軸のDカットとIカットのねじれ

カットした形状のねじりだけを考えるのはマズイのでは？
その部分のねじりは相手部品で拘束されるので

＞軸先端にトルクが働く部品において、回り止め・・・

これ、キーの設計では？
　　　http://www.rmc.mce.uec.ac.jp/webclass/MachineMechanismDesign/Key_and_Coupling.pdf
P.2のように形は□△といくらでも考え得るが、キー構造で強いのは接線キー。嵌め込むだけなら☆のセレーションとか。
設計は平キーでキーのせん断応力計算なら簡単至極で、あとは受圧面積が複雑。

ねじりは長さの影響が大きい。つまり元の円筒軸の長さで決まる。キーで固定する部分は長さゼロとして無視しても差し支えない。
Ｄカットなどを軸全てに施せば、これはねじり剛性の比較になる。大昔のロータリーＳＷは軸全長がＩカットであったが、それは機能上必要としたからで、ふつうは必要最小限のカットしかしませんよね。

キー部分の強度は添付資料のような単純計算でマアマア設計したとして、現実問題で嵌り具合にガタが出ることはしばしばあります。それは加工精度の問題、キー形式での利害得失になります。

回答(１) 要素奇知さんのアドバイスで、既に解決済みなので、
ちょっと違った角度から。

> Dカットでは軸方向平面は1面のみなので、
> 相対する面を2面持ったIカットの方が回り止めとしてよいと思っています。
そぅかな？
経験的には、「相対する２面」ではなく「直交する２面」の方が、
回り止めや緩み止めには、より有効です。
まぁこの辺は、設計的な好みの問題かも知れないけれどさ。

軸のねじれ強度におけるせん断応力τの計算は
τ＝Ｔ/Ｚp　　
Zp＝Ip/ｙ
ここにＴ：ねじりトルク、Zp：極断面係数、Ip：断面二次極モーメント
ｙ：最外径　です。
Ipに関して　Ｄカット＞Ｉカット　ですから
τにおいては　Ｄカット＜Ｉカット　となります。
円断面をカットするとIpの計算は極めて複雑になります。矩形で近似するか
領域分割して数値計算で求めることになります。参考までに矩形断面におけ
る最大せん断力の求め方を提示しておきます。

カット面での接合の場合カット面の反作用力により、軸に曲げが生じます。
この曲げを緩和する方策は必要かも知れませんね。伝動力が大きくなれば
この点がネックになり、ねじりによる応力を越えるレベルになると構成が
難しくなります。