Ένα γρανάζι βαλβίδων είναι ένα στοιχείο που ελέγχει την εισαγωγή και την εξάτμιση ατμού σε έναν κινητήρα. Ο μηχανισμός συνδέεται συνήθως με τις βαλβίδες μιας ατμομηχανής και συχνά χρησιμοποιούνταν στις πρώτες ατμομηχανές. Ένας τέτοιος κινητήρας είναι τυπικά πιο αποτελεσματικός όταν η είσοδος είναι ανοιχτή για μικρό χρονικό διάστημα, πριν φτάσει στο σημείο διακοπής όταν δεν εισέρχεται άλλος ατμός στον κύλινδρο του κινητήρα. Υπήρξαν πολλά σχέδια με την πάροδο των ετών, καθένα από τα οποία γενικά περιορίστηκε απαιτώντας την ίδια διαδικασία για τη λειτουργία των βαλβίδων εξαγωγής και εισαγωγής.
Η ονοματολογία ατμομηχανής περιλαμβάνει τυπικά μια σειρά εξαρτημάτων που περιλαμβάνουν τον λέβητα, την εστία, τους τροχούς και μια ποικιλία αντλιών και βαλβίδων. Το πιο αποδοτικό γρανάζι βαλβίδων είναι συνήθως αυτό που αφήνει τον ατμό να μπει κατά τη διάρκεια της εισαγωγής, ώστε να μπορεί να επεκταθεί στην επόμενη φάση του κύκλου. Διάφοροι τύποι μηχανισμών έχουν κατασκευαστεί για τον έλεγχο της κίνησης της βαλβίδας. Ωστόσο, για να μετακινήσετε μια ατμομηχανή από την ηρεμία, απαιτείται γενικά περισσότερη ισχύς, οπότε μπορεί να μπει ατμός και κατά τη φάση διαστολής. Μια συσκευή που ονομάζεται μπάρα Johnson χρησιμοποιήθηκε συχνά για έλεγχο ατμού. μηχανικοί τρένων θα μπορούσαν να το τραβήξουν για να σταματήσουν τη ροή.
Ένας τύπος μηχανισμού βαλβίδων ατμομηχανής, που εφευρέθηκε τη δεκαετία του 1840, επέτρεψε τον έλεγχο της κίνησης με μηχανισμούς στον άξονα του τροχού της αμαξοστοιχίας. Αυτός ο σχεδιασμός ονομάστηκε γρανάζι βαλβίδων Stephenson. Ένας άλλος τύπος που δημιουργήθηκε περίπου την ίδια περίοδο εντοπίστηκε συνήθως μακριά από τα συστήματα των τροχών και τοποθετήθηκε εξωτερικά στο βαγόνι του τρένου. Το εργαλείο βαλβίδας Walschaerts χρησιμοποιήθηκε για πολλά σχέδια ατμομηχανής με εξωτερικούς κυλίνδρους. Ένα παρόμοιο σχέδιο έχει αρθρώσεις πείρου, οι οποίες συνήθως δεν απαιτούν τόση συντήρηση, αντί για συρόμενους μηχανισμούς.
Το γρανάζι βαλβίδας Southern διαθέτει οριζόντιο σχεδιασμό και όχι κάθετο από πολλές άλλες παραλλαγές. Χρησιμοποιήθηκε συχνά στις Ηνωμένες Πολιτείες στις αρχές του 1900 και είχε στοιχεία παρόμοια με άλλα δημοφιλή σχέδια. Το εργαλείο βαλβίδας Joy, που χρησιμοποιείται γενικά στην Αγγλία, ήταν συχνά ενσωματωμένο σε πλοία και ατμομηχανές στα τέλη του 1800. Αυτό ήταν μικρότερο από άλλα σχέδια, αλλά ορισμένα εξαρτήματα συχνά σπάζονταν υπό πίεση.
Ικανός να κάνει χρήση της κίνησης της ράβδου εμβόλου, το εργαλείο βαλβίδων Young μπορούσε να ελέγξει βαλβίδες στην αντίθετη πλευρά ενός τρένου. Η απόδοση ισχύος ήταν συνήθως καλύτερη επειδή ο χρόνος ανοίγματος και κλεισίματος βαλβίδων ήταν ακριβέστερος. Ορισμένοι ιστορικοί πιστεύουν ότι δημιουργήθηκαν εκατοντάδες τύποι γραναζιών βαλβίδων, σε προσπάθειες να καταστούν οι ατμομηχανές πιο αποδοτικές.