蒸汽機車原理是：當司爐把煤填入爐膛時，煤在燃燒過程中，其蘊藏的化學能就轉(zhuǎn)換成熱能把機車鍋爐中的水加熱并汽化，形成400℃以上的過熱蒸汽，再進入蒸汽機膨脹作功，推動汽機活塞往復運動，活塞通過連桿、搖桿，將往復直線運動變?yōu)檩嗈D(zhuǎn)圓周運動，帶動機車動輪旋轉(zhuǎn)，從而牽引列車前進。
一、蒸汽機車
蒸汽機車是利用蒸汽機，把燃料（一般用煤）的化學能變成熱能，再變成機械能，而使機車運行的一種火車機車。1814年，英國人喬治·斯蒂芬森發(fā)明了第一臺蒸汽機車，從此開始，人類加快了進入工業(yè)時代的腳步，蒸汽機車成為這個時代文化和社會進步的重要標志和關鍵工具。
二、機車原理
蒸汽機車是蒸汽機在交通工具上運用的最好范例。蒸汽機是靠蒸汽的膨脹作用來作功的，蒸汽機車的工作原理也不例外。當司爐把煤填入爐膛時，煤在燃燒過程中，它蘊藏的化學能就轉(zhuǎn)換成熱能，把機車鍋 爐中的水加熱、汽化，形成400℃以上的過熱蒸汽，再進入蒸汽機膨脹作功，推動汽機活塞往復運動，活塞通過連桿、搖桿，將往復直線運動變?yōu)檩嗈D(zhuǎn)圓周運動，帶動機車動輪旋轉(zhuǎn)，從而牽引列車前進。因此蒸汽機車必須具備鍋爐、汽機和走行三個基本部分。
三、運行效率
蒸汽機車熱效率很低，鍋爐內(nèi)燃料燃燒的熱量只有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?，鍋爐的效率一般為50%～80%。蒸汽在汽機內(nèi)作功，汽機效率只有10%～15%。此外，在汽機到輪周的力的傳遞中，機械效率為80%～95%。因此蒸汽機車的最高熱效率只有8%～9%，而且在車站停車，在機務段整備、停留等仍需消耗燃料，所以實際熱效率只有5%～7%。
四、組成結(jié)構
蒸汽機車由鍋爐、汽機、車架和走行部以及煤水車等組成。
·鍋爐
燃燒燃料和產(chǎn)生蒸汽的部件，包括火箱、鍋胴和煙箱三部分。火箱由內(nèi)火箱和外火箱兩部分組成，內(nèi)火箱底部是爐床，爐床下部有存放爐灰的灰箱。在鍋胴內(nèi)排列著不同數(shù)目的大煙管和小煙管，大煙管內(nèi)套有使蒸汽干燥和加熱的過熱管。在內(nèi)外火箱之間和鍋胴內(nèi)貯有鍋爐用水，鍋水覆沒內(nèi)火箱頂板和大小煙管，在鍋水蒸發(fā)面上形成蒸汽空間。煙箱位于鍋胴前部，內(nèi)有煙筒、乏氣噴口、反射板和火星網(wǎng)等通風裝置。
·汽機
將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的部件。汽機連同機械部分包括汽室、汽缸、活塞（又稱鞲鞴）、十字頭、搖桿、連桿、閥動裝置等部件。閥動裝置是支配汽閥與活塞協(xié)調(diào)動作的配汽機構，用于調(diào)節(jié)進入汽缸的蒸汽量和實現(xiàn)機車的前進或后退。鍋爐發(fā)生的高壓高溫過熱蒸汽進入汽室后，通過閥動裝置的配汽作用，進入汽缸，在汽缸內(nèi)膨脹作功，推動活塞時，機械能經(jīng)活塞桿、十字頭、搖桿等機械部件傳遞給主動輪，再經(jīng)連桿傳遞給其他動輪，通過輪軌接觸，牽引列車。
·車架
鍋爐、汽機等部件固裝于車架上，經(jīng)彈簧懸掛裝置將重量由軸箱傳至車輪，由鋼軌支持。動輪把機械部傳來的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C車在軌道上的走行功。
·走行部
蒸汽機車的走行部分包括彈簧懸掛裝置、輪對、導輪、從輪、軸箱、導輪轉(zhuǎn)向架、從輪轉(zhuǎn)向架和牽引裝置等構成。輪對分導輪、動輪、從輪三種。安裝在機車前轉(zhuǎn)向架上的小輪對叫導向輪對，機車前進時，它在前面引導，使機車順利通過曲線。機車中部能產(chǎn)生牽引力的大輪對叫動輪。機車后轉(zhuǎn)向架上的小輪對叫從輪，除了擔負一部分重量外，當機車倒行時還能起導輪作用。軸箱和車輛的滑動軸承軸箱相類似，主要起潤滑作用，防止車軸在高速運行時過熱。彈簧裝置的作用主要是緩和運行時的振動，減輕車輪對線路的沖擊，另外還能把車架上部的重量平均分配給各個輪對。
·煤水車
裝載煤、水、油脂和存放工具等的車輛，掛在機車司機室后面。煤水車由煤槽和水柜兩部分組成。大功率機車，由于單位時間的燃煤量大，在煤水車上裝有推煤機和輸煤機，將煤均勻地噴投到爐床各處。
