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SD39型柴油机车是干线[[货运]]用的六轴柴油机车，采用单司机室、底架承载结构、双侧外走廊的罩式车体，车体上部自前向后由电气室、司机室、动力室、冷却室四部分组成，其中电气室一端称为短罩端，动力室和冷却室一端称为长罩端。机车走行部采用两台"Flexicoil"三轴转向架。动力装置为一台12[[气缸]]、[[二冲程]]、水冷式、涡轮增压的12-645E3型柴油机。传动系统采用直-直流电传动，柴油机直接驱动一台D33型[[直流发电机]]，发出的[[直流电]]供给六台D77型直流牵引电动机。牵引电动机采用轴悬式驱动方式，牵引[[齿轮]]传动比为4.13（62：15）。