单胀式蒸汽机（ Simple expansion）-配气机构，气门机构

蒸汽在汽缸中膨胀做功一次， 然后直接排放到大气或冷凝器中。通过“汽阀”（ valve ）的开启与关闭来控制蒸汽在汽缸中完成进气、膨胀、排气、压缩4个工作过程。

最初的蒸汽机的进汽和排汽，是通过一套最简单的气门（ 汽阀，为主滑阀结构）传动机构来控制一个“汽阀”的开、关来实现的，在蒸汽机整个循环期间， “汽阀”的开关时间和升程（蒸汽注入和排出的通道面积不变，流量不变）都是固定不变的，同时，蒸汽机只能沿一个方向旋转。

但是，对于“运输”用发动机，发动机需要经常停止和起动，发动机不仅正转还需要反转，更需要“调速”。上述的“汽阀”和气门传动机构已不能满是使用要求。

为了克服和解决上述问题，在1840年代和50年代，人们发明了各种专利的气门传动机构（ valve gears ），来驱动和控制“主滑阀（升程固定） +可变流量调节阀（可调升程）”的组合阀的开、关，从而控制蒸汽注入和排出汽缸的合适时机，解决喷“汽” 和排“汽” 的定时或正时；控制蒸汽注入和排出汽缸的流量大小，从而解决蒸汽机的调速问题。

同时，大多数蒸汽机配置有“换向” 装置，蒸汽注入和排出分别采用不同的滑阀来控制。采用“组合阀”（主滑阀 +可变流量调节阀）方案，同时带来了“汽阀”或气门及传动机构复杂，机械摩擦和磨损加剧。

一种折中的解决方案就是加长阀门的摩擦表面来提供搭接（ lap ）以与进气产生气门“重叠角”（ overlap ） 。这种权宜之计，对大多数应用场合来说都是令人满意的，并且可以使用更简单的 Stephenson、Joy 和 Walschaerts 气门机构。

Corliss 和后来的提升阀齿轮有单独的进气门和排气门，由脱扣机构或凸轮（轴）驱动，以获得满意的冲程。

Stephenson气门传动装置

是由William Howe和William Williams在1841年的史蒂芬孙（ Stephenson ）机车厂开发的。Stephenson气门传动装置是一种早期的气门传动装置，可以从踏板上微调入汽量。 阀的运动来自偏心杆。

它很快变得很流行，并且可能是LNER继承的最普通的气门机构。 尽管在LNER（1923年）成立之前，它在新机车上的使用已大大减少，但斯蒂芬森气门装置却被用于J94 0-6-0ST机车，这是LNER购买的最新设计之一。

David Joy气门机构

英国工程师大卫·乔伊（David Joy）在利兹（ Leeds ）的铁路铸造厂（Shepherd＆Todd）度过了他的职业生涯的大部分时间， 1874年，他成为英国维克斯造船公司巴罗船厂（Barrow Shipbuilding Company）的经理，在那里他开发了Joy气门装置。 这种气门传动装置实际上是为船舶设计的，但它也节省了重量和空间，对机车应用而言都是有用的。 该运动源自连杆上的一个点，而不是斯蒂芬森齿轮上的偏心轮。 释放的空间使设计人员可以使用更坚固的曲柄腹板，并增加轴颈轴承的表面。 这大大降低了故障率，但Joy阀齿轮容易在齿轮传动杆销的连杆孔中附近破裂。

随着外部汽缸在20世纪初变得越来越普遍，Joy气门装置在节省空间方面的优势变得越来越不重要。 实际上，Joy气门传动装置需要很大的宽度，因此不适用于外部气门传动装置。 因此，Walschaert的气门传动装置成为新的外部汽缸机车的首选齿轮，而Joy气门传动装置的重要性下降。

Walschaert（沃尔沙特）气门传动装置

1844 年，Egide Walschaerts 发明了一种气门装置，到 1848 年，它的外观与今天非常相似。 20 世纪之交，Stephenson气门机构在很大程度上被 Walschaerts 发明的气门机构所取代，但这两种齿轮几乎是同时发明的，与Stephenson气门机构相比，Walschaert机构的优点是每个气门仅需要一个偏心轮，并且为所有截止设置提供恒定的导程。后来更普遍采用 Walschaerts 齿轮的主要原因是它普遍安装在机车车架外，更加便于维护。

1848年，Heusinger在普鲁士独立地发明了一种非常类似的气门齿轮，而Walschaert齿轮有时也被称为Heusinger齿轮。

Walschaert的气门传动装置是20世纪英国蒸汽机车上最常用的气门传动装置之一。 到1923年，大多数机车公司选择使用Walschaert的气门机构来制造新的外挂汽缸机车。 Gresley选择将Walschaert的齿轮用于他的三缸机车的外缸，并使用2比1杠杆（共轭气门传动机构）从外气门派生出中间气门的运动。

Lentz气门机构

在19世纪末，随着固定式蒸汽机的转速和锅炉压力的增加，以及过热的引入，滑阀和其他常用阀门的局限性变得显而易见。 为了克服它们的不足，奥地利的Hugo Lenz博士（1859-1944）开发了他的提升阀系统和其它创新技术。 1900年的巴黎展览会上展示了第一台Lentz发动机，该发动机的发明者获得了金奖。 伦茨阀门随后在维也纳和罗马的发电厂中应用于蒸汽机，并取得了相当大的成功，从而实现了煤炭消耗的大幅减少。

Paxman取得了使用Lenz发明的许可，并于1907年在科尔切斯特开始制造Paxman-Lentz蒸汽机。直到1934年，它一直在生产这种水平固定式蒸汽机。