮边电机布置将电机装在汽车轮边外部单独驱动车轮，并通过轮边减速器放大电机扭矩，是一种从集中式驱动过渡至轮毂电机驱动的形式。轮边电机的四个车轮都由单独的车轮驱动，每个车轮可以自由调整转速和旋转方向，通过左右侧车轮正反转就能实现原地掉头的操作，更加便捷。

轮毂电机布置将电机直接装到驱动轴上，直接由电机实现变速和差速转换。优点是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，车辆机械部分大大简化；缺点是这种传动方式同样对电机有较高的要求，要有大的起动转矩和后备功率、控制系统有较高的控制精度、具备良好的可靠性。轮毂电机布置广泛应用于电动两轮车，由于电动汽车本身的车重、载重、最大车速等较高，对轮端扭矩的需求在几千牛米以上，采用电机直驱成本很高。

最理想的驱动方式为电机直接驱动车轮（轮毂电机），考虑到技术的局限性，当前齿轮机构集成布置为主流布置方式，以比亚迪仰望为代表的高端车型已开始量产轮边电机布置方式。

二、新能源汽车与机器人产业如火如荼，驱动齿轮行业三大变革

2.1 齿轮是重资产行业，资本开支周期与盈利周期的间隔约为 2 年

2.1.1 齿轮是投入产出比低的重资产行业

齿轮是重资产行业，机械设备占用较多资金。生产齿轮需要较多机械设备，如粗车床、精车床、磨齿机等，其中高端设备需从海外进口，价格昂贵。燃油车时代，齿轮散件价格低、资金投入大，主机厂（动力总成厂、车桥厂）为了节省资金、提高资产收益率，往往交给第三方齿轮厂外协生产齿轮散件。

重资产行业，固定资产周转率较低。13-22 年汽车零部件行业的固定资产周转率（收入/固定资产净值）在 3.5-4.5 区间，剔除 2020 年蓝黛科技触控显示业务并表后的扰动，17 年后齿轮行业四家上市公司的固定资产周转率保持在 0.5-1.5 区间，反映其资产利用效率较低。

2.1.2 资本开支周期与盈利周期的间隔约为 2 年

齿轮行业资本开支和折旧占收入比重高。汽车零部件行业资本开支占收入的比重维持在 7%-8%，由于齿轮行业投入产出比较低，维持收入增长需要投入更多的资金，资本开支占收入的比重在 10-50%，受产能投放节奏的影响有所波动；较多固定资产导致折旧占收入的比重（6%-16%）亦高于汽车零部件行业（3%-5%）。

重资产行业资本开支周期后往往迎来较好盈利周期。齿轮行业建设周期一般为 2 年，随后进入产能释放期；由于折旧、产能利用率等因素影响利润释放，利润增长晚于收入增长。

2017 年双环传动进入资本开支周期，2 年后进入盈利周期，20 年收入同比+13%，21 年净利润同比+537%；2018 年精锻科技进入资本开支周期，2 年后进入盈利周期，21 年收入同比+18%，22 年净利润同比+44%；豪能股份、蓝黛科技双主业对报表有扰动，单从汽车业务来看也具有相似的规律。

齿轮行业上市公司增长确定性强，业绩具备可预见性。考虑到产能建设周期和历史规律，我们认为齿轮行业资本开支周期与盈利周期的间隔为 2 年左右，且净利润弹性更大。齿轮行业上市公司持续保持较大规模资本开支，后续或迎来较好的盈利周期。

2.2 齿轮行业三大趋势：精度提升、机器人带来增量需求、第三方总成

2.2.1 价：新能源车、机器人齿轮精度更高，单价提升

电动车齿轮：对噪音和精度要求更高。1）新能源汽车没有燃油车发动机的噪音，需要更高精度齿轮以满足对噪声、振动与声振粗糙度（NVH）的要求；2）电动车电机转速更高，对齿轮精度要求更高；3）提高传动效率，标准精度齿轮传动传递效率在 98-99％，高精度齿轮在99-99.8%。

机器人齿轮：要求轻量化、传动速比大、精度髙。1）轻量化。电机功率有限，只有机器人自重越轻才能做更多的有效功，这就要求齿轮单件重量轻，数量要少，通常只有 2 级传动或者 3 级传动。人形机器人关节多，零部件多，功率小，对齿轮轻量化的要求更高。2）传动速比大。由于电机的转速高，机器人的关节运动速度较低，所以电机和机器人关节输出之间要做一个很大的减速传动。加上轻量化的限制要求齿轮单级传动的传动比很大，且小齿轮齿数很少以减小整个齿轮系的体积。3）精度高。机器人执行机构在末端，减速器的极小的精度误差在末端就会被放大几十倍，所以机器人对每个关节减速器的精度要求都非常高。

传统燃油车齿轮精度要求为 6-8 级，新能源车齿轮一般为 4-5 级，机器人齿轮的精度等级范围在 3-6 级，精度提高推动了齿轮单价提高。

2.2.2 量：机器人增量赛道带来新需求

机器人带动新需求，汽车齿轮厂商有望受益。1）工业机器人和人形机器人均需要使用齿轮减速器，潜在市场空间广阔；2）汽车齿轮工艺水平较高，人形机器人使用的行星减速器也应用于汽车中，技术上具有一定共性；3）特斯拉是人形机器人头部企业，与汽车供应链保持良好的合作关系。我们认为汽车齿轮厂商有望充分受益于机器人的发展。

2.2.3 份额：齿轮产品第三方供应商外包与总成

车企更加注重电动化智能化研发+齿轮制造难度提升，部分机械制造环节外包。1）汽车的核心竞争力由“三大件”向智能化转移，主机厂将资源投入效益更高的智能化方向；2）齿轮行业精度提升，主机厂无力制造；3）电驱动取代发动机，电驱动企业往往不具备齿轮的生产能力，在多合一电驱动系统中需要外采减速器或减速器齿轮。

2.3 齿轮行业三大变化：规模增加、壁垒提高、估值中枢抬升

2.3.1 市场规模变大，高精密齿轮市场提升较快

燃油车齿轮规模下降，高精度齿轮规模显著提高。假设燃油车产品供应齿轮散件，新能源车产品供应总成产品，混动车型供应变速箱齿轮散件、差速器和主减速器总成。我们预计 22-27 年齿轮散件的市场规模有望从 375 亿元降低至 247 亿元；高精密齿轮总成规模从 188 亿元增加至 506 亿元，年复合增速为 21.9%。

2.3.2 技术壁垒变高，市场份额向头部集中

齿轮加工方法有滚齿、铣齿、插齿、梳齿、刨齿、剃齿、珩齿、磨齿、挤齿等，其中精度最高的加工方式为磨齿，一般用于新能源汽车齿轮、机器人齿轮等高精度齿轮。

海外磨齿机厂商主要有莱斯豪尔（瑞士）、格里森（美）、利勃海尔（德）、卡帕（德）等，进口磨齿机价格在 1000 万元左右，高效磨齿机价格昂贵，且海外供应商产能有限；国内供应商在加工精度、加工效率、加工稳定性等方面与海外厂商存在一定差距。

制造高精密齿轮的壁垒在于：1）资本充足，采购足够数量昂贵的生产设备；2）具备较大生产规模，与生产设备厂商建立良好联系，并提前预定设备产能；3）具备齿轮行业人才，通过较长时间去优化生产工艺，提高产能利用率与产品良率。

我们认为高精密齿轮的发展将推动齿轮行业向头部集中，并且已经具备高精度齿轮生产能力的厂商在机器人齿轮领域将具备较大的先发优势。

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