본 교재는 대학에서 기계공학 및 관련 전공을 이수하는 학습자들의 학습을 목적으로 집필되었으며, 기사, 산업기사 등 관련 국가기술자격 취득과 공기업 및 산업체 취업을 준비하는 데에도 도움이 되도록 구성하였다. 기계설계는 힘이 어떻게 작용하는지에 대한 역학적 이해, 사용 목적에 적합한 재료의 선정, 실제 제작 가능성에 대한 고려, 그리고 관련 표준과 규격의 적용을 바탕으로 기계요소를 조합하여 기계장치를 안전하고 효율적으로 구성하는 방법을 다루는 학문이다. 따라서 기계설계는 이론과 실무를 함께 이해해야 하는 종합적인 공학 분야라 할 수 있다. 본 교재는 기계설계에 사용되는 주요 기계요소를 체결요소, 동력전달요소, 제동 및 완충요소, 배관 요소로 구분하여 구성하였다. 이를 통해 각 기계요소의 기능과 역할을 이해하고, 강도, 강성, 수명, 경제성 등을 종합적으로 고려한 기계요소 설계 능력을 기를 수 있도록 하였다. 이러한 구성은 기계설계의 방대한 내용을 체계적으로 정리하고, 기계 시스템을 이루는 각 요소의 역할을 단계적으로 학습하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 학습 초기 단계의 학습자들은 기계요소에 작용하는 다양한 하중과 그로 인해 부품 내부에서 발생하는 인장, 압축, 굽힘, 비틀림과 같은 변형의 의미를 충분히 이해하기 전에 여러 설계식과 계산 절차를 먼저 접하는 경우가 많다. 이로 인해 설계식이 실제 하중 상태를 판단하기 위한 도구라기보다 암기의 대상으로 인식되며, 계산 과정 또한 기계적으로 따라가는 학습으로 이어져 부담이 커지는 경우가 적지 않다. 이에 본 교재는 설계식을 단순히 나열하거나 암기하도록 하는 방식에서 벗어나, 기계요소가 실제로 어디에 사용되는지, 하중이 어떻게 작용하는지, 그리고 기계요소 간의 관계 운동이 어떻게 이루어지는지를 이해하기 쉽고 간결하게 설명하는 데 중점을 두었다. 또한 기계요소와 관련된 주요 용어와 변수, 기호의 의미를 명확히 정의하고, 이를 장 전체에 걸쳐 일관되게 사용함으로써 설계 과정을 처음 접하는 학습자도 흐름을 따라가며 단계적으로 학습할 수 있도록 구성하였다.

Part 01 기계설계의 개요 기계설계의 기초 1.1 기계와 기구 3 1.2 표준규격 7 1.3 단위계 8 1.4 기계설계의 기본사항 15 1.5 기계재료의 기계적 성질 16 1.6 응력집중 18 1.7 피로한도 20 1.8 안전율 22 1.9 공차와 끼워맞춤 25 ■1장 잠깐, 쉬어가기! 31 ■1장 연습문제 33 Part 02 체결요소 설계 2.1 나사 39 2.2 나사의 종류 43 2.3 나사역학 53 2.4 나사의 기본설계 61 2.5 너트의 높이 65 2.6 볼트와 너트 67 2.7 나사의 풀림방지 73 2.8 수공구 76 ■2장 잠깐, 쉬어가기! 78 ■2장 연습문제 81 키, 코터, 핀 및 스냅링 3.1 키의 종류 83 3.2 키의 강도 91 3.3 코터 97 3.4 핀과 스냅링 100 ■3장 잠깐, 쉬어가기! 103 ■3장 연습문제 105 리벳 및 용접이음 4.1 리벳이음 107 4.2 용접이음 123 ■4장 잠깐, 쉬어가기! 138 ■4장 연습문제 141 Part 03 동력전달요소 설계 5.1 축의 분류 147 5.2 축의 설계에서 고려할 사항 149 5.3 축의 강도설계 153 5.4 축의 강성설계 167 5.5 진동을 고려한 축의 설계 172 ■5장 잠깐, 쉬어가기! 177 ■5장 연습문제 180 축이음 6.1 커플링 183 6.2 클러치 198 ■6장 잠깐, 쉬어가기! 210 ■6장 연습문제 213 미끄럼 베어링 7.1 저널의 종류 215 7.2 레이디얼 저널의 설계 216 7.3 스러스트 저널의 설계 226 7.4 미끄럼 베어링의 윤활 231 7.5 미끄럼 베어링의 재료 243 ■7장 잠깐, 쉬어가기! 245 ■7장 연습문제 246 구름 베어링 8.1 구름 베어링의 구조 250 8.2 구름 베어링의 종류 250 8.3 구름 베어링의 호칭번호와 주요치수 255 8.4 구름 베어링의 기본설계 262 8.5 구름 베어링의 설치법 272 8.6 구름 베어링의 윤활 274 8.7 밀봉장치 279 ■8장 잠깐, 쉬어가기! 283 ■8장 연습문제 284 마찰전동장치 9.1 원통마찰차 288 9.2 홈마찰차 294 9.3 원추마찰차 297 9.4 무단변속장치 301 ■9장 잠깐, 쉬어가기! 308 ■9장 연습문제 309 스퍼기어 10.1 기어의 종류 312 10.2 이의 각부 명칭 316 10.3 이의 크기 318 10.4 치형곡선 320 10.5 표준 스퍼기어 324 10.6 물림률 328 10.7 이의 간섭 332 10.8 인벌류트 함수와 이의 두께 334 10.9 전위기어 337 10.10 전위계수의 선택 339 10.11 이의 강도 343 10.12 기어의 모체설계 354 ■10장 잠깐, 쉬어가기! 357 ■10장 연습문제 359 헬리컬, 웜, 베벨기어 및 유성기어 11.1 헬리컬기어 361 11.2 웜기어 369 11.3 베벨기어 379 11.4 기어열 384 ■11장 잠깐, 쉬어가기! 397 ■11장 연습문제 400 링크장치 12.1 기구 405 12.2 기소와 짝 405 12.3 연쇄와 링크 407 12.4 순간중심 409 12.5 4절 링크 기구 409 ■12장 잠깐, 쉬어가기! 430 ■12장 연습문제 432 벨트, 로프 및 체인 13.1 평벨트 436 13.2 V벨트 462 13.3 세폭 V벨트 475 13.4 치형벨트 478 13.5 로프 479 13.6 체인 483 ■13장 잠깐, 쉬어가기! 497 ■13장 연습문제 501 Part 04 제동 및 완충요소 설계 브레이크 14.1 블록 브레이크 505 14.2 내확 브레이크 510 14.3 블록의 브레이크 성능 512 14.4 밴드 브레이크 518 14.5 밴드 브레이크의 설계치수 520 14.6 원판 브레이크 524 14.7 원추 브레이크 525 14.8 자동 하중 브레이크 526 ■14장 잠깐, 쉬어가기! 528 ■14장 연습문제 529 스프링 15.1 스프링의 종류 505 15.2 스프링의 특성 537 15.3 코일 스프링의 기본설계 540 15.4 겹판 스프링의 기본설계 545 15.5 스프링의 재료 552 ■15장 잠깐, 쉬어가기! 554 ■15장 연습문제 556 Part 05 배관요소 설계 관, 관이음 및 밸브 16.1 관 561 16.2 관이음 573 16.3 밸브 577 ■16장 잠깐, 쉬어가기! 583 ■16장 연습문제 585 연습문제 해답 부 록 1. 그리스 문자 592 2. SI단위의 접두어 592 3. 각종 단면의 특성 593 4. 보의 처짐공식 594 ■ 찾아보기 596

각 장에는 ‘따라 하기식’ 예제를 수록하여 학습자가 계산 과정을 순차적으로 따라가며 설계 개념을 자연스럽게 익힐 수 있도록 하였다. 특히 설계 계산에서 자주 어려움을 겪는 단위 환산 문제를 고려하여, 단위의 선택과 변환 과정을 자세히 설명함으로써 설계식이 역학의 기본 개념과 어떻게 연결되는지를 이해하도록 하였다. 이를 통해 개별 기계요소의 계산에 그치지 않고, 기계요소를 통한 동력 전달과 기계 시스템의 작동 원리를 설계 관점에서 파악할 수 있도록 하였다. 아울러 각 장에는 서술형 문제와 계산형 문제를 함께 제시하여 개념 이해와 계산 능력을 균형 있게 학습할 수 있도록 구성하였다. 특히 서술형 문제의 경우, 대화형 인공지능(AI)을 활용하여 개념 설명과 사고 과정을 점검한다면 이해 중심의 학습에 도움이 될 것으로 판단된다. 본 교재에서는 주요 기계요소에 대해 한국산업표준(KS) 규격을 가능한 범위 내에서 반영하였으며, 모든 계산과 표현에는 국제단위계(SI)를 사용하였다. 또한 강의 현장에서 학습자의 이해를 돕기 위해 활용해 온 쉬운 표현과 실제 사례를 ‘잠깐, 쉬어가기!’ 코너로 정리하여 수록하였다. 이 코너는 본문 학습의 흐름 속에 자연스럽게 배치하여, 복잡하게 느껴질 수 있는 내용을 잠시 환기하고 핵심 개념을 다시 정리할 수 있도록 구성하였다. 이를 통해 이론 중심의 학습을 넘어 실제 산업 현장과 연계된 설계 감각을 기를 수 있도록 하고자 하였다. 본 교재를 통해 학습자들이 기계설계의 기초를 충실히 다지고, 이후의 전공 심화 학습이나 실무 설계로 자연스럽게 확장해 나갈 수 있기를 기대한다. 이 교재가 기계설계를 배우는 학습자들에게 든든한 길잡이가 되어, 기계설계의 기본 원리를 이해하는 데 도움이 되기를 바란다.