国鉄DD51形ディーゼル機関車
構造

側面から見ると凸型となる車体中央部に運転室（キャブ）を備えており、前後に合計2組のエンジンと変速機を搭載した大型機関車である。
幹線用の大型機関車としては珍しく、入換機関車のような凸型車体（センターキャブ）が採用された。DF50形や車両メーカー系の試作大型ディーゼル機関車が軒並み箱形車体を採用していた1960年代初頭、あえて新型機関車での凸型車体採用を指示したのは、当時の国鉄臨時車両設計事務所次長の近藤恭三であった。この形態を採用した理由は、箱型車体よりも価格が安くなる、同時期に製造したDD20形と部品の共通化が図れる、エンジン回りの整備性の良さ、機器配置の容易さなどによるものである。
DD13形やのちのDE10形、DD16形といった小型機と異なり、運転台は前後方向に共通ではなく、機関士・運転士は進行方向左側の運転台に前方を向いて座る。全長は大きいが、B-2-B軸配置による重量負担配分と、凸型車体運転台前後のボンネットとの間に緩衝ゴムを挟んだ柔結合として台枠自体の垂直強度をある程度落すことを許容し、軽量化したことにより軸重の低減を実現した。
2軸ボギー台車3組を装備し、うち両端台車が動力台車 (DT113B) とされ、無動力の中間台車 (TR106) によって全体の軸重を軽減している。従来の6軸機関車では2台車のC-CやA1A-A1Aの軸配置が主流であったが、軸間距離が長く曲線通過性能がそれほど良くなかったため、軸配置B-2-Bの3台車とすることで曲線区間での横圧を低減した。
車体中央にある中間台車（付随台車）は、開発当初、全体の軸重を亜幹線基準の14 tに抑制する手段に過ぎなかったが、増加試作機（DD51 2 - 4）ではライナープレート挿入、さらに量産機（DD51 5以降）では空気ばねを搭載して空気ばね内の空気圧を調整することにより、動力台車の軸重を14 tと15 tとの2段階に調整できるようになった。これによって、亜幹線への入線能力と、規格の高い重幹線での動輪粘着力確保を両立可能としている。
エンジンはDD13形で使用されていたDMF31S形をベースにして新開発されたDML61Z形ディーゼルエンジンで、気筒の数を直列6気筒からV形12気筒に変更、排気タービン過給機（ターボチャージャー）と中間冷却器（インタークーラー）を装備して、最大出力が1,100 ps / 1,500 rpmとなり、それを2基搭載して、総出力2,200 psを出すことができる。ノッチは14段階（第2次試作型以降）。
動力伝達方式は、軌道の重量制限に対処する軽量化のため日本国外大型機関車の主流である電気式をやめ、日本での量産大型ディーゼル機関車では初めて液体式として製造された。液体変速機は3組のトルクコンバータを内蔵した充排油式（フォイト式）のDW2Aで（第2次試作型以降、DD51 1もDW2Aに取り替え）、国鉄、日立製作所、川崎重工により新たに開発されたものである。動力伝達システムは、両端の動力台車2基4軸を、前後のボンネット内にある1エンジンに1変速機の組合わせの動力装置と、その動力により駆動する2軸駆動の1台の動力台車の構成により動力が伝達されるシステムとなっており、エンジンと運転室側にある逆転機内蔵の液体変速機の間に第1推進軸、液体変速機と動力台車に内蔵された第1減速機（動力台車の運転室側）の間に第2推進軸、第1減速機と同じく内蔵された第2減速機（動力台車の先頭側）の間に第3推進軸がそれぞれ連結され、動力が伝達される。
また、エンジンの冷却系機器として先頭部両側面にラジエーターとその上部にファンを装備しており、補機駆動軸充電発電機と空気圧縮機を駆動させ、機関潤滑油・変速機油・機関と中間冷却器の冷却水をポンプで循環させることで、オイルおよびラジエーターを冷却している。
| 形式 | SG付> SGなし | DD51 1>   | 2 - 4>   | 5 - 19>   | 20 - 53>   | 501- 547>   | 548 - 586> 587 - 592 （準備工事） | 593 - 667> 801 - 807 | 668 - 709>   | 710 - 799> 808 - 854 | 1001 - 1009>   | 1010 - 1051> 855 - 885 | 1052 - 1193> 886 - 899 1801 - 1805 |
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| 製造年月 | 製造年月 | 1962年 | 1963年 | 1964年3月 - 1966年1月 | 1964年3月 - 1966年1月 | 1966年3月 - 1968年1月 | 1966年3月 - 1968年1月 | 1968年2月 - 1977年9月（SG付） 1968年5月 - 1978年3月（SGなし） | 1968年2月 - 1977年9月（SG付） 1968年5月 - 1978年3月（SGなし） | 1968年2月 - 1977年9月（SG付） 1968年5月 - 1978年3月（SGなし） | 1968年2月 - 1977年9月（SG付） 1968年5月 - 1978年3月（SGなし） | 1968年2月 - 1977年9月（SG付） 1968年5月 - 1978年3月（SGなし） | 1968年2月 - 1977年9月（SG付） 1968年5月 - 1978年3月（SGなし） |
| 方式 | 方式 | 非重連形 | 非重連形 | 非重連形 | 非重連形 | 半重連形 | 半重連形 | 全重連形 | 全重連形 | 全重連形 | 全重連形 | 全重連形 | 全重連形 |
| 機関 | 機関 | DML61S×2 2,000PS | DML61S×2 2,000PS | DML61S×2 2,000PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS | DML61Z×2 2,200PS |
| 中間台車 （付随台車） | 中間台車 （付随台車） | TR101 | TR101 可変式 | TR101A 空気ばね式 | TR101A 空気ばね式 | TR101A 空気ばね式 | TR106（SG付、準備工事車） TR106A（SGなし） | TR106（SG付、準備工事車） TR106A（SGなし） | TR106（SG付、準備工事車） TR106A（SGなし） | TR106C（SG付） TR106B（SGなし） | TR106C（SG付） TR106B（SGなし） | TR106C（SG付） TR106B（SGなし） | TR106C（SG付） TR106B（SGなし） |
| 燃料タンク容量 | 燃料タンク容量 | 3,000 L | 3,000 L | 4,500 L | 4,500 L | 4,500 L | 4,000 L | 4,000 L | 4,000 L | 4,000 L | 4,000 L | 4,000 L | 4,000 L |
| 空車重量 | 空車重量 | 76.5 t | 76.5 t | 75.5 t | 75.5 t | 75.5 t | 76.0 t （SG付） 73.0 t（SGなし、808以降73.5 t） | 76.0 t （SG付） 73.0 t（SGなし、808以降73.5 t） | 76.0 t （SG付） 73.0 t（SGなし、808以降73.5 t） | 76.0 t （SG付） 73.0 t（SGなし、808以降73.5 t） | 76.0 t （SG付） 73.0 t（SGなし、808以降73.5 t） | 76.0 t （SG付） 73.0 t（SGなし、808以降73.5 t） | 76.0 t （SG付） 73.0 t（SGなし、808以降73.5 t） |
| 運転整備重量 | 運転整備重量 | 84.0 t | 84.0 t | 84.0 t | 84.0 t | 84.0 t | 84.0 t （SG付） 78.0 t（SGなし、808以降81.0 t） | 84.0 t （SG付） 78.0 t（SGなし、808以降81.0 t） | 84.0 t （SG付） 78.0 t（SGなし、808以降81.0 t） | 84.0 t （SG付） 78.0 t（SGなし、808以降81.0 t） | 84.0 t （SG付） 78.0 t（SGなし、808以降81.0 t） | 84.0 t （SG付） 78.0 t（SGなし、808以降81.0 t） | 84.0 t （SG付） 78.0 t（SGなし、808以降81.0 t） |
| 備考 | 備考 |   |   |   |   | 501以降、一般形に加えて 寒地形（北海道）、寒地形を区分 尾灯を「内はめ式」から「外はめ式」に変更 | 501以降、一般形に加えて 寒地形（北海道）、寒地形を区分 尾灯を「内はめ式」から「外はめ式」に変更 | 501以降、一般形に加えて 寒地形（北海道）、寒地形を区分 尾灯を「内はめ式」から「外はめ式」に変更 | 678・808以降 EB装置・TE装置搭載 | 678・808以降 EB装置・TE装置搭載 | 1001・855以降、車両番号表記を 切り文字式からブロック式に変更 | 1010・855以降 扇風機搭載 | 1010・855以降 扇風機搭載 |
| JRグループ への承継機 | JRグループ への承継機 | な し （全機が国鉄時代に廃車） | な し （全機が国鉄時代に廃車） | な し （全機が国鉄時代に廃車） | な し （全機が国鉄時代に廃車） | な し （全機が国鉄時代に廃車） | な し （全機が国鉄時代に廃車） | な し （全機が国鉄時代に廃車） | な し （全機が国鉄時代に廃車） | あ り | あ り | あ り | あ り |
↑  897 - 899・1801 - 1805はSG配線など最小限の準備工事を施工。
↑  後にDML61Z×2、2,200PSに取り替え。
↑  調整用ライナー（鉄板）挿入による、軸重調整が可能。
↑  空気ばねによる、軸重調整が可能。以降のTR106系列も同様。
↑  後に燃料タンクを増設し、4,400 Lに増強。
↑  619以降、一般形、A寒地仕様、B寒地仕様に区分。