提出一种同时考虑气体润滑非接触式机械密封端面径向锥度、周向波度以及静环静态角偏差的理论模型。利用自行开发的有限元程序求解稳态雷诺方程，得到了端面气膜压力分布，计算了开启力、泄漏率、稳态气膜刚度系数等稳态特性参数。利用小扰动法及有限元法计算了密封平衡位置处气膜线性化的刚度系数和阻尼系数。通过求解密封三自由度齐次运动方程对密封进行了线性化稳定性分析，给出了密封轴向和角向稳定性门槛值。研究了不同参数对密封稳态特性及气膜动态特性的影响。密封稳态分析表明，中、高速下端面过度变形以及较大的静环静态角偏差会导致密封因过度泄漏或端面接触而失效。密封动力学分析表明，高速下负锥度和较大的静环静态角偏差会使角向气膜阻尼系数出现负值，从而使角向微扰运动不断扩散；波度的存在使气膜轴向和角向运动互相耦合，给密封稳定性分析带来困难。密封稳定性分析表明，高速下密封会因高频微扰而出现动态不稳定，而低速下密封始终保持动态稳定性；支撑刚度及阻尼有利于提高密封动态稳定性；锥度的存在使密封轴向稳定性临界值明显增大。