金属波纹补偿器设计的理论基础是板壳理论、材料力学、计算数学等。金属波纹补偿器设计的参数较多，由于金属波纹补偿器在系统中的用途不同，其设计计算的重点也不一样。例如，金属波纹补偿器用于力平衡元件，要求金属波纹补偿器在工作范围内其有效面积不变或变化很小，用于测量元件，要求金属波纹补偿器的弹性特性是线性的;用于真空开关管作真空密封件，要求金属波纹补偿器的真空密封性、轴向位移量和疲劳寿命;用于阀门作密封件，要求金属波纹补偿器应具有相应的耐压力、耐腐蚀、耐温度、工作位移和疲劳寿命。根据工作压力性质的不同，金属波纹补偿器的允许位移也有所区别一般金属波纹补偿器只承受轴向载荷(拉力或压力)时，它的允许位移可在金属波纹补偿器有效长度的10%~40%之间选用;而在金属波纹补偿器承受横向集中力、扭转力矩或综合受力时，金属波纹补偿器的允许位移应适当减小。应用多层金属波纹补偿器可以降低刚度和变形引起的应力，因而可以在很大程度上提高金属波纹补偿器的寿命。对生产的金属波纹补偿器进行试验证明，如果金属波纹补偿器按上述规范工作，它的便用寿命基本土可达到5万次左右。

金属波纹补偿器不产生塑性变形情况下所能获得的较大位移称为金属波纹补偿器的允许位移。对于工作在压缩状态的金属波纹补偿器，它的较大压缩位移是：金属波纹补偿器在压力作用下，压缩到波纹之间相互彼此接触时所能产生的较大位移值，也称为结构允许较大位移，它等于金属波纹补偿器自由长度与较大压缩长度之差。

金属波纹补偿器在实际工作过程中会产生残余变形，残余变形又称长久变形或塑性变形，金属波纹补偿器在力或压力作用下产生变形，当力或压力卸除后，金属波纹补偿器不恢复原始状态的现象称残余变形，残余变形通常用金属波纹补偿器不恢复原始位置的量来表示又称零位偏移。金属波纹补偿器的寿命是在工作条件下使用时，能保证正常工作的较短工作期限或循环次数。用金属波纹补偿器组成的弹性密封系统，经常在承受较多循环次数的变动载荷和较大位移的条件下工作，因此确定金属波纹补偿器的使用寿命，具有重要意义。

金属波纹补偿器在工作过程中，其寿命长短主要取决于工作过程中产生的较大应力。为了降低应力，一般通过减少金属波纹补偿器的工作位移和降低工作压力来实现。在一般设计中规定金属波纹补偿器的工作位移应小于它的允许位移的一半，它的工作压力应小于金属波纹补偿器的耐压力的一半。金属波纹补偿器在其它情况相同而工作压力性质(恒定或交变载荷)不同的条件下工作时，其使用寿命将有差别。显然，在交变载荷下工作时，金属波纹补偿器的寿命比恒定载荷下工作时要短一些。

对金属波纹补偿器有效面积提出的要求及其计算方法取决于波纹管的用途。如果金属波纹补偿器用作弹性密封件或管路热补偿时，有效面积的意义仅在于用来计算波纹管成形时的轴向力和使用系统中的推力。金属波纹补偿器的有效面积计算值与实测值之间急有一些差别。一般情况下用**公式计算金属波纹补偿器的有效面积，是可以满足需要的。

金属波纹补偿器位移与零位偏移之间的关系，无论拉伸还是压缩位移，在金属波纹补偿器位移的起始阶段，它的残余变形量都很小，一般都小于金属波纹补偿器标准中规定的允许零位偏移值。但是，当拉伸(或压缩)位移量逐渐增大到**过相应的位移值后，会引起零位偏移值的突然增大，这表示金属波纹补偿器产生比较大的残余变形，在这之后。如果再增大一点位移量，残余变形将显着增加。所以金属波纹补偿器一般不应**过这个位移量，不然将会严重的降低其精度、稳定性和可靠性以及使用寿命。