Почему же конструкторы вынуждены устанавливать на тепловозе такое сложное и тяжелое оборудование? Почему механическая энергия, получаемая на валу двигателя внутреннего сгорания, не может быть использована непосредственно для вращения колес?

Чтобы это стало понятным, обратимся к самому простому по устройству локомотиву — паровозу и проследим, как передается вращающий момент от его паровой машины к движущим колесам. На рис. 4, а виден цилиндр с размещенным внутри поршнем. Поршень и колесо с кривошипом соединены между собой с помощью промежуточной детали — шатуна. Механизм, посредством которого возвратно-поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное, называется шатунно-кривошипным механизмом. Если заставить поршень двигаться в цилиндре, то вместе с ним начнет двигаться шатун и вращаться колесо. Собственно механизм образования вращающего момента на движущем колесе паровоза и на заднем колесе велосипеда, как это ни странно на первый взгляд, один и тот же, только у движущегося по рельсам паровоза роль велосипедиста выполняют котел и паровая машина, роль педалей — кривошипы движущих колес, а роль земли — рельсы. Паровая машина паровоза, как и все паровые двигатели, работает за счет теплоты топлива, сжигаемого в топке котла, т. е. за пределами цилиндра. При сжигании топлива в котле образуется пар давлением в 15—16 раз выше давления окружающего воздуха (1,47— 1,57 МПа, или 15—16 кгссм2).