金属透镜垫属于半径向自紧密封式金属垫片,透镜垫的自紧能力直接决定着透镜垫与螺栓法兰的密封性能。本文采用Hertz接触理论推导出了透镜垫接触宽度及接触环中心最大接触压强与螺栓载荷关系公式。基于透镜垫与法兰接触时的最大接触压强与预紧载荷的计算公式,定义了透镜垫的自紧系数。将透镜垫、螺栓、法兰作为一个整体,并引入透镜垫与螺栓法兰刚度,分析透镜垫与螺栓法兰连接系统变形与受力关系,推导出了金属透镜垫自紧系数公式,且分析了透镜垫连接系统的各参数对自紧系数的影响。运用弹性力学理论给出了透镜垫刚度理论计算公式。分析了透镜垫表面车削成型的微观形貌,基于此微观形貌计算了透镜垫密封时的微观泄漏量。采用热力学仿真分析方法,探索温度对透镜垫连接系统的影响。设计了透镜垫密封试验装置,以此来验证理论结果。自紧系数分析结果表明金属透镜垫的自紧能力与金属透镜垫及螺栓法兰刚度有重要的相关性,在工程应用中必须保证螺栓法兰刚度与金属透镜垫刚度的比值大于某一定值,才能使透镜垫具备完全自紧密封能力。热力学分析结果表明介质温度升高使得透镜垫与法兰连接更加紧密。透镜垫密封试验验证了透镜垫接触宽度公式及透镜垫密封时的最小螺栓载荷公式,也验证了当透镜垫最大接触压强达到透镜垫材料的屈服极限时液体能够被密封住。