Zupčanik ventila je komponenta koja kontrolira usis i ispuh pare u motoru. Mehanizam je obično spojen ventilima parnog stroja, a često se koristio u ranim lokomotivama. Takav motor je obično najučinkovitiji kada je ulaz otvoren kratko vrijeme, prije nego što dosegne graničnu točku kada više para ne ulazi u cilindar motora. Tijekom godina bilo je nekoliko dizajna, od kojih je svaki općenito ograničen zahtijevanjem istog procesa za rad ispušnih i ulaznih ventila.
Nomenklatura parne lokomotive obično uključuje niz dijelova koji uključuju kotao, ložište, kotače i razne pumpe i ventile. Najučinkovitiji ventilski zupčanik obično je onaj koji propušta paru tijekom usisavanja kako bi se mogla proširiti u sljedećoj fazi ciklusa. Izgrađene su različite vrste mehanizama za kontrolu kretanja ventila. Međutim, da bi se lokomotiva pomaknula iz mirovanja općenito je potrebna veća snaga, pa se para može pustiti i tijekom faze širenja. Za kontrolu pare često se koristio uređaj nazvan Johnson bar; inženjeri vlakova mogli bi ga povući kako bi zaustavili protok.
Jedna vrsta ventilskog zupčanika lokomotive, izumljena 1840-ih, omogućila je kontrolu kretanja s mehanizmima na osovini kotača vlaka. Ovaj dizajn nazvan je Stephensonov ventilski zupčanik. Drugi tip stvoren otprilike u isto vrijeme obično se nalazio podalje od sustava kotača i bio je montiran izvana na vagon vlaka. Walschaerts ventilski zupčanik korišten je za mnoge dizajne lokomotiva s vanjskim cilindrima. Sličan dizajn ima igle spojeve, koji obično ne zahtijevaju toliko održavanja, umjesto kliznih mehanizama.
Južni zupčanik ventila ima horizontalni dizajn, a ne vertikalni u mnogim drugim varijantama. Često se koristio u Sjedinjenim Državama početkom 1900-ih, a imao je elemente slične drugim popularnim dizajnom. Zupčanik Joy ventila, koji se općenito koristi u Engleskoj, često je bio ugrađen u brodove i lokomotive kasnih 1800-ih. Ovo je bilo manje od ostalih dizajna, ali su se neke komponente često lomile pod stresom.
U stanju iskoristiti kretanje klipnjače, Youngov ventilski zupčanik mogao bi kontrolirati ventile na suprotnoj strani vlaka. Energetska učinkovitost je obično bila bolja jer je vrijeme otvaranja i zatvaranja ventila bilo preciznije. Neki povjesničari vjeruju da su stvorene stotine vrsta zupčanika ventila, u nastojanju da se parni strojevi učine učinkovitijima.